Linux驱动-INPUT子系统

INPUT子系统

INPUT子系统是什么？

输入子系统是一个包含硬件驱动、核心中转和事件处理的完整体系。其中，input_dev 是该体系中定义的逻辑设备对象。input_dev 本身并不具备主动检测物理电平的能力 ，它必须依赖于同属于输入子系统的底层硬件驱动程序 （如 GPIO 驱动的中断里、I2C 驱动等）去捕获硬件状态，并调用子系统接口将事件'同步'给它。input_dev 的作用是作为硬件驱动与用户空间之间的一座标准化桥梁。

输入子系统框架

1. INPUT子系统管理输入设备的注册、事件的生成和处理 ，并将这些事件传递给用户空间的应用程序或内核中的其他模块。
2. INPUT子系统是设备和驱动中的一个中间层，它统一了接口 。这个中间层被细分为三层：
   • 驱动层 (Input Driver)：负责与硬件通信，并将输入事件转化为标准的 Input 事件。（如在按键按下触发的中断程序中，上报这个input事件）
   • 核心层 (Input Core)：它负责管理设备注册，并匹配驱动和处理程序。
   • 事件处理层 (Event Handler) ：负责把事件传给用户，比如 evdev（通用事件驱动，即你看到的 /dev/input/eventX）、mousedev、joydev 等。
     • 查看/dev/input/eventX的方法
       • Linux中:`hexdump /dev/input/eventX
         • Hexadecimal Dump:
           • Dump的原意是"倾倒"
           • 它的作用是将二进制文件或数据流以十六进制的形式显示出来。因为二进制的0，1人类很难阅读。
       • 安卓中：getevent -l /dev/input/eventX
         • Get Event
         • -l:帮你将16进制数转化为，具体的事件类型，事件码，事件值。

input_event

include/linux/input.h
struct input_dev {
	const char *name;                    // 设备名称字符串
	const char *phys;                    // 物理路径字符串
	const char *uniq;                    // 唯一标识字符串
	struct input_id id;                  // 设备ID结构体

	unsigned long propbit[BITS_TO_LONGS(INPUT_PROP_CNT)];  // 设备属性位图数组

	unsigned long evbit[BITS_TO_LONGS(EV_CNT)];      // 事件类型位图数组
	unsigned long keybit[BITS_TO_LONGS(KEY_CNT)];    // 按键位图数组
	unsigned long relbit[BITS_TO_LONGS(REL_CNT)];    // 相对轴位图数组
	unsigned long absbit[BITS_TO_LONGS(ABS_CNT)];    // 绝对轴位图数组
	unsigned long mscbit[BITS_TO_LONGS(MSC_CNT)];    // 杂项事件位图数组
	unsigned long ledbit[BITS_TO_LONGS(LED_CNT)];    // LED位图数组
	unsigned long sndbit[BITS_TO_LONGS(SND_CNT)];    // 声音位图数组
	unsigned long ffbit[BITS_TO_LONGS(FF_CNT)];      // 力反馈位图数组
	unsigned long swbit[BITS_TO_LONGS(SW_CNT)];      // 开关位图数组
	
	struct input_absinfo *absinfo; // 绝对轴信息数组指针
	
	  
	unsigned long key[BITS_TO_LONGS(KEY_CNT)];   // 按键状态位图
	unsigned long led[BITS_TO_LONGS(LED_CNT)];   // LED状态位图
	unsigned long snd[BITS_TO_LONGS(SND_CNT)];   // 声音状态位图
	unsigned long sw[BITS_TO_LONGS(SW_CNT)];     // 开关状态位图
............
}

输入事件，被分为如下三层

在文件include/uapi/linux/input-event-codes.h中被定义

1. 事件类型（Event Types） ：描述输入事件的类别，例如键盘事件、鼠标事件或触摸屏事件。对应结构体中evbit 。

   1. 常见的事件类型有：
      • EV_SYN: 同步事件，所有的input系统都需要同步事件。没有 EV_SYN，用户空间 不知道一帧事件什么时候结束。
      • EV_KEY：按键事件，如键盘上的按键。
      • EV_REL：相对位置事件，如鼠标移动。
      • EV_ABS：绝对位置事件，如触摸屏触摸。

   #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 */

2. 事件码（Event Codes） ：描述具体的输入事件，例如键盘上的哪个键被按下或鼠标的哪个按钮被按下。对应结构体中keybit, relbit, absbit

   1. 例如：
      • KEY_A：键盘上的 A 键。
      • BTN_LEFT：鼠标的左键。
      • ABS_X：触摸屏的 X 轴位置。

3. 事件值（Event Values） ：描述输入事件的具体值。

   • 对应结构体中：
   • struct input_absinfo *absinfo;（针对绝对位移值）
   • unsigned long key[...], led[...]（针对当前状态值）
   • 例如：
     • 对于按键事件，值为 1 表示按下，0 表示松开。
     • 对于相对位置事件，值表示移动的距离。
     • 对于绝对位置事件，值表示触摸的位置。

PROR（设备属性与特殊行为）

GPIO Key / 普通按键设备通常不需要设置PROP，其默认会为0x00。

/*
 * 设备属性与特殊行为
 */

#define INPUT_PROP_POINTER        0x00    /* 指针类设备，需要通过指针进行操作 */
#define INPUT_PROP_DIRECT         0x01    /* 直接输入设备，输入位置与显示位置直接对应（如触摸屏） */
#define INPUT_PROP_BUTTONPAD      0x02    /* 触控板下方带有按键的设备（如 ClickPad） */
#define INPUT_PROP_SEMI_MT        0x03    /* 半多点触控设备，只能上报触摸区域矩形信息 */
#define INPUT_PROP_TOPBUTTONPAD   0x04    /* 顶部带软按键区域的触控板 */
#define INPUT_PROP_POINTING_STICK 0x05    /* 指点杆设备（如 ThinkPad 小红点） */
#define INPUT_PROP_ACCELEROMETER  0x06    /* 带有加速度传感器的输入设备 */

#define INPUT_PROP_MAX            0x1f    /* 输入设备属性的最大编号 */
#define INPUT_PROP_CNT            (INPUT_PROP_MAX + 1) /* 输入设备属性的总数量 */

input驱动编写流程

注册input_dev

1. 申请一个input_dev，[[#input相关函数或结构体详解]]

struct input_dev *devm_input_allocate_device(struct device *dev)
参数：struct device *dev
返回值：申请到的 input_dev。
//现代推荐用devm_input_allocate_device，其会对资源生命周期的自动化管理。接管释放工作，在驱动卸载或设备移除时会自动释放资源，减少手动释放的负担。其不需要手动input_free_device和input_unregister_device

struct input_dev *input_allocate_device(void)
参数：无。
返回值：申请到的 input_dev。

2. 初始化input_dev 的事件类型以及事件值，详见下面实例
3. 使用 input_register_device 函数向 Linux 系统注册前面初始化好的 input_dev

int input_register_device(struct input_dev *dev)
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。

• input_dev不需要你分配设备号，创建类，创建设备节点的过程。其会自动完成，
• NPUT子系统中所用主设备号为13，#define INPUT_MAJOR 13。通过次设备号区分设备，最终为/dev/input/xxx。
• NPUT子系统的类为固定的/sys/class/input。

2. 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
3. 然后使用 input_free_device 函数释放掉前面申请的 input_dev

input_dev创建和初始化实例：

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 }
32 /* 驱动出口函数 */
33 static void __exit xxx_exit(void)
{
35 input_unregister_device(inputdev); /* 注销 input_dev */
36 input_free_device(inputdev); /* 删除 input_dev */
37 }

上报输入事件

经过注册input_dev，INPUT系统里已经有一个抽象的输入设备。但他还无法从外界获得具体值，我们需要在合适地方选择上报事件。
位置：针对按键，可在中断处理函数，或者消抖定时器中断函数中完成以下两步

1. 上报指定的事件以及对应的值

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

2. 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。

特定的上报事件与函数

对与确定的上报事件，推荐使用指定的上报函数。

void input_report_key(struct input_dev *dev, unsigned int code, int value);
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);
............

input_event结构体详解

Linux 内核使用 input_event 这个结构体来表示所有的输入事件信息。

//结构体定义
struct input_event {
	struct timeval time;
	__u16 type;
	__u16 code;
	__s32 value;
};

struct timeval {
	__kernel_time_t		tv_sec;		/* seconds */
	__kernel_suseconds_t	tv_usec;	/*microseconds */
};

typedef __kernel_long_t	__kernel_time_t;
typedef __kernel_long_t	__kernel_clock_t;
typedef long		__kernel_long_t;

用hexdump查看/dev/input/xxx，可知该文件实际上就是input_event形式。

里面的数字依次是

/* 编号 */

/* tv_sec */  秒
/* tv_usec */ 毫秒
/* type */
/* code */
/* value */

input相关函数或结构体详解

devm_input_allocate_device与input_allocate_device

/**

* input_allocate_device - allocate memory for new input device

*

* Returns prepared struct input_dev or %NULL.

*

* NOTE: Use input_free_device() to free devices that have not been

* registered; input_unregister_device() should be used for already

* registered devices.

*/

struct input_dev *input_allocate_device(void)

{

static atomic_t input_no = ATOMIC_INIT(-1);

struct input_dev *dev;

  

dev = kzalloc(sizeof(*dev), GFP_KERNEL);

if (dev) {

dev->dev.type = &input_dev_type;

dev->dev.class = &input_class;

device_initialize(&dev->dev);

mutex_init(&dev->mutex);

spin_lock_init(&dev->event_lock);

timer_setup(&dev->timer, NULL, 0);

INIT_LIST_HEAD(&dev->h_list);

INIT_LIST_HEAD(&dev->node);

  

dev_set_name(&dev->dev, "input%lu",

(unsigned long)atomic_inc_return(&input_no));

  

__module_get(THIS_MODULE);

}

  

return dev;

}

  

/**

* devm_input_allocate_device - allocate managed input device

* @dev: device owning the input device being created

*

* Returns prepared struct input_dev or %NULL.

*

* Managed input devices do not need to be explicitly unregistered or

* freed as it will be done automatically when owner device unbinds from

* its driver (or binding fails). Once managed input device is allocated,

* it is ready to be set up and registered in the same fashion as regular

* input device. There are no special devm_input_device_[un]register()

* variants, regular ones work with both managed and unmanaged devices,

* should you need them. In most cases however, managed input device need

* not be explicitly unregistered or freed.

*

* NOTE: the owner device is set up as parent of input device and users

* should not override it.

*/

struct input_dev *devm_input_allocate_device(struct device *dev)

{

struct input_dev *input;

struct input_devres *devres;

  

devres = devres_alloc(devm_input_device_release,

sizeof(*devres), GFP_KERNEL);

if (!devres)

return NULL;

  

input = input_allocate_device();

if (!input) {

devres_free(devres);

return NULL;

}

  

input->dev.parent = dev;

input->devres_managed = true;

  

devres->input = input;

devres_add(dev, devres);

  

return input;

}

devm_input_allocate_device使用方法

将platform_device.pdev.dev给该函数。

static int my_probe(struct platform_device *pdev) {
    struct input_dev *input;
    
    // 一步到位，自动关联 pdev
    input = devm_input_allocate_device(&pdev->dev);
    if (!input) return -ENOMEM;

    return input_register_device(input); 
    // 如果 register 失败，内核会自动释放 input 内存
}

// 甚至不需要写 .remove 函数来处理 input 设备！

Linux自带的按键驱动程序

是什么？

Linux 内核自带的 KEY 驱动文件为drivers/input/keyboard/gpio_keys.c,其涉及到了[[#Pinctrl/GPIO子系统]],[[#设备树]],[[#Linux platform总线驱动框架]],[[#Linux中断]],[[#INPUT子系统]]。

什么用？

1. 使能Linux内核配置KEY驱动，一般已默认配置，可进行检查。
2. 驱动文件路径为drivers/input/keyboard/gpio_keys.c。下对该驱动/文件和设备树进行分析，已解释该如何处理Linux自带的按键驱动程序。

源码分析

• 由模块的入口和出口函数得知，其采用platform驱动框架

static int __init gpio_keys_init(void)

{

return platform_driver_register(&gpio_keys_device_driver);

}

  

static void __exit gpio_keys_exit(void)

{

platform_driver_unregister(&gpio_keys_device_driver);

}

• 由以下platform_driver的赋值，你应该知道设备树的匹配属性为compatible = "gpio-keys"

static struct platform_driver gpio_keys_device_driver = {
	.probe		= gpio_keys_probe,
	.shutdown	= gpio_keys_shutdown,
	.driver		= {
		.name	= "gpio-keys",
		.pm	= &gpio_keys_pm_ops,
		.of_match_table = gpio_keys_of_match,
		.dev_groups	= gpio_keys_groups,
	}
};


static const struct of_device_id gpio_keys_of_match[] = {
	{ .compatible = "gpio-keys", },
	{ },
};

• 以下为gpio_keys_probe匹配函数节选：

static int gpio_keys_probe(struct platform_device *pdev)
{
	struct device *dev = &pdev->dev;
	const struct gpio_keys_platform_data *pdata = dev_get_platdata(dev);
	struct fwnode_handle *child = NULL;
	struct gpio_keys_drvdata *ddata;
	struct input_dev *input;
	int i, error;
	int wakeup = 0;

	pdata = gpio_keys_get_devtree_pdata(dev);//从设备树获得到 KEY 相关的设备节点信息

	input = devm_input_allocate_device(dev);//申请input_dev
	/*初始化input_dev*/
	input->name = pdata->name ? : pdev->name;
	input->phys = "gpio-keys/input0";
	input->dev.parent = dev;
	input->open = gpio_keys_open;
	input->close = gpio_keys_close;

	input->id.bustype = BUS_HOST;
	input->id.vendor = 0x0001;
	input->id.product = 0x0001;
	input->id.version = 0x0100;

	input->keycode = ddata->keymap;
	input->keycodesize = sizeof(ddata->keymap[0]);
	input->keycodemax = pdata->nbuttons;
	

	/*此函数会设置事件类型和事件码*/
		error = gpio_keys_setup_key(pdev, input, ddata,
					    button, i, child);

	error = input_register_device(input); //注册input设备

	device_init_wakeup(dev, wakeup);

	return 0;
}

• 按键按下，然后向 Linux 内核上报事件，事件上报是在 gpio_keys_irq_isr 函数中完成的，此函数内容如下。Linux自带的gpio_keys实质上也是在中断上报，input事件。

static irqreturn_t gpio_keys_irq_isr(int irq, void *dev_id)
{
	struct gpio_button_data *bdata = dev_id;
	struct input_dev *input = bdata->input;
	unsigned long flags;

	BUG_ON(irq != bdata->irq);

	spin_lock_irqsave(&bdata->lock, flags);

	if (!bdata->key_pressed) {
		if (bdata->button->wakeup)
			pm_wakeup_event(bdata->input->dev.parent, 0);

		input_event(input, EV_KEY, *bdata->code, 1);
		input_sync(input);

		if (!bdata->release_delay) {
			input_event(input, EV_KEY, *bdata->code, 0);
			input_sync(input);
			goto out;
		}

		bdata->key_pressed = true;
	}

	if (bdata->release_delay)
		hrtimer_start(&bdata->release_timer,
			      ms_to_ktime(bdata->release_delay),
			      HRTIMER_MODE_REL_HARD);
out:
	spin_unlock_irqrestore(&bdata->lock, flags);
	return IRQ_HANDLED;
}

设备树分析

&soc {
	gpio_keys {
		compatible = "gpio-keys"; //匹配官方的`gpio_keys` 驱动
		//描述性字段，不影响功能可在/sys/class/input/inputX/name查看
		label = "gpio-keys";     
		//表明这些按键的电源或功能依赖于 `pm6125`（高通电源管理芯片）的 GPIO 控制器。
		depends-on-supply= <&pm6125_gpios>;
		
		pinctrl-names = "default";
		pinctrl-0 = <&key_vol_up_default &key_vol_down_default &gpio_key_active >;
        //按键
		vol_up {           
			label = "volume_up";
			//&tlmm:高通的GPIO控制器，GPIO编号96，低电平触发
			gpios = <&tlmm 96 GPIO_ACTIVE_LOW>;
			linux,input-type = <1>;  //指定事件类型为 `EV_KEY`（按键事件）
			//指定事件码为KEY_VOLUMEUP，该事件码在include/uapi/linux/input-event-codes.h定义
			linux,code = <KEY_VOLUMEUP>; 
			//该按键可以被软件禁用，表现为/sys/class/input/inputX/device/disabled
			linux,can-disable;
			debounce-interval = <15>;  //去抖时间（毫秒
			gpio-key,wakeup;  //该按键可以作为唤醒源
		};
	}
}