1 input 子系统介绍
按键、鼠标、键盘、触摸屏等都属于输入(input)设备,Linux 内核为此专门做了一个叫做 input子系统的框架来处理输入事件。
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。
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。
1.1 input 驱动编写流程
drivers/input/input.c就是input子系统的核心层,此文件里面有如下代码:
struct class input_class = {
.name = "input",
.devnode = input_devnode,
};
.....
static int __init input_init(void)
{
int err;
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;
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;
}
注册一个 input 类,这样系统启动以后就会在/sys/class 目录下有一个 input 子目录:
创建proc/input信息,申请主设备号为 INPUT_MAJOR, INPUT_MAJOR 定义在 include/uapi/linux/major.h:
#define INPUT_MAJOR 13
因此,input 子系统的所有设备主设备号都为 13,我们在使用 input 子系统处理输入设备的时候就不需要去注册字符设备了,我们只需要向系统注册一个 input_device 即可。
1.1.1 注册 input_dev
使用 input 子系统的时候我们只需要注册一个 input 设备即可,input_dev 结构体表示 input设备,此结构体定义在 include/linux/input.h:
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:
#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 */
evbit、keybit、relbit 等等都是存放不同事件对应的值。比如我们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:
#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
我们可以将开发板上的按键值设置为任意一个,比如就叫KEY_0。
申请input内存:
struct input_dev *input_allocate_device(void);
释放input内存:
void input_free_device(struct input_dev *dev);
注册input设备:
int input_register_device(struct input_dev *dev);
注销input设备:
void input_unregister_device(struct input_dev *dev);
1.1.1.1 input_dev 注册过程
struct input_dev *inputdev; /* input 结构体变量 */
static int __init xxx_init(void)
{
inputdev = input_allocate_device(); /* 申请 input_dev */
inputdev->name = "test_inputdev"; /* 设置 input_dev 名字 */
/*********第一种设置事件和事件值的方法***********/
__set_bit(EV_KEY, inputdev->evbit); /* 设置产生按键事件 */
__set_bit(EV_REP, inputdev->evbit); /* 重复事件 */
__set_bit(KEY_0, inputdev->keybit); /*设置产生哪些按键值 */
/************************************************/
/*********第二种设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);
/************************************************/
/*********第三种设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);
/************************************************/
input_register_device(inputdev);
return 0;
}
static void __exit xxx_exit(void)
{
input_unregister_device(inputdev); /* 注销 input_dev */
input_free_device(inputdev); /* 删除 input_dev */
}
1.1.2 中断上报输入事件
当输入设备中断到来,我们需要上报input输入事件给linux内核的input核心层,比如按键:我们需要在按键中断处理函数,或者消抖定时器中断函数中将按键值上报给 Linux 内核,这样 Linux 内核才能获取到正确的输入值。
不同的事件,上报事件的 API 函数不一样:
input_event:
void input_event(struct input_dev *dev, unsigned int type, unsigned int code, int value)
/*
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。
*/
当然linux系统帮我们也封装了一层api去使用:
input_report_key:
static inline void input_report_key(struct input_dev *dev,unsigned int code, int value)
{
input_event(dev, EV_KEY, code, !!value);
}
同样的还有一些其他的事件上报函数:
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)
我们上报事件以后还需要使用 input_sync 函数来告诉 Linux 内核 input 子系统上报结束,input_sync 函数本质是上报一个同步事件:
void input_sync(struct input_dev *dev);
举个例子,按键中断服务函数如下:
/* 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 */
}
}
1.1.3 input_event 结构体
include/uapi/linux/input.h 文件中:
type:事件类型,比如 EV_KEY,表示此次事件为按键事件,此成员变量为 16 位。
code:事件码,比如在 EV_KEY 事件中 code 就表示具体的按键码,如:KEY_0、KEY_1等等这些按键。此成员变量为 16 位。
value:值,比如 EV_KEY 事件中 value 就是按键值,表示按键有没有被按下,如果为 1 的话说明按键按下,如果为 0 的话说明按键没有被按下或者按键松开了
input_envent 这个结构体非常重要,用户态的应用程序也是通过 input_event 来获取到具体的输入事件或相关的值,比如按键值等。
2 input子系统示例
还是以之前的按键来举例,利用input子系统来做一个按键驱动程序:
#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 */
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 */
};
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;
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);
}
}
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 0
keyinputdev.inputdev->evbit[0] = BIT_MASK(EV_KEY) | BIT_MASK(EV_REP);
keyinputdev.inputdev->keybit[BIT_WORD(KEY_0)] |= BIT_MASK(KEY_0);
#endif
keyinputdev.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;
del_timer_sync(&keyinputdev.timer); /* 删除定时器 */
for (i = 0; i < KEY_NUM; i++) {
free_irq(keyinputdev.irqkeydesc[i].irqnum, &keyinputdev);
}
input_unregister_device(keyinputdev.inputdev);
input_free_device(keyinputdev.inputdev);
}
module_init(keyinput_init);
module_exit(keyinput_exit);
2.1 定义input_dev
2.2 初始话input_dev
- input_allocate_device分配内存
- 设置事件和事件值,input_event类型是EV_KEY,键值KEY_0, evbit为EV_KEY | EV_REP
- 注册input设备
2.3 中断上报输入事件
2.4 释放input_dev
3 APP测试
#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>
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;
}
当我们向 Linux 内核成功注册 input_dev 设备以后,会在/dev/input 目录下生成一个名为“eventX(X=0….n)”的文件,这个/dev/input/eventX 就是对应的 input 设备文件。
测试:
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:
modprobe keyinput.ko
可以看到多一个input1,就是我们刚创建的设备节点:
运行app:
./keyinputApp /dev/input/event1
可以看出,当我们按下或者释放开发板上的按键以后都会在终端上输出相应的内容,提示我们哪个按键按下或释放了,在 Linux 内核中 KEY_0 为 11。
另外,我们也可以不用 keyinputApp 来测试驱动,可以直接使用 hexdump 命令来查看/dev/input/event1 文件内容,输入如下命令:
hexdump /dev/input/event1
这就是input_event 类型的原始事件数据值:
含义如下:
type 为事件类型,EV_KEY 事件值为 1,EV_SYN 事件值为0。因此第 1 行表示 EV_KEY 事件,第 2 行表示 EV_SYN 事件。code 为事件编码,也就是按键号,KEY_0 这个按键编号为 11,对应的十六进制为 0xb,因此第1 行表示 KEY_0 这个按键事件,最后的 value 就是按键值,为 1 表示按下,为 0 的话表示松开。
综上所述,上述原始事件值含义如下:
第 1 行,按键(KEY_0)按下事件。
第 2 行,EV_SYN 同步事件,因为每次上报按键事件以后都要同步的上报一个 EV_SYN 事件。
第 3 行,按键(KEY_0)松开事件。
第 4 行,EV_SYN 同步事件,和第 2 行一样。
4 Linux input子系统补充-Linux 自带按键驱动
Linux 内核也自带了 KEY 驱动,如果要使用内核自带的 KEY 驱动的话需要配置 Linux 内核,不过 Linux 内核一般默认已经使能了 KEY 驱动。
-> Device Drivers
-> Input device support
-> Generic input layer (needed for keyboard, mouse, ...) (INPUT [=y])
-> Keyboards (INPUT_KEYBOARD [=y])
->GPIO Buttons
选中以后就会在.config 文件中出现“CONFIG_KEYBOARD_GPIO=y”这一行,Linux 内核
就会根据这一行来将 KEY 驱动文件编译进 Linux 内核。Linux 内核自带的 KEY 驱动文件为
drivers/input/keyboard/gpio_keys.c,gpio_keys.c 采用了 platform 驱动框架,在 KEY 驱动上使用
了 input 子系统实现。
4.1 gpio_keys源码分析
要使用 Linux 内 核 自 带 的 按 键 驱 动 程 序 很 简 单 , 只 需 要 根 据Documentation/devicetree/bindings/input/gpio-keys.txt 这个文件在设备树中添加指定的设备节点即可,节点要求如下:
①、节点名字为“gpio-keys”。
②、gpio-keys 节点的 compatible 属性值一定要设置为“gpio-keys”。
③、所有的 KEY 都是 gpio-keys 的子节点,每个子节点可以用如下属性描述自己:
gpios:KEY 所连接的 GPIO 信息。
interrupts:KEY 所使用 GPIO 中断信息,不是必须的,可以不写。
label:KEY 名字
linux,code:KEY 要模拟的按键,也就是示例代码
④、如果按键要支持连按的话要加入 autorepeat。
打开 imx6ull-alientek-emmc.dts定义如下:
gpio-keys {
compatible = "gpio-keys";
#address-cells = <1>;
#size-cells = <0>;
autorepeat;
key0 {
label = "GPIO Key Enter";
linux,code = <KEY_ENTER>;
gpios = <&gpio1 18 GPIO_ACTIVE_LOW>;
};
};
ALPHA 开发板 KEY 按键信息,名字设置为“GPIO Key Enter”,这里我们将开发板上的 KEY 按键设置为“EKY_ENTER”这个按键,也就是回车键,效果和键盘上的回车键一样。
4.1.1 gpio_keys_probe分析
可以看到就是对input子系统的调用封装,实例化了一个利用input子系统写的驱动程序。
调用 gpio_keys_get_devtree_pdata 函数从设备树中获取到 KEY 相关的设备节点信息。
使用 devm_input_allocate_device 函数申请 input_dev。
初始化 input_dev。
设置 input_dev 事件,这里设置了 EV_REP 事件.
调用 gpio_keys_setup_key 函数继续设置 KEY,此函数会设置 input_dev 的EV_KEY 事件已经事件码(也就是 KEY 模拟为哪个按键)。
调用 input_register_device 函数向 Linux 系统注册 input_dev。
4.1.1.1 gpio_keys_setup_key
调用 input_set_capability 函数设置 EV_KEY 事件以及 KEY 的按键类型,也就是 KEY 作为哪个按键?我们会在设备树里面设置指定的 KEY 作为哪个按键.
4.1.1.2 gpio_keys_irq_isr
当dts对应的按键按下后,中断进行响应,函数如下:
可以看到同理还是调用input_event, input_sync进行上报事件。
4.2 测试验证
烧录新的dtb和kernel进去,可以看出存在 event1 这个文件,这个文件就是 KEY 对应的设备文件,使用
hexdump 命令来查看/dev/input/event1 文件:
hexdump /dev/input/event1
大家如果发现按下 KEY 按键以后没有反应,那么请检查一下三方面:
①、是否使能 Linux 内核 KEY 驱动。
②、设备树中 gpio-keys 节点是否创建成功。
③、在设备树中是否有其他外设也使用了 KEY 按键对应的 GPIO,但是我们并没有删除掉这些外设信息。检查 Linux 启动 log 信息,看看是否有类似下面这条信息:
gpio-keys gpio_keys:Failed to request GPIO 18, error -16