input子系統
一、input子系統
1.1 input子系統簡介
input 子系統就是管理輸入的子系統，和 pinctrl、 gpio 子系統一樣，都是 Linux 核心針對某一類裝置而建立的架構。比如按鍵輸入、鍵盤、滑鼠、觸摸屏等等這些都屬于輸入裝置，不同的輸入裝置所代表的含義不同，按鍵和鍵盤就是代表按鍵資訊，滑鼠和觸摸屏代表坐标資訊，是以在應用層的處理就不同，對于驅動編寫者而言不需要去關心應用層的事情，隻需要按照要求上報這些輸入事件即可。為此 input 子系統分為 input 驅動層、 input 核心層、 input 事件處理層，最終給使用者空間提供可通路的裝置節點。input子系統架構如下圖示
可見在 Linux 核心空間，分為驅動層、核心層和事件層。編寫驅動程式的時候隻需要關注這三個層，這三個層的分工如下
-
- 驅動層：輸入裝置的具體驅動程式，向核心層報告輸入内容
- 核心層：為驅動層提供輸入裝置注冊和操作接口，通知事件層對輸入事件進行處理
- 事件層：主要和使用者空間進行互動
1.2 input 驅動編寫流程
input 核心層會向 Linux 核心注冊一個字元裝置，drivers/input/input.c 這個檔案就是 input 輸入子系統的核心層，此檔案裡面有如下所示代碼：
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;
}
從以上代碼可以看出，核心層向核心注冊了一個 input 類（在/sys/class下），并且注冊了一個主裝置号為 INPUT_MAJOR（13）的字元裝置。是以，input 子系統的所有裝置主裝置号都為 13，在使用 input 子系統處理輸入裝置時就不需要去注冊字元裝置了，隻需要向系統注冊一個 input_device 即可
- 注冊 input_dev：使用 input 子系統時，需要注冊一個 input 裝置，由 input_dev 結構體表示
/***** input_dev 結構體定義 *****/
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)]; /* 事件類型的位圖 */
unsigned long keybit[BITS_TO_LONGS(KEY_CNT)]; /* 按鍵值的位圖 */
unsigned long relbit[BITS_TO_LONGS(REL_CNT)]; /* 相對坐标的位圖 */
unsigned long absbit[BITS_TO_LONGS(ABS_CNT)]; /* 絕對坐标的位圖 */
unsigned long mscbit[BITS_TO_LONGS(MSC_CNT)]; /* 雜項事件的位圖 */
unsigned long ledbit[BITS_TO_LONGS(LED_CNT)]; /*LED 相關的位圖 */
unsigned long sndbit[BITS_TO_LONGS(SND_CNT)]; /* sound 有關的位圖 */
unsigned long ffbit[BITS_TO_LONGS(FF_CNT)]; /* 壓力回報的位圖 */
unsigned long swbit[BITS_TO_LONGS(SW_CNT)]; /*開關狀态的位圖 */
......
bool devres_managed;
};
/***** input_dev 結構體中的evbit 表示輸入事件類型，可選的事件類型
定義在 include/uapi/linux/input.h 檔案中，事件類型如下。比如要使用
按鍵，那麼久需要注冊EV_KEY事件，若要連按功能，還需要注冊EV_REP事件 ***/
#define EV_SYN 0x00 /* 同步事件 */
#define EV_KEY 0x01 /* 按鍵事件 */
#define EV_REL 0x02 /* 相對坐标事件 */
#define EV_ABS 0x03 /* 絕對坐标事件 */
#define EV_MSC 0x04 /* 雜項(其他)事件 */
#define EV_SW 0x05 /* 開關事件 */
#define EV_LED 0x11 /* LED */
#define EV_SND 0x12 /* sound(聲音) */
#define EV_REP 0x14 /* 重複事件 */
#define EV_FF 0x15 /* 壓力事件 */
#define EV_PWR 0x16 /* 電源事件 */
#define EV_FF_STATUS 0x17 /* 壓力狀态事件 */
/***** input_dev 結構體中的keybit、 relbit 等都是存放不同僚件對應
的值。比如要使用按鍵事件，是以要用到keybit按鍵值位圖，其按鍵值定義
在 include/uapi/linux/input.h 檔案中 **************************/
#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
注冊 input 裝置之前，先要申請 input_dev 結構體變量
登出 input 裝置之後，需要釋放 input_dev 結構體變量
/* 申請 input_dev 結構體變量 */
struct input_dev *input_allocate_device(void)
//傳回值：申請到的input_dev
/* 釋放 input_dev 結構體變量 */
void input_free_device(struct input_dev *dev)
//dev：需要釋放的input_dev
注冊 input 裝置和登出 input 裝置，使用如下函數
/* 注冊 input_dev */
int input_register_device(struct input_dev *dev)
//dev：要注冊的input_dev
//傳回值：0，注冊成功；負值，注冊失敗
/* 登出 input_dev */
void input_unregister_device(struct input_dev *dev)
//dev：要登出的 input_dev
綜上所述， input_dev 注冊過程如下
– 函數申請一個 input_dev 結構體變量
– 初始化 input_dev 的事件類型及事件值
– 向 Linux 核心注冊上面初始化好的 input_dev
– 解除安裝時，先登出 input_dev，再釋放 input_dev 結構體變量
/* input_dev 注冊流程示例代碼 */
struct input_dev *inputdev; /* input 結構體變量 */
/* 驅動入口函數 */
static int __init xxx_init(void) {
......
inputdev = input_allocate_device(); /* 申請 input_dev */
inputdev->name = "test_inputdev"; /* 設定 input_dev 名字 */
/*********第一種設定事件和事件值的方法***********/
__set_bit(EV_KEY, inputdev->evbit); /* 設定産生按鍵事件 */
__set_bit(EV_REP, inputdev->evbit); /* 重複事件 */
__set_bit(KEY_0, inputdev->keybit); /*設定産生哪些按鍵值 */
/************************************************/
/*********第二種設定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);
/************************************************/
/*********第三種設定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);
/************************************************/
/* 注冊 input_dev */
input_register_device(inputdev);
......
return 0;
}
/* 驅動出口函數 */
static void __exit xxx_exit(void) {
input_unregister_device(inputdev); /* 登出 input_dev */
input_free_device(inputdev); /* 删除 input_dev */
}
- 上報輸入事件：擷取輸入事件及輸入值，并上報給Linux核心。上報函數 input_event 原型如下
void input_event(struct input_dev *dev,
unsigned int type,
unsigned int code,
int value)
//dev: 需要上報的 input_dev
//type: 上報的事件類型，比如 EV_KEY
//code: 事件碼，也就是我們注冊的按鍵值，比如 KEY_0、 KEY_1 等等
//value: 事件值，比如1表示按鍵按下，0表示按鍵松開
input_event 函數可以上報所有的事件類型和事件值，核心也提供了其他針對具體事件的上報函數，不過本質上還是input_event 函數
/* 上報按鍵所使用的 input_report_key 函數 */
static inline void input_report_key(struct input_dev *dev,
unsigned int code,
int value){
input_event(dev, EV_KEY, code, !!value);
}
/* 其他事件上報函數 */
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)
上報事件以後還需要使用 input_sync 函數來告訴 Linux 核心 input 子系統上報結束
void input_sync(struct input_dev *dev)
//dev：需要上報同步事件的 input_dev
綜上所述，事件上報得過程如下（以按鍵上報為例）
/* 用于按鍵消抖的定時器服務函數 */
void timer_function(unsigned long arg) {
unsigned char value;
value = gpio_get_value(keydesc->gpio); //讀取 IO 值
if(value == 0){ //按下按鍵
input_report_key(inputdev, KEY_0, 1); //最後一個參數 1，按下
input_sync(inputdev); //同步事件
} else { //按鍵松開
input_report_key(inputdev, KEY_0, 0); //最後一個參數 0，松開
input_sync(inputdev); //同步事件
}
}
- input_event結構體：Linux 核心使用該結構體來表示所有的輸入事件，使用者應用程式可以通過 input_event 來擷取到具體的輸入事件或相關的值
/* input_envent 結構體定義在include/uapi/linux/input.h 檔案中 */
struct input_event {
struct timeval time;
__u16 type;
__u16 code;
__s32 value;
};
//time：時間，也就是此事件發生的時間，為 timeval 結構體類型
//type：事件類型，比如EV_KEY，表示此次事件為按鍵事件
//code：事件碼，比如在EV_KEY事件中就表示具體的按鍵碼，KEY_0/KEY_1等按鍵
//value：值，比如EV_KEY事件中就表示按鍵值，表示按鍵有沒有被按下
二、input子系統驅動實驗
本實驗以IMX6ULL開發闆上的 KEY0 按鍵為例，介紹如何編寫 input 驅動
2.1 修改裝置樹
- 添加pinctrl節點：在iomuxc節點的imx6ul-evk子節點下建立“pinctrl_key”節點，複用UART1_CTS_B
pinctrl_key: keygrp {
fsl,pins = <
MX6UL_PAD_UART1_CTS_B__GPIO1_IO18 0xF080
>;
};
//MX6UL_PAD_UART1_CTS_B__GPIO1_IO18 用于設定pin的複用功能
//0xF080 用于設定pin的電氣特性
- 添加KEY裝置節點：在根節點下建立KEY裝置節點，設定PIN對應的pinctrl節點，指定所使用的的GPIO
key {
#address-cells = <1>;
#size-cells = <1>;
compatible = "alpha-key";
pinctrl-names = "default";
pinctrl-0 = <&pinctrl_key>;
key-gpio = <&gpio1 18 GPIO_ACTIVE_LOW>;
status = "okay";
};
- 檢查PIN是否沖突：檢查pinctrl中設定以及裝置節點中指定的引腳有沒有被别的外設使用
儲存修改後，在kernel主目錄下使用“make dtbs”指令編譯裝置樹，使用新的裝置樹檔案啟動Llinux系統
2.2 驅動程式編寫
建立 keyinput.c 驅動檔案，并輸入如下内容
#define KEYINPUT_CNT 1 /* 裝置号個數 */
#define KEYINPUT_NAME "keyinput" /* 名字 */
#define KEY0VALUE 0X01 /* KEY0按鍵值 */
#define INVAKEY 0XFF /* 無效的按鍵值 */
#define KEY_NUM 1 /* 按鍵數量 */
/* 中斷IO描述結構體 */
struct irq_keydesc {
int gpio; /* gpio */
int irqnum; /* 中斷号 */
unsigned char value; /* 按鍵對應的鍵值 */
char name[10]; /* 名字 */
irqreturn_t (*handler)(int, void *); /* 中斷服務函數 */
};
/* keyinput裝置結構體 */
struct keyinput_dev{
dev_t devid; /* 裝置号 */
struct cdev cdev; /* cdev */
struct class *class; /* 類 */
struct device *device; /* 裝置 */
struct device_node *nd; /* 裝置節點 */
struct timer_list timer; /* 定義一個定時器*/
struct irq_keydesc irqkeydesc[KEY_NUM]; /* 按鍵描述數組 */
unsigned char curkeynum; /* 目前的按鍵号 */
struct input_dev *inputdev; /* input結構體 */
};
struct keyinput_dev keyinputdev; /* key input裝置 */
/*中斷服務函數 */
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定時 */
return IRQ_RETVAL(IRQ_HANDLED);
}
/* 定時器服務函數，用于按鍵消抖 */
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); /* 讀取IO值 */
if(value == 0){ /* 按下按鍵 */
/* 上報按鍵值 */
//input_event(dev->inputdev, EV_KEY, keydesc->value, 1);
input_report_key(dev->inputdev, keydesc->value, 1);/* 最後一個參數表示按下還是松開，1為按下，0為松開 */
input_sync(dev->inputdev);
} else { /* 按鍵松開 */
//input_event(dev->inputdev, EV_KEY, keydesc->value, 0);
input_report_key(dev->inputdev, keydesc->value, 0);
input_sync(dev->inputdev);
}
}
/*
* @description : 按鍵IO初始化
* @param : 無
* @return : 無
*/
static 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，并且設定成中斷模式 */
for (i = 0; i < KEY_NUM; i++) {
memset(keyinputdev.irqkeydesc[i].name, 0, sizeof(name)); /* 緩沖區清零 */
sprintf(keyinputdev.irqkeydesc[i].name, "KEY%d", i); /* 組合名字 */
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);
}
/* 申請中斷 */
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;
}
}
/* 建立定時器 */
init_timer(&keyinputdev.timer);
keyinputdev.timer.function = timer_function;
/* 申請input_dev */
keyinputdev.inputdev = input_allocate_device();
keyinputdev.inputdev->name = KEYINPUT_NAME;
#if 0
/* 初始化input_dev，設定産生哪些事件 */
__set_bit(EV_KEY, keyinputdev.inputdev->evbit); /* 設定産生按鍵事件 */
__set_bit(EV_REP, keyinputdev.inputdev->evbit); /* 重複事件，比如按下去不放開，就會一直輸出資訊 */
/* 初始化input_dev，設定産生哪些按鍵 */
__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);
/* 注冊輸入裝置 */
ret = input_register_device(keyinputdev.inputdev);
if (ret) {
printk("register input device failed!\r\n");
return ret;
}
return 0;
}
/* 驅動入口函數 */
static int __init keyinput_init(void){
keyio_init();
return 0;
}
/* 驅動出口函數 */
static void __exit keyinput_exit(void){
unsigned int i = 0;
/* 删除定時器 */
del_timer_sync(&keyinputdev.timer); /* 删除定時器 */
/* 釋放中斷 */
for (i = 0; i < KEY_NUM; i++) {
free_irq(keyinputdev.irqkeydesc[i].irqnum, &keyinputdev);
}
/* 釋放input_dev */
input_unregister_device(keyinputdev.inputdev);
input_free_device(keyinputdev.inputdev);
}
module_init(keyinput_init);
module_exit(keyinput_exit);
MODULE_LICENSE("GPL");
2.3 測試程式編寫
建立測試檔案 keyinputApp.c，并編寫程式
/* 定義一個input_event變量，存放輸入事件資訊 */
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) { /* 讀取資料成功 */
switch (inputevent.type) {
case EV_KEY:
if (inputevent.code < BTN_MISC) { /* 鍵盤鍵值 */
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;
/* 其他類型的事件，自行處理 */
case EV_REL:
break;
case EV_ABS:
break;
case EV_MSC:
break;
case EV_SW:
break;
}
} else {
printf("讀取資料失敗\r\n");
}
}
return 0;
}
2.4 運作測試
- 修改Makefile編譯目标變量
obj-m := keyinput.o
- 使用“make -j32”編譯出驅動子產品檔案
make -j32
- 使用“arm-linux-gnueabihf-gcc”指令編譯測試APP
arm-linux-gnueabihf-gcc keyinputApp.c -o keyinputApp
-
- 将驅動檔案和APP可執行檔案拷貝至“rootfs/lib/modules/4.1.15”中
- 在加載 keyinput.ko驅動子產品前，先看一下 /dev/input 目錄下有哪些檔案
- 使用“modprobe”指令加載驅動，加載成功後總線就會進行比對
depmod #第一次加載驅動時，需使用“depmod”指令
modprobe keyinput.ko
- 加載成功後 /dev/input 目錄下，多了一個 event1 檔案，該檔案就是注冊的驅動對應的裝置檔案
- keyinputApp 通過讀取 /dev/input/event1 這個檔案來擷取輸入事件資訊
./keyinputApp /dev/input/event1