Linux输入子系统-GPIO按键驱动与evdev接口

上一篇我们搞定了 LED 驱动的终极形态——leds-gpio 零代码方案让你设备树写几个属性就能控制 LED，外加 MISC 框架让简单字符设备注册变成 3 行代码。但嵌入式开发不只是点灯——你还需要按键。今天，我们从输出转向输入，用 Linux 输入子系统 把一个 GPIO 按键变成一个标准输入设备。写完你会发现：按键驱动根本不需要/dev/button和write/read那一套，内核早就帮你定义了按键应该怎么上报。

unsetunset先看现状：为什么不能给按键也写一个 /dev/button？unsetunset

上一篇我们用 MISC 框架写了一个 /dev/misc_led，通过 write 控制 LED。按照同样的思路，按键驱动自然就是：

按键按下 → GPIO 中断 → 驱动记录状态 → App read(fd, buf, ...) 读到 "1"

这能跑，但一对比标准 Linux 做法就露馅了：

# 我们原来的做法：自己定义格式cat /dev/button       # 输出 "1"（按下了）或 "0"（没按）—— 只能一个进程读# Linux 标准做法：任何一个用户态程序都能读到按键事件evtest                # 选择 /dev/input/event0，按键事件自动输出# Event: time 1234.567890, type 1 (EV_KEY), code 2 (KEY_1), value 1# Event: time 1234.567890, -------------- SYN_REPORT ------------# Event: time 1234.678901, type 1 (EV_KEY), code 2 (KEY_1), value 0

差距在哪里？

输入子系统让"按键事件"变成了一种标准化的内核服务——就像 LED 子系统让"控制 LED"标准化一样。

unsetunset一、输入子系统分层架构unsetunset

Linux 输入子系统分为三层：

驱动开发者只需要关注驱动层——填充 input_dev、调用 input_report_key 上报事件。上面的核心层和事件层全部由内核处理，包括事件缓冲、多路复用、ioctl 查询。

unsetunset二、核心数据结构：input_devunsetunset

#include<linux/input.h>structinput_dev {constchar *name;     /* 设备名，evtest 里显示的名字 */constchar *phys;     /* 物理路径，如 "gpio-keys/button0" */constchar *uniq;     /* 唯一标识符，没有就填 NULL */structinput_idid;/* 总线类型/厂商/产品/版本 *//* 下面是关键——用位图（bitmap）声明"我支持什么事件" */unsignedlong evbit[BITS_TO_LONGS(EV_CNT)];    /* 我支持哪几种事件类型 */unsignedlong keybit[BITS_TO_LONGS(KEY_CNT)];  /* 我支持哪几个按键 */unsignedlong relbit[BITS_TO_LONGS(REL_CNT)];  /* 我支持哪些相对轴 */unsignedlong absbit[BITS_TO_LONGS(ABS_CNT)];  /* 我支持哪些绝对轴 *//* ... 还有其他类型的位图 */};

理解位图的含义：evbit 是一个位图，每一位代表一种事件类型。keybit 也是一个位图，每一位代表一个具体的按键。驱动程序通过设置这些位图告诉内核"我这个设备能产生什么事件"，内核据此把事件路由到正确的用户态接口。

unsetunset三、一个 GPIO 按键的完整驱动（轮询版）unsetunset

为了让中断不成为障碍，我们先用"轮询"的方式实现第一版——用一个内核定时器每 20ms 检查一次 GPIO 电平，变了就上报事件。

#include<linux/module.h>#include<linux/platform_device.h>#include<linux/of_gpio.h>#include<linux/gpio.h>#include<linux/input.h>#include<linux/timer.h>#include<linux/jiffies.h>/* 轮询间隔：20ms（兼顾响应速度和 CPU 占用） */#define POLL_INTERVAL_MS  20structgpio_key_dev {int gpio;int irq;                       /* 本篇暂时不用，下一篇会用 */int old_level;                  /* 上一次的电平 */structinput_dev *input;structtimer_listpoll_timer;};/* ============ 定时器回调：轮询 GPIO 并上报事件 ============ */staticvoidgpio_key_poll(struct timer_list *t){structgpio_key_dev *dev = from_timer(dev, t, poll_timer);int level;    level = gpio_get_value(dev->gpio);if (level != dev->old_level) {/*         * 电平变了 → 上报按键事件。         * input_report_key 的三个参数：         *   input_dev   → 哪个设备         *   KEY_1       → 哪个按键（定义在 <uapi/linux/input-event-codes.h>）         *   level       → 1=按下，0=释放         * 注意：这里假设高电平 = 按下。如果你的电路是低电平有效，         * 把 level 改成 !level 即可。         */        input_report_key(dev->input, KEY_1, level);        input_sync(dev->input);      /* 同步：告诉事件层"本次事件组结束" */        dev->old_level = level;    }/* 重新启动定时器 */    mod_timer(&dev->poll_timer, jiffies + msecs_to_jiffies(POLL_INTERVAL_MS));}/* ============ probe ============ */staticintgpio_key_probe(struct platform_device *pdev){structgpio_key_dev *dev;int ret;    dev = devm_kzalloc(&pdev->dev, sizeof(*dev), GFP_KERNEL);if (!dev)return -ENOMEM;/* ---- 1. 从设备树获取 GPIO ---- */    dev->gpio = of_get_named_gpio(pdev->dev.of_node, "key-gpios", 0);if (dev->gpio < 0) {        pr_err("gpio_key: failed to get key-gpios\n");return dev->gpio;    }    ret = gpio_request(dev->gpio, "key");if (ret)return ret;    gpio_direction_input(dev->gpio);        /* 按键是输入设备 */    dev->old_level = gpio_get_value(dev->gpio);/* ---- 2. 分配并初始化 input_dev ---- */    dev->input = devm_input_allocate_device(&pdev->dev);if (!dev->input) {        ret = -ENOMEM;goto fail_gpio;    }    dev->input->name = "gpio_key";           /* /dev/input/ 下的名字 */    dev->input->phys = "gpio-keys/button0";  /* 物理路径标识 */    dev->input->id.bustype = BUS_HOST;       /* 总线类型：SoC 内部总线 *//*     * 声明能力：我支持 EV_KEY 类型，具体按键是 KEY_1。     * 如果支持多个按键，用 set_bit() 逐个设置。     */    input_set_capability(dev->input, EV_KEY, KEY_1);/* ---- 3. 注册 input_dev ---- */    ret = input_register_device(dev->input);if (ret)goto fail_gpio;/* ---- 4. 启动轮询定时器 ---- */    timer_setup(&dev->poll_timer, gpio_key_poll, 0);    mod_timer(&dev->poll_timer, jiffies + msecs_to_jiffies(POLL_INTERVAL_MS));    platform_set_drvdata(pdev, dev);    pr_info("gpio_key: probed, /dev/input/eventX ready\n");return 0;fail_gpio:    gpio_free(dev->gpio);return ret;}/* ============ remove ============ */staticintgpio_key_remove(struct platform_device *pdev){structgpio_key_dev *dev = platform_get_drvdata(pdev);    del_timer_sync(&dev->poll_timer);   /* 删定时器 */    input_unregister_device(dev->input); /* 注销输入设备 */    gpio_free(dev->gpio);return 0;}static const structof_device_idgpio_key_of_match[] = {    { .compatible = "qian,gpio-key" },    { }};MODULE_DEVICE_TABLE(of, gpio_key_of_match);static structplatform_drivergpio_key_driver = {    .driver = {        .name           = "gpio-key",        .of_match_table = gpio_key_of_match,    },    .probe  = gpio_key_probe,    .remove = gpio_key_remove,};module_platform_driver(gpio_key_driver);MODULE_LICENSE("GPL");MODULE_AUTHOR("qian");MODULE_DESCRIPTION("Polled GPIO key driver with input subsystem");

代码导读

1. input_report_key + input_sync 是固定组合

input_report_key(dev, KEY_1, 1);   // 上报"KEY_1 按下"input_sync(dev);                    // 帧边界："本次事件到此结束"input_report_key(dev, KEY_1, 0);   // 上报"KEY_1 释放"input_sync(dev);

input_sync 内部上报一个 EV_SYN / SYN_REPORT 事件。用户态（evdev）以 SYN_REPORT 为帧边界来分割事件。永远在按键事件后面跟一个 input_sync，否则 evtest 会看到两个按键事件粘在一起。

2. input_set_capability vs 手动 set_bit

/* 这个 */input_set_capability(dev->input, EV_KEY, KEY_1);/* 等价于这个 */__set_bit(EV_KEY, dev->input->evbit);__set_bit(KEY_1, dev->input->keybit);

input_set_capability 是一个便捷宏，一次性帮你设置两个位图。用宏更安全——不容易漏设 evbit。

3. timer_setup 是 Linux 4.15+ 的新接口

老版本内核（4.15 之前）用 setup_timer + init_timer，新版本统一为 timer_setup。RK3568 的 Linux 4.19 和 5.10 都支持这个新接口。

unsetunset四、设备树unsetunset