Linux驅(qū)動(dòng)學(xué)習(xí)（四） input 子系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)
前言
- 按鍵、鼠標(biāo)、鍵盤、觸摸屏等都屬于 input 設(shè)備，內(nèi)核專門設(shè)計(jì)了 input 子系統(tǒng)的框架來管理這些輸入設(shè)備；
- 輸入設(shè)備本質(zhì)上還是字符設(shè)備，只是在字符設(shè)備的基礎(chǔ)上又套了 input 框架；
- 用戶只需上報(bào)輸入事件（比如按鍵值、坐標(biāo)等信息），由 input 核心層負(fù)責(zé)處理這些事件；
input 子系統(tǒng)講解
簡(jiǎn)介
- input 子系統(tǒng)與 pinctl、gpio 子系統(tǒng)處于同一地位，都是 Linux 內(nèi)核針對(duì)某一類設(shè)備而設(shè)計(jì)的框架；顧名思義，input 子系統(tǒng)是管理輸入設(shè)備的；
- 不同輸入設(shè)備的事件信息含義不同，例如按鍵和鍵盤表示的是按鍵信息，鼠標(biāo)和觸摸屏表示的是坐標(biāo)信息，因此在應(yīng)用層的處理就不同；
- 我們做驅(qū)動(dòng)的，暫時(shí)不用操心應(yīng)用層的事情，只需要按照要求上報(bào)輸入設(shè)備的輸入事件即可；
- input 子系統(tǒng)框架又分為如下3層：
- input 驅(qū)動(dòng)層：輸入設(shè)備的具體驅(qū)動(dòng)程序，比如按鍵驅(qū)動(dòng)程序，向內(nèi)核層報(bào)告輸入內(nèi)容
- input 核心層：承上啟下，為驅(qū)動(dòng)層提供設(shè)備的注冊(cè)和操作接口；通知事件層對(duì)輸入事件進(jìn)行
處理； - input 事件處理層：主要和用戶空間進(jìn)行交互
- 通過編寫輸入設(shè)備的驅(qū)動(dòng)，給用戶空間提供可訪問的設(shè)備節(jié)點(diǎn)，input 子系統(tǒng)框架結(jié)構(gòu)圖如所示：
input 子系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖.png
- 左邊（硬件輸入設(shè)備）就是最底層的具體設(shè)備，比如按鍵、USB 鍵盤/鼠標(biāo)等；
- 中間部分屬于 Linux 內(nèi)核空間（分為驅(qū)動(dòng)層、核心層、事件處理層）；
- 最右邊的就是用戶空間，所有輸入設(shè)備都會(huì)對(duì)應(yīng)一個(gè)設(shè)備訪問節(jié)點(diǎn)，用戶以訪問文件的方式訪問設(shè)備節(jié)點(diǎn)，進(jìn)而做一些數(shù)據(jù)處理；
- 我們編寫驅(qū)動(dòng)只需要關(guān)注驅(qū)動(dòng)層即可（核心層和事件處理層雖然不用修改，但也要理解）
驅(qū)動(dòng)編寫流程
- input 核心層會(huì)向內(nèi)核注冊(cè)一個(gè)字符設(shè)備；
- input 核心層源碼:
drivers/input/input.c
// input 子系統(tǒng)的所有設(shè)備主設(shè)備號(hào)都為 13, 已經(jīng)固定，不需要我們?cè)偃ピO(shè)置
#define INPUT_MAJOR 13 /* include/uapi/linux/major.h */
/**
* @brief 定義一個(gè) input 類
* @param name 名稱
* @param devnode 設(shè)備節(jié)點(diǎn)名
*/
struct class input_class = {
.name = "input",
.devnode = input_devnode,
};
EXPORT_SYMBOL_GPL(input_class);
/**
* @brief input 類初始化
* @note
*/
static int __init input_init(void)
{
int err;
/* 注冊(cè) input 類 */
err = class_register(&input_class);
if (err) {
pr_err("unable to register input_dev class\n");
return err;
}
err = input_proc_init();
if (err)
goto fail1;
/* 注冊(cè)一個(gè)字符設(shè)備，主設(shè)備號(hào)為 INPUT_MAJOR, 定義在 include/uapi/linux/major.h */
err = register_chrdev_region(MKDEV(INPUT_MAJOR, 0),
INPUT_MAX_CHAR_DEVICES, "input");
if (err) {
pr_err("unable to register char major %d", INPUT_MAJOR);
goto fail2;
}
return 0;
fail2: input_proc_exit();
fail1: class_unregister(&input_class);
return err;
}
- 如上代碼，注冊(cè)一個(gè) input 類，這樣系統(tǒng)啟動(dòng)以后就會(huì)在
/sys/class目錄下有一個(gè) input 子目錄； - 注冊(cè)一個(gè)字符設(shè)備，主設(shè)備號(hào)為 INPUT_MAJOR，固定值13，所以 input 子系統(tǒng)注冊(cè)的所有設(shè)備，其主設(shè)備號(hào)都是13，所以我們不再需要去注冊(cè)字符設(shè)備，只需注冊(cè) input_device 即可；
注冊(cè) input_dev
- 在使用 input 子系統(tǒng)框架時(shí)，我們只需要注冊(cè)一個(gè) input device，非常省事兒；
- input_dev 定義如下，省略不關(guān)心的代碼：
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)]; /* 事件類型的位圖 */
unsigned long keybit[BITS_TO_LONGS(KEY_CNT)]; /* 按鍵值的位圖 */
unsigned long relbit[BITS_TO_LONGS(REL_CNT)]; /* 相對(duì)坐標(biāo)的位圖 */
unsigned long absbit[BITS_TO_LONGS(ABS_CNT)]; /* 絕對(duì)坐標(biāo)的位圖 */
unsigned long mscbit[BITS_TO_LONGS(MSC_CNT)]; /* 雜項(xiàng)事件的位圖 */
unsigned long ledbit[BITS_TO_LONGS(LED_CNT)]; /* LED 相關(guān)的位圖 */
unsigned long sndbit[BITS_TO_LONGS(SND_CNT)]; /* sound 有關(guān)的位圖 */
unsigned long ffbit[BITS_TO_LONGS(FF_CNT)]; /* 壓力反饋的位圖 */
unsigned long swbit[BITS_TO_LONGS(SW_CNT)]; /* 開關(guān)狀態(tài)的位圖 */
unsigned int num_vals;
unsigned int max_vals;
struct input_value *vals;
bool devres_managed;
};
#define to_input_dev(d) container_of(d, struct input_dev, dev)
- 其中 evbit 表示輸入事件類型，可選的事件類型定義在 include/uapi/linux/input.h 文件
中，事件類型如下：
/*
* Event types
*/
#define EV_SYN 0x00 /* 同步事件 */
#define EV_KEY 0x01 /* 按鍵事件 */
#define EV_REL 0x02 /* 相對(duì)坐標(biāo)事件 */
#define EV_ABS 0x03 /* 絕對(duì)坐標(biāo)事件 */
#define EV_MSC 0x04 /* 雜項(xiàng)(其他)事件 */
#define EV_SW 0x05 /* 開關(guān)事件 */
#define EV_LED 0x11 /* LED */
#define EV_SND 0x12 /* sound(聲音) */
#define EV_REP 0x14 /* 重復(fù)事件 */
#define EV_FF 0x15 /* 壓力事件 */
#define EV_PWR 0x16 /* 電源事件 */
#define EV_FF_STATUS 0x17 /* 壓力狀態(tài)事件 */
#define EV_MAX 0x1f
#define EV_CNT (EV_MAX+1)
- 比如我們使用的是按鍵，就注冊(cè) EV_KEY 事件，如果使用連按功能還需要注冊(cè) EV_REP 事件；
- evbit、keybit、relbit 等都是存放不同事件對(duì)應(yīng)的值，比如我們現(xiàn)在要使用按鍵事件，所以會(huì)用到 keybit，即按鍵事件使用的位圖；
- Linux 內(nèi)核定義了很多按鍵值，它們定義在 include/uapi/linux/input.h ，按鍵值如下所示：
/*
* Keys and buttons
*
* Most of the keys/buttons are modeled after USB HUT 1.12
* (see http://www.usb.org/developers/hidpage).
* Abbreviations in the comments:
* AC - Application Control
* AL - Application Launch Button
* SC - System Control
*/
#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
- 我們可以將按鍵值設(shè)置為以上中的任意一個(gè)，比如設(shè)置為 KEY_0
- 編寫 input 設(shè)備驅(qū)動(dòng)時(shí)，首先需要定義 input_dev 結(jié)構(gòu)體變量，然后分配內(nèi)存（同理，使用完后，需要釋放內(nèi)存資源），函數(shù)接口如下：
struct input_dev *input_allocate_device(void);
void input_free_device(struct input_dev *dev);
- 申請(qǐng)好 input_dev 之后，需要對(duì)其進(jìn)行初始化，初始化內(nèi)容主要有 事件類型(evbit)和事件值(keybit)這兩項(xiàng)；
- 初始化 input_dev 之后，需要將其注冊(cè)到內(nèi)核中（同理，不使用的時(shí)候也要注銷），函數(shù)接口如下：
/**
* @brief 注冊(cè) input_dev
* @param dev 指向要進(jìn)行注冊(cè)的 input_dev
* @return 0，input_dev 注冊(cè)成功；負(fù)值，input_dev 注冊(cè)失敗
*/
int input_register_device(struct input_dev *dev);
void input_unregister_device(struct input_dev *dev);
- 綜上所述，input_dev 注冊(cè)過程如下：
①、使用 input_allocate_device 函數(shù)申請(qǐng)一個(gè) input_dev。
②、初始化 input_dev 的事件類型以及事件值。
③、使用 input_register_device 函數(shù)向 Linux 系統(tǒng)注冊(cè)前面初始化好的 input_dev。
④、卸載input驅(qū)動(dòng)的時(shí)候需要先使用 input_unregister_device 函數(shù)注銷掉注冊(cè)的 input_dev，
然后使用 input_free_device 函數(shù)釋放掉前面申請(qǐng)的 input_dev。input_dev 注冊(cè)過程示例代碼如下所示：
struct input_dev *inputdev; /* input 結(jié)構(gòu)體變量 */
/* 驅(qū)動(dòng)入口函數(shù) */
static int __init xxx_init(void)
{
......;
inputdev = input_allocate_device(); /* 申請(qǐng) input_dev */
inputdev->name = "test_inputdev"; /* 設(shè)置 input_dev 名字 */
/*********第一種設(shè)置事件和事件值的方法***********/
__set_bit(EV_KEY, inputdev->evbit); /* 設(shè)置產(chǎn)生按鍵事件 */
__set_bit(EV_REP, inputdev->evbit); /* 重復(fù)事件 */
__set_bit(KEY_0, inputdev->keybit); /*設(shè)置產(chǎn)生哪些按鍵值 */
/************************************************/
/*********第二種設(shè)置事件和事件值的方法***********/
keyinputdev.inputdev->evbit[0] = BIT_MASK(EV_KEY) | T_MASK(EV_REP);
keyinputdev.inputdev->keybit[BIT_WORD(KEY_0)] |= T_MASK(KEY_0);
/************************************************/
/*********第三種設(shè)置事件和事件值的方法***********/
keyinputdev.inputdev->evbit[0] = BIT_MASK(EV_KEY) | T_MASK(EV_REP);
input_set_capability(keyinputdev.inputdev, EV_KEY, KEY_0);
/************************************************/
/* 注冊(cè) input_dev */
input_register_device(inputdev);
......;
return 0;
}
static void __exit xxx_exit(void)
{
input_unregister_device(inputdev); /* 注銷 input_dev */
input_free_device(inputdev); /* 釋放input_dev */
}
上報(bào)輸入事件
- 注冊(cè)完 input_dev 后，還不能使用，因?yàn)?input 設(shè)備是具有輸入功能的，輸入值是什么還不確定；
- 我們需要獲取到具體的輸入值（或輸入事件），然后將輸入事件上報(bào)給內(nèi)核，比如按鍵，我們需要在按鍵中斷處理函數(shù)（或消抖定時(shí)器中斷函數(shù)）中，將按鍵值上報(bào)給內(nèi)核，這樣內(nèi)核才能獲取到正確的輸入值；
- 不同事件，其上報(bào)事件的 API 函數(shù)不同，以下是一些常用的事件上報(bào)API函數(shù)：
/**
* input_event() - report new input event
* @dev: device that generated the event -- 產(chǎn)生事件的設(shè)備
* @type: type of the event -- 事件類型，比如 EV_KEY
* @code: event code -- 事件碼，也就是我們注冊(cè)的按鍵值，比如 KEY_0
* @value: value of the event -- 事件值，比如 1 表示按鍵按下，0 表示按鍵松開
*
* This function should be used by drivers implementing various input
* devices to report input events. See also input_inject_event().
*
* NOTE: input_event() may be safely used right after input device was
* allocated with input_allocate_device(), even before it is registered
* with input_register_device(), but the event will not reach any of the
* input handlers. Such early invocation of input_event() may be used
* to 'seed' initial state of a switch or initial position of absolute
* axis, etc.
*/
void input_event(struct input_dev *dev,
unsigned int type,
unsigned int code,
int value);
- input_event 函數(shù)可以上報(bào)所有的事件類型和事件值；
- 內(nèi)核也提供了其他針對(duì)具體事件的上報(bào)函數(shù)，比如針對(duì)按鍵事件的上報(bào)函數(shù)（本質(zhì)上還是使用 input_event ）：
static inline void input_report_key(struct input_dev *dev, unsigned int code, int value)
{
input_event(dev, EV_KEY, code, !!value);
}
- 同理，還有一些其他上報(bào)其他具體事件的函數(shù)，如下：
void input_report_rel(struct input_dev *dev, unsigned int code, int value);
void input_report_abs(struct input_dev *dev, unsigned int code, int value);
void input_report_ff_status(struct input_dev *dev, unsigned int code, int value);
void input_report_switch(struct input_dev *dev, unsigned int code, int value);
void input_mt_sync(struct input_dev *dev);
- 上報(bào)事件完成后，還需要使用 input_sync () 函數(shù)高速內(nèi)核 input 子系統(tǒng)上報(bào)結(jié)束，其本質(zhì)上是一個(gè)同步事件，函數(shù)原型：
void input_sync(struct input_dev *dev);
- 綜上所述，按鍵上報(bào)按鍵值得參考代碼如下：
/* 用于按鍵消抖的定時(shí)器服務(wù)函數(shù) */
void timer_function(unsigned long arg)
{
unsigned char value;
value = gpio_get_value(keydesc->gpio); /* 讀取 IO 值 */
if (value == 0) /* 按下按鍵 */
{
/* 上報(bào)按鍵值 */
input_report_key(inputdev, KEY_0, 1); /* 最后一個(gè)參數(shù) 1 ， 按下 */
input_sync(inputdev); /* 同步事件 */
}
else /* 按鍵松開 */
{
input_report_key(inputdev, KEY_0, 0); /* 最后一個(gè)參數(shù) 0 ， 松開 */
input_sync(inputdev); /* 同步事件 */
}
}
input_event 結(jié)構(gòu)體
- Linux 內(nèi)核使用 input_event 這個(gè)結(jié)構(gòu)體來表示所有的輸入事件，定義在 include/uapi/linux/input.h 文件；
- tv_sec 和 tv_usec 這兩個(gè)成員變量都為 long 類型，也就是 32
位，這個(gè)一定要記住，后面我們分析 event 事件上報(bào)數(shù)據(jù)的時(shí)候要用到；
typedef long __kernel_long_t;
typedef __kernel_long_t __kernel_time_t;
typedef __kernel_long_t __kernel_suseconds_t;
struct timeval
{
__kernel_time_t tv_sec; /* 秒 */
__kernel_suseconds_t tv_usec; /* 微秒 */
};
struct input_event
{
struct timeval time;
__u16 type;
__u16 code;
__s32 value;
};
- input_evetn 這個(gè)結(jié)構(gòu)體非常重要，所有輸入設(shè)備都是按照 input_event 結(jié)構(gòu)體格式呈現(xiàn)給用戶的；用戶通過 input_event 來獲取具體的輸入事件和對(duì)應(yīng)的事件值（比如按鍵事件的按鍵值）；
實(shí)驗(yàn)
待更新。。。
