linux驱动开发学习笔记二十三：input子系统

一、简介

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。输入设备本质上还是字符设备，只是在此基础上套上了 input 框架，用户只需要负责上报输入事件，比如按键值、坐标等信息，input 核心层负责处理这些事件。

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 和 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，按键和键盘就是代表按键信息，鼠标和触摸屏代表坐标信息，因此在应用层的处理就不同，对于驱动编写者而言不需要去关心应用层的事情，我们只需要按照要求上报这些输入事件即可。为此 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，input 子系统框架如下图所示：

图中左边就是最底层的具体设备，比如按键、USB 键盘/鼠标等，中间部分属于Linux 内核空间，分为驱动层、核心层和事件层，最右边的就是用户空间，所有的输入设备以文件的形式供用户应用程序使用。可以看出 input 子系统用到了我们前面讲解的驱动分层模型，我们编写驱动程序的时候只需要关注中间的驱动层、核心层和事件层，这三个层的分工如下：

• 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

1、注册 input_dev

在使用 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 文件中，定义如下(有省略)：

121 struct input_dev {
122 		const char *name;
123 		const char *phys;
124 		const char *uniq;
125 		struct input_id id;
126
127 		unsigned long propbit[BITS_TO_LONGS(INPUT_PROP_CNT)];
128
129 		unsigned long evbit[BITS_TO_LONGS(EV_CNT)]; /* 事件类型的位图 */
130 		unsigned long keybit[BITS_TO_LONGS(KEY_CNT)]; /* 按键值的位图 */
131 		unsigned long relbit[BITS_TO_LONGS(REL_CNT)]; /* 相对坐标的位图 */ 
132 		unsigned long absbit[BITS_TO_LONGS(ABS_CNT)]; /* 绝对坐标的位图 */
133 		unsigned long mscbit[BITS_TO_LONGS(MSC_CNT)]; /* 杂项事件的位图 */
134 		unsigned long ledbit[BITS_TO_LONGS(LED_CNT)]; /*LED 相关的位图 */
135 		unsigned long sndbit[BITS_TO_LONGS(SND_CNT)];/* sound 有关的位图 */
136 		unsigned long ffbit[BITS_TO_LONGS(FF_CNT)]; /* 压力反馈的位图 */
137 		unsigned long swbit[BITS_TO_LONGS(SW_CNT)]; /*开关状态的位图 */
......
189 		bool devres_managed;
190 };

第 129 行，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 */

比如我们要使用到按键，那么就需要注册 EV_KEY 事件，如果要使用连按功能的话还需要注册 EV_REP 事件。

第 129 行~137 行的 evbit、keybit、relbit 等等都是存放不同事件对应的值。比如我们要使用按键事件，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：

215 #define KEY_RESERVED 0
216 #define KEY_ESC 1
217 #define KEY_1 2
218 #define KEY_2 3
219 #define KEY_3 4
220 #define KEY_4 5
221 #define KEY_5 6
222 #define KEY_6 7
223 #define KEY_7 8
224 #define KEY_8 9
225 #define KEY_9 10
226 #define KEY_0 11
......
794 #define BTN_TRIGGER_HAPPY39 0x2e6
795 #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。

input_dev 注册过程示例代码如下所示：

1 struct input_dev *inputdev; /* input 结构体变量 */
2 
3 /* 驱动入口函数 */
4 static int __init xxx_init(void) 
5 { 
6 		......
7 		inputdev = input_allocate_device(); /* 申请 input_dev */
8 		inputdev->name = "test_inputdev"; /* 设置 input_dev 名字 */
9 
10 		/*********第一种设置事件和事件值的方法***********/
11 		__set_bit(EV_KEY, inputdev->evbit); /* 设置产生按键事件 */
12 		__set_bit(EV_REP, inputdev->evbit); /* 重复事件 */
13 		__set_bit(KEY_0, inputdev->keybit); /*设置产生哪些按键值 */
14 		/************************************************/
15 
16 		/*********第二种设置事件和事件值的方法***********/
17 		keyinputdev.inputdev->evbit[0] = BIT_MASK(EV_KEY) | BIT_MASK(EV_REP);
18 		keyinputdev.inputdev->keybit[BIT_WORD(KEY_0)] |= BIT_MASK(KEY_0);
19 		/************************************************/
20
21 		/*********第三种设置事件和事件值的方法***********/
22 		keyinputdev.inputdev->evbit[0] = BIT_MASK(EV_KEY) | BIT_MASK(EV_REP);
23 		input_set_capability(keyinputdev.inputdev, EV_KEY, KEY_0);
24 		/************************************************/
25 
26 		/* 注册 input_dev */
27 		input_register_device(inputdev);
28 		......
29 		return 0;
30 }
31
32 /* 驱动出口函数 */
33 static void __exit xxx_exit(void)
34 {
35 		input_unregister_device(inputdev); /* 注销 input_dev */
36 		input_free_device(inputdev); /* 删除 input_dev */
37 }

第 1 行，定义一个 input_dev 结构体指针变量。

第 4-30 行，驱动入口函数，在此函数中完成 input_dev 的申请、设置、注册等工作。第 7行调用 input_allocate_device 函数申请一个 input_dev。第 10~23 行都是设置 input 设备事件和按键值，这里用了三种方法来设置事件和按键值。第 27 行调用 input_register_device 函数向 Linux内核注册 inputdev。

第 33~37 行，驱动出口函数，第 35 行调用 input_unregister_device 函数注销前面注册的input_dev，第 36 行调用 input_free_device 函数删除前面申请的 input_dev。

2、上报输入事件

当我们向 Linux 内核注册好 input_dev 以后还不能高枕无忧的使用 input 设备，input 设备都是具有输入功能的，但是具体是什么样的输入值 Linux 内核是不知道的，我们需要获取到具体的输入值，或者说是输入事件，然后将输入事件上报给 Linux 内核。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，其上报事件的 API 函数不同，我们依次来看一下一些常用的事件上报 API 函数。

首先是 input_event 函数，此函数用于上报指定的事件以及对应的值，函数原型如下：

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_event 函数可以上报所有的事件类型和事件值，Linux 内核也提供了其他的针对具体
事件的上报函数，这些函数其实都用到了 input_event 函数。

比如上报按键所使用的input_report_key 函数，此函数内容如下：

static inline void input_report_key(struct input_dev *dev,
									unsigned int code, int value) 
{
 		input_event(dev, EV_KEY, code, !!value);
}

input_report_key 函数的本质就是 input_event 函数，如果要上报按键事件的话还是建议大家使用 input_report_key 函数。同样的还有一些其他的事件上报函数，这些函数如下所示：

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)

当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，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。

综上所述，按键的上报事件的参考代码如下所示：

1 /* 用于按键消抖的定时器服务函数 */
2 void timer_function(unsigned long arg) 
3 { 
4 		unsigned char value; 
5 
6 		value = gpio_get_value(keydesc->gpio); /* 读取 IO 值 */
7 		if(value == 0){ /* 按下按键 */
8 		/* 上报按键值 */
9 			input_report_key(inputdev, KEY_0, 1); /* 最后一个参数 1，按下 */
10 			input_sync(inputdev); /* 同步事件 */
11 		} else { /* 按键松开 */
12 			input_report_key(inputdev, KEY_0, 0); /* 最后一个参数 0，松开 */
13 			input_sync(inputdev); /* 同步事件 */
14 } 
15 }

第 6 行，获取按键值，判断按键是否按下。

第 9~10 行，如果按键值为 0 那么表示按键被按下了，如果按键按下的话就要使用input_report_key 函数向 Linux 系统上报按键值，比如向 Linux 系统通知 KEY_0 这个按键按下了。

第 12~13 行，如果按键值为 1 的话就表示按键没有按下，是松开的。向 Linux 系统通知KEY_0 这个按键没有按下或松开了。

三、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：

24 struct input_event {
25 		struct timeval time;
26 		__u16 type;
27 		__u16 code;
28 		__s32 value;
29 };

我们依次来看一下 input_event 结构体中的各个成员变量：

• time：时间，也就是此事件发生的时间，为 timeval 结构体类型，timeval 结构体定义如下：

1 typedef long __kernel_long_t; 
2 typedef __kernel_long_t __kernel_time_t; 
3 typedef __kernel_long_t __kernel_suseconds_t; 
4
5 struct timeval { 
6 		__kernel_time_t tv_sec; /* 秒 */
7 		__kernel_suseconds_t tv_usec; /* 微秒 */
8 };

tv_sec 和 tv_usec 这两个成员变量都为 long 类型，也就是 32位。

• 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，因为所有的输入设备最终都是按照 input_event 结构体呈现给用户的，用户应用程序可以通过 input_event 来获取到具体的输入事件或相关的值，比如按键值等。