Linux Input子系统

一、基本概念

  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子系统框架来处理输入事件。本质属于字符设备。

 1. input子系统结构如下:

Linux Input子系统_第1张图片

 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。

(1)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。

(2)核心层

   a.承上启下,为驱动层提供输入设备注册和操作接口;

   b.通知事件层对输入事件进行处理。

 (3)事件层

    主要和用户空间进行交互。

  2. input 子系统的所有设备主设备号都为 13,在drivers/input/input.c文件(核心层)中可以看到, 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。

二、input驱动编写流程

  1.注册 input_dev

  input_dev 结构体表示 input设备,此结构体定义在 include/linux/input.h 文件中,结构体中包含了各种事件输入类型,如evbit[BITS_TO_LONGS(EV_CNT)]存放着不同事件对应的值,可选的输入事件类型定义在input/uapi/linux/input.h 文件中,比如常见的输入事件类型有同步事件、按键事件、重复事件等。

  注册过程:

  a.申请input_dev结构体变量  struct input_dev *input_allocate_device(void) 

  b.初始化input_dev的事件类型以及事件值。

  c.向Linux系统注册input_dev设备  input_register_device(struct input_dev *dev)

  d.卸载驱动的时候要注销该设备并释放前面申请的input_dev。

    void input_unregister_device(struct input_dev *dev)

    void input_free_device(struct input_dev *dev) 

 2.上报输入事件 

  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

void input_event(

struct input_dev *dev,  //需要上报的 input_dev
 unsigned int type,   //上报的事件类型,比如 EV_KEY
 unsigned int code,   //事件码,也就是我们注册的按键值,比如 KEY_0、KEY_1 等等
int value         //事件值,比如 1 表示按键按下,0 表示按键松开
)

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。

  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。

三、实验内容

  利用input子系统进行按键输入实验。

1.思路

  input子系统在input.h文件中已经注册了字符设备,所以我们在写驱动的时候不需要再注册字符设备了,我们需要做的是从设备树中获取到按键的节点以及gpio、然后初始化gpio为中断模式并申请中断、初始化定时器(按键消抖使用),完成以上操作后,我们再初始化input_dev结构体变量、注册input_dev、设置事件和事件值、注册inpu_dev设备、上报事件。

2.代码

#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 

#define IMX6UIRQ_NAME "imx6uirq"
#define IMX6UIRQ_CNT 1
#define KEY_NUM 1
#define KEY0_VALUE 0X01 /* KEY0 按键值 */
#define INVAKEY 0xff 
#define KEYINPUT_NAME "keyinput"
/*cmd*/
/*
_IO(type,nr) //没有参数的命令

_IOR(type,nr,size) //该命令是从驱动读取数据

_IOW(type,nr,size) //该命令是从驱动写入数据

_IOWR(type,nr,size) //双向数据传输
*/
// #define CLOSE_CMD _IO(0xef, 1)
// #define OPEN_CMD _IO(0xef, 2)
// #define SETPERIOD_CMD _IOW(0xef, 3, int)
struct keydevice_dev
{
    int gpio;                             // IO
    char name[10];                         // IO name
    int irqnum;                             //中断号
    unsigned char value;                 /* 按键对应的键值 */
    irqreturn_t (*handler)(int, void *); /* 中断服务函数 */
};

struct imx6uirq_dev
{
    dev_t devid; /*设备号*/
    struct cdev cdev;
    struct class *class;
    struct device *device;
    struct device_node *nd;
    int major;
    int minor;

    struct timer_list timer; //
    int timeperiod;             /* 定时周期,单位为 ms */
    spinlock_t lock;         //自旋锁
    struct keydevice_dev keydecs[KEY_NUM];
    atomic_t key_value;     /* 有效的按键键值 */
    atomic_t release_key; /* 标记是否完成一次完成的按键*/
    unsigned char current_keynum; /* 当前的按键号 */

    struct input_dev *inputdev;    /* input 结构体 */
};
struct imx6uirq_dev imx6uirq;

/*
 * @description        : 关闭/释放设备
 * @param - filp     : 要关闭的设备文件(文件描述符)
 * @return             : 0 成功;其他 失败
 */
void timer_function(unsigned long arg)
{
    struct keydevice_dev *keydecs;
    struct imx6uirq_dev *dev =(struct imx6uirq_dev*)arg;
    int ret = 0;
    unsigned char num;
    unsigned char value;
    num = dev->current_keynum;
    keydecs = &dev->keydecs[num];
    value = gpio_get_value(keydecs->gpio);/* 读取 IO 值 */
    if(value == 0)  /*按键按下*/
    {
    //    printk("KEY0_PUSH\r\n");
        /*上报按键值*/
        input_report_key(dev->inputdev,keydecs->value,1);
        input_sync(dev->inputdev);
    }
    else if(value==1)//释放
    {
    //    printk("KEY0_RELEASE\r\n");
        /*上报按键值*/
        input_report_key(dev->inputdev,keydecs->value,0);
        input_sync(dev->inputdev);
    }

    
}


/* @description : 中断服务函数,开启定时器,延时 10ms,
 * 定时器用于按键消抖。
 * @param - irq : 中断号
 * @param - dev_id : 设备结构。
 * @return : 中断执行结果
 */
static irqreturn_t key0_handler(int irq, void *dev_id)
{
    struct imx6uirq_dev *dev = (struct imx6uirq_dev *)dev_id;
    dev->current_keynum = 0;
    dev->timer.data = (volatile long)dev_id;
    mod_timer(&imx6uirq.timer,jiffies+msecs_to_jiffies(10));//消抖
//    printk("irq handler\r\n");
    return IRQ_RETVAL(IRQ_HANDLED);
}

static int keyirq_init(void)
{
    int ret = 0;
    int i = 0;
    imx6uirq.nd = of_find_node_by_path("/key");
    if (imx6uirq.nd == NULL)
    {
        ret = -EINVAL;
        goto fail_findnd;
        printk("find node failed");
    }
    /* 提取 GPIO */
    for (i = 0; i < KEY_NUM; i++)
    { 
        imx6uirq.keydecs[i].gpio = of_get_named_gpio(imx6uirq.nd, "key-gpios", i);
        if (imx6uirq.keydecs[i].gpio < 0)
        {
            printk("get gpio %d failed\r\n", i);
        }
        printk("imx6uirq.keydecs[%d].gpio = %d",i,imx6uirq.keydecs[i].gpio);
    }
    
    /* 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(imx6uirq.keydecs[i].name, 0, sizeof(imx6uirq.keydecs[i].name)); //给数组清0,按字节赋值
        sprintf(imx6uirq.keydecs[i].name, "KEY%d", i);                           //给数组赋值
        gpio_request(imx6uirq.keydecs[i].gpio, imx6uirq.keydecs[i].name);       //申请IO
        gpio_direction_input(imx6uirq.keydecs[i].gpio);                           //设置为输入模式
        imx6uirq.keydecs[i].irqnum = irq_of_parse_and_map(imx6uirq.nd, i);       //获取中断号
        printk("gpio %d  irqnum=%d\r\n", imx6uirq.keydecs[i].gpio, imx6uirq.keydecs[i].irqnum);
    }
    /* 申请中断 */
    imx6uirq.keydecs[0].handler = key0_handler;

    imx6uirq.keydecs[0].value = KEY_0;
    /*根据按键的个数申请中断*/
    for (i = 0; i < KEY_NUM; i++)
    {
        ret = request_irq(imx6uirq.keydecs[i].irqnum, imx6uirq.keydecs[i].handler, IRQF_TRIGGER_FALLING | IRQF_TRIGGER_RISING,
                          imx6uirq.keydecs[i].name, &imx6uirq);
        if (ret < 0)
        {
            printk("irq %d request failed", imx6uirq.keydecs[i].irqnum);
            ret = -EINVAL;
            goto fail_request_irq;
        }
    }

    /* 创建定时器 */
    init_timer(&imx6uirq.timer);
    imx6uirq.timer.function = timer_function;

    /*申请input_dev*/
    imx6uirq.inputdev = input_allocate_device();
    imx6uirq.inputdev->name = KEYINPUT_NAME;
    __set_bit(EV_KEY,imx6uirq.inputdev->evbit);/*按键事件*/
    __set_bit(EV_REP,imx6uirq.inputdev->evbit);/*重复事件*/
    __set_bit(KEY_0,imx6uirq.inputdev->keybit);
    /* 初始化 input_dev,设置产生哪些按键 */
   // imx6uirq.inputdev->evbit[0]=BIT_MASK(EV_KEY)|BIT_MASK(EV_REP);
   // input_set_capability(imx6uirq.inputdev,EV_KEY,KEY_0);
    /* 注册输入设备 */
    ret = input_register_device(imx6uirq.inputdev);
    if(ret){
        printk("register failed\r\n");
        return ret;
    }


    return 0;

fail_findnd:
fail_request_irq:
    return ret;
} 

/*驱动入口函数*/
static int __init imx6uirq_init(void)
{    
    keyirq_init();
    return 0;
}

/*驱动出口函数*/
static void __exit imx6uirq_exit(void)
{
    int i = 0;
    /* 删除定时器 */
    del_timer_sync(&imx6uirq.timer);
    /* 释放中断 */
    for (i = 0; i < KEY_NUM; i++)
    {
        free_irq(imx6uirq.keydecs[i].irqnum, &imx6uirq);
    }
    input_unregister_device(imx6uirq.inputdev);
    input_free_device(imx6uirq.inputdev);
    printk("imx6uirq_exit !!!\r\n");
}

module_init(imx6uirq_init);
module_exit(imx6uirq_exit);
MODULE_LICENSE("GPL");
MODULE_AUTHOR("dongdong");

3.代码分析 

4.编写测试APP

 1  #include "stdio.h"
 2  #include "unistd.h"
 3  #include "sys/types.h"
 4  #include "sys/stat.h"
 5  #include "sys/ioctl.h"
 6  #include "fcntl.h"
 7  #include "stdlib.h"
 8  #include "string.h"
 9  #include 
10  #include 
11  #include 
12  #include 
13  #include 
14 
15 /* 定义一个 input_event 变量,存放输入事件信息 */
16  static struct input_event inputevent;
17 /*
18  * @description        : main主程序
19  * @param - argc     : argv数组元素个数
20  * @param - argv     : 具体参数
21  * @use: ./timerAPP /dev/gpioled
22  * @return             : 0 成功;其他 失败
23  */
24 int main(int argc, char *argv[])
25 {
26 
27     char *filename;
28     int fd;
29     int ret = 0;                                  
30 
31     /*打开文件*/
32     filename = argv[1];     
33 
34     if (argc != 2) //检查输入参数个数
35     {
36         printf("useage error\r\n");
37         return -1;
38     }
39     
40     fd = open(filename, O_RDWR);
41     if (fd < 0)
42     {
43         printf("can't open file %s\r\n", filename);
44         return -1;
45     }
46     /* 循环读取按键值数据! */
47     while (1)
48     {
49         ret = read(fd, &inputevent,sizeof(inputevent));
50         if(ret<0)
51         {
52             printf("读取数据失败\r\n");
53         }
54         else{
55             switch(inputevent.type)
56             {
57                 case EV_KEY:
58                     if(inputevent.code < BTN_MISC)
59                     {
60                         printf("key press\r\n");
61                         printf("key %d %s\r\n",inputevent.code,inputevent.value ? "press":"release");
62                     }
63                     else
64                     {
65                         printf("button %d %s\r\n",inputevent.code,inputevent.value?"press":"release");
66                     }
67                     break;
68                     /* 其他类型的事件,自行处理 */
69                      case EV_REL:
70                      break;
71                      case EV_ABS:
72                      break;
73                      case EV_MSC:
74                      break;
75                      case EV_SW:
76                      break;
77 
78             }
79             
80         }
81     }
82      ret = close(fd);
83     if (ret < 0)
84     {
85         printf("file %s close failed!\r\n", argv[1]);
86         return -1;
87     }
88     return 0;
89     
90 }

5.实验结果

Linux Input子系统_第2张图片

按下按键与松开按键

Linux Input子系统_第3张图片

 从上图实验结果可以看出inpu_dev结构体的成员变量的值,从左到右依次是:

此事件发生的时间(s、us,均为32位)、事件类型(16位)、事件编码(16位)、按键值(32位)

 

Linux Input子系统_第4张图片

 四、也可以用Linux自带的按键驱动

1.make menuconfig配置

-> Device Drivers

-> Input device support

-> Generic input layer (needed for keyboard, mouse, ...) (INPUT [=y])

-> Keyboards (INPUT_KEYBOARD [=y])

->GPIO Buttons 

 2.修改设备树文件

 可以参考Linux内核文档(Documentation/devicetree/bindings/input/gpio-keys.txt)

 

Linux Input子系统_第5张图片

 参考上述文件修改开发板按键为回车键为LCD实验作准备。

 1 gpio-keys {
 2      compatible = "gpio-keys";
 3     #address-cells = <1>;
 4      #size-cells = <0>;
 5      autorepeat;
 6      key0 {
 7          label = "GPIO Key Enter";
 8          linux,code = ;
 9          gpios = <&gpio1 18 GPIO_ACTIVE_LOW>;
10          };
11      }; 

3.最后,实验结果

Linux Input子系统_第6张图片

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