Linux INPUT 子系统实验

按键、鼠标、键盘、触摸屏都属于输入设备，针对这些设备linux内核提供了一个叫做input的子系统框架来处理输入时间，本质上还是字符设备，只是在此基础上加上了input框架，用户只需要负责上报输入事件，input核心层负责处理这些事件。

一、input 子系统简

input 就是输入的意思，因此 input 子系统就是管理输入的子系统，和 pinctrl、gpio 子系统一样，都是 Linux 内核针对某一类设备而创建的框架。比如按键输入、键盘、鼠标、触摸屏等等这些都属于输入设备，不同的输入设备所代表的含义不同。

Input子系统分为input驱动层、input核心层、input事件处理层，最终给用户空间提供可访问的设备节点。采用了驱动分层模型，系统框图如下：

这三层的分工如下：

驱动层：输入设备的具体驱动程序，比如按键驱动程序，向内核层报告输入内容。

核心层：承上启下，为驱动层提供输入设备注册和操作接口。通知事件层对输入事件进行处理。

事件层：主要和用户空间进行交互。

二、input 驱动编写流程

input核心层会向linux内核注册一个字符设备，drivers/input/input.c就是input输入子系统的核心层，系统启动后，会在sys/class下有一个input目录。

Input子系统所有的设备的主设备号是13。因此我们在使用input子系统处理输入设备就不需要注册字符设备了，我们只需要向系统注册一个input设备即可。

input_dev结构体表示input设备，需要先使用input_allocate_device函数申请一个input_dev结构体，

struct input_dev *input_allocate_device(void)

结构体定义如下：

struct input_dev {const char *name;const char *phys;const char *uniq;struct input_id id;unsigned long propbit[BITS_TO_LONGS(INPUT_PROP_CNT)];unsigned long evbit[BITS_TO_LONGS(EV_CNT)]; /* 事件类型的位图 */unsigned long keybit[BITS_TO_LONGS(KEY_CNT)]; /* 按键值的位图 */unsigned long relbit[BITS_TO_LONGS(REL_CNT)]; /* 相对坐标的位图 */ unsigned long absbit[BITS_TO_LONGS(ABS_CNT)]; /* 绝对坐标的位图 */unsigned long mscbit[BITS_TO_LONGS(MSC_CNT)]; /* 杂项事件的位图 */unsigned long ledbit[BITS_TO_LONGS(LED_CNT)]; /*LED 相关的位图 */unsigned long sndbit[BITS_TO_LONGS(SND_CNT)];/* sound 有关的位图 */unsigned long ffbit[BITS_TO_LONGS(FF_CNT)]; /* 压力反馈的位图 */unsigned long swbit[BITS_TO_LONGS(SW_CNT)]; /*开关状态的位图 */bool devres_managed;};

evbit 表示输入事件类型，可选的事件类型定义在 include/uapi/linux/input.h 文件中，事件类型如下：

#define EV_SYN 0x00 /* 同步事件 */
#define EV_KEY 0x01 /* 按键事件 */
#define EV_REL 0x02 /* 相对坐标事件 */
#define EV_ABS 0x03 /* 绝对坐标事件 */
#define EV_MSC 0x04 /* 杂项(其他)事件 */
#define EV_SW 0x05 /* 开关事件 */
#define EV_LED 0x11 /* LED */
#define EV_SND 0x12 /* sound(声音) */
#define EV_REP 0x14 /* 重复事件 */
#define EV_FF 0x15 /* 压力事件 */
#define EV_PWR 0x16 /* 电源事件 */
#define EV_FF_STATUS 0x17 /* 压力状态事件 */

要使用到按键，那么就需要注册 EV_KEY 事件，如果要使用连按功能还需要注册 EV_REP 事件。
本章要使用按键事件，因此要用到 keybit， keybit 就是按键事件使用的位图， Linux 内核定义了很多按键值，这些按键值定义在 include/uapi/linux/input.h 文件中，按键值如下

 #define KEY_RESERVED 0#define KEY_ESC 1#define KEY_1 2#define KEY_2 3#define KEY_3 4#define KEY_4 5#define KEY_5 6#define KEY_6 7#define KEY_7 8#define KEY_8 9#define KEY_9 10#define KEY_0 11#define BTN_TRIGGER_HAPPY39 0x2e6#define BTN_TRIGGER_HAPPY40 0x2e7

在编写 input 设备驱动的时候我们需要先申请一个 input_dev 结构体变量，使用 input_allocate_device 函数来申请一个 input_dev，此函数原型如下所示：

struct input_dev *input_allocate_device(void)
/*
函数参数和返回值含义如下：
参数：无。
返回值：申请到的 input_dev。*/

如果要注销的 input 设备的话需要使用 input_free_device 函数来释放掉前面申请到的 input_dev，input_free_device 函数原型如下：

void input_free_device(struct input_dev *dev)
/*
函数参数和返回值含义如下：
dev：需要释放的 input_dev。
返回值：无。
*/

申请好一个 input_dev 以后就需要初始化这个 input_dev，需要初始化的内容主要为事件类型(evbit)和事件值(keybit)这两种。input_dev 初始化完成以后就需要向 Linux 内核注册 input_dev 了，需要用到 input_register_device 函数，此函数原型如下：

int input_register_device(struct input_dev *dev)
/*
函数参数和返回值含义如下：
dev：要注册的 input_dev 。
返回值：0，input_dev 注册成功；负值，input_dev 注册失败。
*/

同样的，注销 input 驱动的时候也需要使用 input_unregister_device 函数来注销掉前面注册的 input_dev，input_unregister_device 函数原型如下：

void input_unregister_device(struct input_dev *dev)
/*
函数参数和返回值含义如下：
dev：要注销的 input_dev 。
返回值：无。
*/

综上所述，input_dev 注册过程如下：

①、使用 input_allocate_device 函数申请一个 input_dev。

②、初始化 input_dev 的事件类型以及事件值。

③、使用 input_register_device 函数向 Linux 系统注册前面初始化好的 input_dev。

④、卸载input驱动的时候需要先使用input_unregister_device 函数注销掉注册的input_dev，

然后使用 input_free_device 函数释放掉前面申请的 input_dev

上报输入事件

在向linux内核注册好input_dev后还需要获取具体的输入值，或者是输入事件，然后将输入事件上报给linux内核，一般可以在中断处理函数或者定时器中断处理函数中上报给linux内核，这样linux内核才能获取正确输入值。不同的事件，上报事件的函数不同。

input_event函数，此函数用于上报指定事件以及对应的值，函数如下：

void input_event(struct input_dev *dev, unsigned int type, unsigned int code, int value)
/*
函数参数和返回值含义如下：
dev：需要上报的 input_dev。
type: 上报的事件类型，比如 EV_KEY。
code：事件码，也就是我们注册的按键值，比如 KEY_0、KEY_1 等等。
value：事件值，比如 1 表示按键按下，0 表示按键松开。
返回值：无。
*/

input_evnet函数可以上报所有的事件类型和事件值，其他针对具体事件的上报函数最终都会调用input_event函数。

当上报事件以后可以使用input_sync函数来告知Linux内核input子系统上报结束，本质上是上报一个同步事件。input_sync 函数本质是上报一个同步事件，此函数原型如下所示：

void input_sync(struct input_dev *dev)
/*
函数参数和返回值含义如下：
dev：需要上报同步事件的 input_dev。
返回值：无。
*/

按键的上报事件的参考代码如下所示：

/* 用于按键消抖的定时器服务函数 */void timer_function(unsigned long arg){unsigned char value;value = gpio_get_value(keydesc->gpio); /* 读取 IO 值 */if(value == 0){ /* 按下按键 *//* 上报按键值 */input_report_key(inputdev, KEY_0, 1); /* 最后一个参数 1，按下 */input_sync(inputdev); /* 同步事件 */} else { /* 按键松开 */input_report_key(inputdev, KEY_0, 0); /* 最后一个参数 0，松开 */input_sync(inputdev); /* 同步事件 */} }

input_event 结构体

Linux 内核使用 input_event 这个结构体来表示所有的输入事件，input_envent 结构体定义在 include/uapi/linux/input.h 文件中，结构体内容如下：

struct input_event {struct timeval time;__u16 type;__u16 code;__s32 value;};

按键 input 驱动程序编写

#include <linux/types.h>
#include <linux/kernel.h>
#include <linux/delay.h>
#include <linux/ide.h>
#include <linux/init.h>
#include <linux/module.h>
#include <linux/errno.h>
#include <linux/gpio.h>
#include <linux/cdev.h>
#include <linux/device.h>
#include <linux/of.h>
#include <linux/of_address.h>
#include <linux/of_gpio.h>
#include <linux/input.h>
#include <linux/semaphore.h>
#include <linux/timer.h>
#include <linux/of_irq.h>
#include <linux/irq.h>
#include <asm/mach/map.h>
#include <asm/uaccess.h>
#include <asm/io.h>#define KEYINPUT_CNT		1			/* 设备号个数 	*/
#define KEYINPUT_NAME		"keyinput"	/* 名字 		*/
#define KEY0VALUE			0X01		/* KEY0按键值 	*/
#define INVAKEY				0XFF		/* 无效的按键值 */
#define KEY_NUM				1			/* 按键数量 	*//* 中断IO描述结构体 */
struct irq_keydesc {int gpio;								/* gpio */int irqnum;								/* 中断号     */unsigned char value;					/* 按键对应的键值 */char name[10];							/* 名字 */irqreturn_t (*handler)(int, void *);	/* 中断服务函数 */
};/* keyinput设备结构体 */
struct keyinput_dev{dev_t devid;			/* 设备号 	 */struct cdev cdev;		/* cdev 	*/struct class *class;	/* 类 		*/struct device *device;	/* 设备 	 */struct device_node	*nd; /* 设备节点 */struct timer_list timer;/* 定义一个定时器*/struct irq_keydesc irqkeydesc[KEY_NUM];	/* 按键描述数组 */unsigned char curkeynum;				/* 当前的按键号 */struct input_dev *inputdev;		/* input结构体 */
};struct keyinput_dev keyinputdev;	/* key input设备 */static irqreturn_t key0_handler(int irq, void *dev_id)
{struct keyinput_dev *dev = (struct keyinput_dev *)dev_id;dev->curkeynum = 0;dev->timer.data = (volatile long)dev_id;mod_timer(&dev->timer, jiffies + msecs_to_jiffies(10));	/* 10ms定时 */return IRQ_RETVAL(IRQ_HANDLED);
}void timer_function(unsigned long arg)
{unsigned char value;unsigned char num;struct irq_keydesc *keydesc;struct keyinput_dev *dev = (struct keyinput_dev *)arg;num = dev->curkeynum;keydesc = &dev->irqkeydesc[num];value = gpio_get_value(keydesc->gpio); 	/* 读取IO值 */if(value == 0){ 						/* 按下按键 *//* 上报按键值 *///input_event(dev->inputdev, EV_KEY, keydesc->value, 1);input_report_key(dev->inputdev, keydesc->value, 1);/* 最后一个参数表示按下还是松开，1为按下，0为松开 */input_sync(dev->inputdev);} else { 									/* 按键松开 *///input_event(dev->inputdev, EV_KEY, keydesc->value, 0);input_report_key(dev->inputdev, keydesc->value, 0);input_sync(dev->inputdev);}	
}static int keyio_init(void)
{unsigned char i = 0;char name[10];int ret = 0;keyinputdev.nd = of_find_node_by_path("/key");if (keyinputdev.nd== NULL){printk("key node not find!\r\n");return -EINVAL;} /* 提取GPIO */for (i = 0; i < KEY_NUM; i++) {keyinputdev.irqkeydesc[i].gpio = of_get_named_gpio(keyinputdev.nd ,"key-gpio", i);if (keyinputdev.irqkeydesc[i].gpio < 0) {printk("can't get key%d\r\n", i);}}/* 初始化key所使用的IO，并且设置成中断模式 */for (i = 0; i < KEY_NUM; i++) {memset(keyinputdev.irqkeydesc[i].name, 0, sizeof(name));	/* 缓冲区清零 */sprintf(keyinputdev.irqkeydesc[i].name, "KEY%d", i);		/* 组合名字 */gpio_request(keyinputdev.irqkeydesc[i].gpio, name);gpio_direction_input(keyinputdev.irqkeydesc[i].gpio);	keyinputdev.irqkeydesc[i].irqnum = irq_of_parse_and_map(keyinputdev.nd, i);}/* 申请中断 */keyinputdev.irqkeydesc[0].handler = key0_handler;keyinputdev.irqkeydesc[0].value = KEY_0;for (i = 0; i < KEY_NUM; i++) {ret = request_irq(keyinputdev.irqkeydesc[i].irqnum, keyinputdev.irqkeydesc[i].handler, IRQF_TRIGGER_FALLING|IRQF_TRIGGER_RISING, keyinputdev.irqkeydesc[i].name, &keyinputdev);if(ret < 0){printk("irq %d request failed!\r\n", keyinputdev.irqkeydesc[i].irqnum);return -EFAULT;}}/* 创建定时器 */init_timer(&keyinputdev.timer);keyinputdev.timer.function = timer_function;/* 申请input_dev */keyinputdev.inputdev = input_allocate_device();keyinputdev.inputdev->name = KEYINPUT_NAME;
#if 0/* 初始化input_dev，设置产生哪些事件 */__set_bit(EV_KEY, keyinputdev.inputdev->evbit);	/* 设置产生按键事件          */__set_bit(EV_REP, keyinputdev.inputdev->evbit);	/* 重复事件，比如按下去不放开，就会一直输出信息 		 *//* 初始化input_dev，设置产生哪些按键 */__set_bit(KEY_0, keyinputdev.inputdev->keybit);	
#endif#if 0keyinputdev.inputdev->evbit[0] = BIT_MASK(EV_KEY) | BIT_MASK(EV_REP);keyinputdev.inputdev->keybit[BIT_WORD(KEY_0)] |= BIT_MASK(KEY_0);
#endifkeyinputdev.inputdev->evbit[0] = BIT_MASK(EV_KEY) | BIT_MASK(EV_REP);input_set_capability(keyinputdev.inputdev, EV_KEY, KEY_0);/* 注册输入设备 */ret = input_register_device(keyinputdev.inputdev);if (ret) {printk("register input device failed!\r\n");return ret;}return 0;
}static int __init keyinput_init(void)
{keyio_init();return 0;
}static void __exit keyinput_exit(void)
{unsigned int i = 0;/* 删除定时器 */del_timer_sync(&keyinputdev.timer);	/* 删除定时器 *//* 释放中断 */for (i = 0; i < KEY_NUM; i++) {free_irq(keyinputdev.irqkeydesc[i].irqnum, &keyinputdev);}/* 释放input_dev */input_unregister_device(keyinputdev.inputdev);input_free_device(keyinputdev.inputdev);
}module_init(keyinput_init);
module_exit(keyinput_exit);
MODULE_LICENSE("GPL");
MODULE_AUTHOR("hsj");

编写测试 APP

#include "stdio.h"
#include "unistd.h"
#include "sys/types.h"
#include "sys/stat.h"
#include "sys/ioctl.h"
#include "fcntl.h"
#include "stdlib.h"
#include "string.h"
#include <poll.h>
#include <sys/select.h>
#include <sys/time.h>
#include <signal.h>
#include <fcntl.h>
#include <linux/input.h>/* 定义一个input_event变量，存放输入事件信息 */
static struct input_event inputevent;int main(int argc, char *argv[])
{int fd;int err = 0;char *filename;filename = argv[1];if(argc != 2) {printf("Error Usage!\r\n");return -1;}fd = open(filename, O_RDWR);if (fd < 0) {printf("Can't open file %s\r\n", filename);return -1;}while (1) {err = read(fd, &inputevent, sizeof(inputevent));if (err > 0) { /* 读取数据成功 */switch (inputevent.type) {case EV_KEY:if (inputevent.code < BTN_MISC) { /* 键盘键值 */printf("key %d %s\r\n", inputevent.code, inputevent.value ? "press" : "release");} else {printf("button %d %s\r\n", inputevent.code, inputevent.value ? "press" : "release");}break;/* 其他类型的事件，自行处理 */case EV_REL:break;case EV_ABS:break;case EV_MSC:break;case EV_SW:break;}} else {printf("读取数据失败\r\n");}}return 0;
}

运行测试

进入到目录 lib/modules/4.1.15 中。在加载 keyinput.ko 驱动模块之前，先看一下/dev/input 目录下都有哪些文件