Linux input子系統編程、分析與模板

輸入設備都有共性:中斷驅動+字符IO，基於分層的思想，Linux內核將這些設備的公有的部分提取出來，基於cdev提供接口，設計了輸入子系統，所有使用輸入子系統構建的設備都使用主設備號13，同時輸入子系統也支持自動創建設備文件，這些文件采用阻塞的IO讀寫方式，被創建在"/dev/input/"下。如下圖所示。內核中的輸入子系統自底向上分為設備驅動層，輸入核心層，事件處理層。由於每種輸入的設備上報的事件都各有不同，所以為了應用層能夠很好識別上報的事件，內核中也為應用層封裝了標准的接口來描述一個事件，這些接口在"/include/upai/linux/input"中。

• 設備驅動層是具體硬件相關的實現，也是驅動開發中主要完成的部分，
• 輸入核心層主要提供一些API供設備驅動層調用，通過這些API設備驅動層上報的數據就可以傳遞到事件處理層，
• 事件處理層負責創建設備文件以及將上報的事件傳遞到用戶空間，

input的使用

input對象描述了一個輸入設備，包括它可能上報的事件，這些事件使用位圖來描述，內核提供的相應的工具幫助我們構建一個input對象，大家可以參考內核文檔"Documentation/input/input-programming.txt"，裡面對於input子系統的使用有詳細的描述。

//input設備對象
121 struct input_dev {
122         const char *name;
129         unsigned long evbit[BITS_TO_LONGS(EV_CNT)];
130         unsigned long keybit[BITS_TO_LONGS(KEY_CNT)];
131         unsigned long relbit[BITS_TO_LONGS(REL_CNT)];
132         unsigned long absbit[BITS_TO_LONGS(ABS_CNT)];
133         unsigned long mscbit[BITS_TO_LONGS(MSC_CNT)];
134         unsigned long ledbit[BITS_TO_LONGS(LED_CNT)];
135         unsigned long sndbit[BITS_TO_LONGS(SND_CNT)];
136         unsigned long ffbit[BITS_TO_LONGS(FF_CNT)];
137         unsigned long swbit[BITS_TO_LONGS(SW_CNT)];
155 
162         unsigned long key[BITS_TO_LONGS(KEY_CNT)];
163         unsigned long led[BITS_TO_LONGS(LED_CNT)];
164         unsigned long snd[BITS_TO_LONGS(SND_CNT)];
165         unsigned long sw[BITS_TO_LONGS(SW_CNT)];
166 
172         struct input_handle __rcu *grab;
179 
180         struct device dev;
181 
182         struct list_head        h_list;
183         struct list_head        node;
190 };

struct input_dev
--122--> 這個name不是設備名，input子系統的設備名在子系統源碼中指定的，不是這。
--129--> 設備支持的輸入事件位圖，EV_KEY,EV_REL, etc
--130--> 對於按鍵事件，設備支持的輸入子事件位圖
--132--> 對於相對坐標事件，設備支持的相對坐標子事件位圖
--133--> 對於絕對坐標事件，設備支持的絕對坐標子事件位圖
--134--> 混雜設備的支持的子事件位圖
--180-->表示這是一個device。
--182-->h_list是用來鏈接相關handle的鏈表
--183-->node用來鏈接其他input_dev的鏈表

分配/釋放

//drivers/input/input.c
//創建一個input對象
struct input_dev *input_allocate_device(void);

//釋放一個input對象
void input_free_device(struct input_dev *dev);

初始化

初始化一個input對象是使用input子系統編寫驅動的主要工作，內核在頭文件"include/uapi/linux/input.h"中規定了一些常見輸入設備的常見的輸入事件，這些宏和數組就是我們初始化input對象的工具。這些宏同時用在用戶空間的事件解析和驅動的事件注冊，可以看作是驅動和用戶空間的通信協議，所以理解其中的意義十分重要。在input子系統中，每一個事件的發生都使用事件(type)->子事件(code)->值(value)三級來描述，比如，按鍵事件->按鍵F1子事件->按鍵F1子事件觸發的值是高電平1。注意，事件和子事件和值是相輔相成的，只有注冊了事件EV_KEY，才可以注冊子事件BTN_0，也只有這樣做才是有意義的。
下面就是內核約定的事件類型，對應應用層的事件對象的type域

下面這些是按鍵子事件的類型，可以看到對PC鍵值的定義

除了對常用的事件進行描述，內核同樣提供了工具將這些事件正確的填充到input對象中描述事件的位圖中。

//第一種
//這種方式非常適合同時注冊多個事件
button_dev->evbit[0] = BIT_MASK(EV_KEY);            
button_dev->keybit[BIT_WORD(BTN_0|BTN_1)] = BIT_MASK(BTN_0|BTN_1); 

//第二種
//通常用於只注冊一個事件
set_bit(EV_KEY,button_dev.evbit);
set_bit(BTN_0,button_dev.keybit);

注冊/注銷

初始化好了一個input對象，接下來就需要將其注冊到內核

//注冊input對象到內核
int input_register_device(struct input_dev *dev);

//從內核注銷一個input對象
void input_unregister_device(struct input_dev *dev);

驅動層報告事件

在合適的時機(由於輸入最終是中斷表示的，所以通常在驅動的中斷處理函數中)驅動可以將注冊好的事件上報，且可以同時上報多個事件，下面是內核提供的API

//上報指定的事件+子事件+值
void input_event(struct input_dev *dev,unsigned int type,unsigned int code,int value);

//上報鍵值
void input_report_key(struct input_dev *dev,unsigned int code,int value);

//上報絕對坐標
void input_report_abs(struct input_dev *dev,unsigned int code,int value);

//報告同步事件
void input_report_rel(struct input_dev *dev,unsigned int code,int value);

//同步所有的上報
void input_sync(struct input_dev *dev);

上報事件有2點需要注意:

1. report函數們並不會真的上報，只是准備上報，sync才會真的將剛剛report的事件真的上報搭input核心
2. input核心會進行裁決再上報的事件處理層，所以對於按鍵事件，一定要先報1再報0(或者反過來)，不能只report 1或0, 這樣核心會認為是一個事件被誤觸發了多次���只上報一次，雖然我們真的按下了多次。

應用層解析

事件處理層最終會將驅動sync一次時所有report的事件組織成一個struct input_value[]的形式上報到應用層，在應用層從相應的設備文件中獲取上報的事件的時候，需要注意:

1. 收到數組元素的數量會比底層多一個空元素，類似於寫of_device_id[]時最後的空元素，這點應用層在解析的時候需要注意。
2. 事件處理層並不會緩存收到的事件，如果有新的事件到來，即使舊的事件沒有被讀取，也會被覆蓋，所以應用程序需要及時讀取。

前文已經說過，"include/uapi/linux/input.h"中的宏是應用層和驅動層共用的通信協議，所以應用層在解析收到的struct input_value對象的時候，只需要"include <linux/input.h>"即可使用其中的宏。

/*
 * The event structure itself
 */

struct input_event {
    struct timeval time;
    __u16 type;
    __u16 code;
    __s32 value;
};

input分析

上文已經說過，input子系統使用三層結構來實現驅動事件到應用層的傳遞。具體的，這三個層次每一個層次都由一條結構體鏈表組成，在設備驅動層，核心結構體是input_dev;在input核心層，是input_handle;在事件處理層，是input_handler。內核通過鏈表和指針將三者結合到一起，最終實現了input_dev和input_handler的多對多的映射關系，這種關系可用下圖簡單描述。

模板

下面的這個模板首先使用input子系統上報按鍵事件，然後在應用層讀取。

input按鍵設備驅動

/{
        key@26{
                compatible = "xj4412,key";
                interrupt-parent = <&gpx1>;
                interrupts = <2 2>;
        };
};

static struct input_dev *button_dev;
static int button_irq;
static int irqflags;

static irqreturn_t button_interrupt(int irq, void *dummy)
{
    input_report_key(button_dev, BTN_0, 0);
    input_report_key(button_dev, BTN_0, 1);
    input_sync(button_dev);
    return IRQ_HANDLED;
}
 
static int button_init(void)
{
    request_irq(button_irq, button_interrupt,irqflags, "button", NULL)) ;
    
    button_dev = input_allocate_device();
    button_dev->name = "button";
    button_dev->evbit[0] = BIT_MASK(EV_KEY);
    button_dev->keybit[BIT_WORD(BTN_0)] = BIT_MASK(BTN_0);
    
    input_register_device(button_dev);
    return 0;
}

static int button_exit(void)
{
    input_free_device(button_dev);
    free_irq(button_irq, button_interrupt);
    return 0;   
}
static int key_probe(struct platform_device *pdev)
{
    struct resource *irq_res;
    irq_res = platform_get_resource(pdev, IORESOURCE_IRQ, 0);
    if(irq_res){
        button_irq = irq_res->start;
        irqflags = irq_res->flags & IRQF_TRIGGER_MASK;
    }else{
        return -EINVAL;     
    }
    return button_init();
}

static int key_remove(struct platform_device *dev)
{
    return button_exit();
}

struct of_device_id of_tbl[] = {
    {.compatible = "xj4412,key",},
    {},
};
MODULE_DEVICE_TABLE(of, of_tbl);
struct platform_driver key_drv = {
    .probe = key_probe,
    .remove = key_remove,
    .driver.name = "keydrv",
    .driver.of_match_table = of_tbl,
};
module_platform_driver_register(key_drv);
MODULE_LICENSE("GPL");

應用層獲取鍵值

#include <linux/input.h>
struct input_event {
    struct timeval time;
    unsigned short type;
    unsigned short code;
    int value;
};
int main(int argc, char * const argv[])
{
    int fd = 0;
    struct input_event event[3] = {0};      //3！！！，驅動上傳了2個事件，第三個用來裝空元素 
    int ret = 0;
    fd = open(argv[1],O_RDONLY);
    while(1){
        ret = read(fd,&event,sizeof(event));
        printf("ret:%d,val0:%d,val1:%d,val12:%d\n",ret,event[0].value,event[1].value,event[2].value);          //2！！！，最後一個是空
        sleep(1);
    }
    return 0;
}