【Linux驱动开发】024 INPUT子系统
一、前言
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。
按键输入、键盘、鼠标、触摸屏等都属于输入设备，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。
目的：简化驱动开发人员操作，驱动开发者只需上报事件，至于事件如何处理并提供给应用层使用则无需关心。
二、input 子系统简介
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。负责将输入事件从驱动层传递到事件层，并记录输入设备的属性和类型等信息。
- 事件层：主要和用户空间进行交互。 负责将输入事件传递给用户空间的应用程序，并提供标准的系统调用来读取和处理输入事件。
核心层和事件层之间通过一些接口和数据结构进行交互，以实现输入事件的传递和处理。
也就是说input子系统的核心层和事件层已经写好，驱动开发者只需要按照要求上报事件给核心层即可，无需关心事件的处理和传递，这也体现出驱动分层的思想。
三、input 驱动编写流程
input 核心层会向 Linux 内核注册一个字符设备，大家找到 drivers/input/input.c 这个文件，input.c 就是 input 输入子系统的核心层。
struct class input_class = {name = "input",devnode = input_devnode,
};
......
static int __init input_init(void)
{int err;err = class_register(&input_class);// 向内核注册一个类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),// 注册字符设备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;
}注释1：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。
注释2：注册一个字符设备，主设备号为 INPUT_MAJOR，INPUT_MAJOR 定义在 include/uapi/linux/major.h 文件中：
#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。（不需要自行注册字符设备，但需要提供一个input_device）
1、注册 input_dev （该结构体表示input设备）
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：
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，另外几个位图是该事件的对应值，比如 keybit 就是按键事件使用的
位图，可选事件类型定义在 include/uapi/linux/input.h 文件中：
#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 */ 🐦 申请 input_dev
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：
struct input_dev *input_allocate_device(void)
参数：无。
返回值：申请到的 input_dev。
🐦 初始化与（向内核）注册 input_dev
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 初始化完成以后需要向 Linux 内核注册 input_dev了，需要用到 input_register_device 函数：
🐦 （从内核）注销 input_dev
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：
void input_unregister_device(struct input_dev *dev)
dev：要注销的 input_dev 。
返回值：无。
🐦 释放 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：
void input_free_device(struct input_dev *dev)
dev：需要释放的 input_dev。
返回值：无。
🐦input_dev 注册总结
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：
struct input_dev *inputdev; /* input 结构体变量 *//* 驱动入口函数 */
static int __init xxx_init(void)
{...// 相当于给指针变量分配空间 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***********/// 设置某一位的值__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) |BIT_MASK(EV_REP);keyinputdev.inputdev->keybit[BIT_WORD(KEY_0)] |=BIT_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) |BIT_MASK(EV_REP);input_set_capability(keyinputdev.inputdev, EV_KEY, KEY_0);/************************************************//* 注册 input_dev */input_register_device(inputdev);return 0;
}/* 驱动出口函数 */
static void __exit xxx_exit(void)
{ input_unregister_device(inputdev); /* 注销 input_dev */ input_free_device(inputdev); /* 删除 input_dev */
} 2、上报输入事件
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：
🐱🏍 input_event 函数
此函数用于上报指定的事件以及对应的值，input_event 函数可以上报所有的事件类型和事件值：
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。
返回值：无。
🐱🏍 具体事件的上报函数
// input_report_key 函数的本质就是 input_event 函数
static inline void input_report_key(struct input_dev *dev, unsigned int code, int 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)
🐱🏍 结束 input 子系统事件上报
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)
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
/* 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 */ }
} 四、input_event 结构体（呈现给用户使用）
1、input_event 结构体
（此处 input_event 是结构体，不是上面讲的上报函数）Linux 内核使用 input_event 结构体来表示所有的输入事件：
struct input_event {struct timeval time;// 此事件发生的时间__u16 type;// 事件类型,此次事件为按键事件，比如 EV_KEY__u16 code;// 时间码，具体的按键码，如：KEY_0、KEY_1等等这些按键__s32 value;// 按键值
};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。
上方表示时间的结构体 struct timeval：
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 */ };tv_sec 和 tv_usec 这两个成员变量都为 long 类型，也就是 32位。
2、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;
} 驱动层 read 函数应该是由input子系统实现，而如何将驱动上报的事件整理成 input_event 结构体也是驱动开发者无需考虑的，只需按照归则上报对应的事件到核心层即可。