Input系统之InputReader处理按键事件详解

目录

• 前言
• 认识按键事件
• 处理按键事件
• 扫描码映射按键码
• 结束

前言

前面几篇文章已经为 Input 系统的分析打好了基础，现在是时候进行更深入的分析了。

通常，手机是不带键盘的，但是手机上仍然有按键，就是我们经常使用的电源键以及音量键。因此还是有必要分析按键事件的处理流程。

那么，掌握按键事件的处理流程，对我们有什么用处呢？例如，手机上添加了一个功能按键，你知道如何把这个物理按键映射到上层，然后处理这个按键吗？又例如，如果设备是不需要电源键，但是系统默认把某一个按键映射为电源键，那么我们如何使这个按键不成为电源键呢？所有这一切，都与按键事件的处理流程相关。

认识按键事件

很多读者可能还不知道按键事件到底长什么样，通过 adb shell getevent 可以获取输入设备产生的元输入事件，按键事件当然也包括在内。

当按下电源键，可以产生如下的按键事件

/dev/input/event0: 0001 0074 00000001
/dev/input/event0: 0000 0000 00000000
/dev/input/event0: 0001 0074 00000000
/dev/input/event0: 0000 0000 00000000

/dev/input/event0 是内核为输入设备生成的设备文件，它代表一个输入设备，它后面的数据格式为 type code value。

以第一行为例，几个数据的含义如下

• 0001 代表输入设备产生事件的类型。此时电源键产生的是一个按键类型事件，而如果手指在触摸设备上滑动，产生是一个坐标类型事件。
• 0074 表示按键的扫描码(code)，这个扫描码是与输入设备相关，因此不同的设备上的电源键，产生的扫描码可能不同。
• 00000001 表示按键值(value)。 00000001 表示按键被按下，00000000 表示按键抬起。

因此，一个输入设备产生的事件，可以通过 type + code + value 的形式表示。

注意，以上这些数据都是元输入事件的数据，是由内核直接为输入设备生成的数据，因此读起来没那么直观。我们可以通过 adb shell getevent -l 显示输入系统对这些数据的分析结果，当按下电源键，会出现如下结果

/dev/input/event0: EV_KEY       KEY_POWER            DOWN     
/dev/input/event0: EV_SYN       SYN_REPORT           00000000 
/dev/input/event0: EV_KEY       KEY_POWER            UP
/dev/input/event0: EV_SYN       SYN_REPORT           00000000

第一行数据，EV_KEY + KEY_POWER + DOWN 表示电源键按下。

第三行数据，EV_KEY + KEY_POWER + UP 表示电源键抬起。

第二行和第四行的数据，EV_SYN + SYN_REPORT 表示之前的一个事件的数据已经发送完毕，需要系统同步之前一个事件的所有数据。对于一个按键，一个事件只有一条数据，然而对于触摸板上的滑动事件，例如手指按下事件，它的数据可不止一条，我们将在后面的文章中看到。

好，既然已经以按键事件的数据有了基本的认识，那么接下来开始着手分析按键事件的处理流程。

处理按键事件

从前面文章可知，InputReader 从 EventHub 中获取了输入事件的数据，然后调用如下函数进行处理

void InputReader::processEventsLocked(const RawEvent* rawEvents, size_t count) {
    for (const RawEvent* rawEvent = rawEvents; count;) {
        int32_t type = rawEvent->type;
        size_t batchSize = 1;
        if (type < EventHubInterface::FIRST_SYNTHETIC_EVENT) {
            int32_t deviceId = rawEvent->deviceId;
            // 获取同一个设备的元输入事件的数量
            while (batchSize < count) {
                if (rawEvent[batchSize].type >= EventHubInterface::FIRST_SYNTHETIC_EVENT ||
                    rawEvent[batchSize].deviceId != deviceId) {
                    break;
                }
                batchSize += 1;
            }
            // 批量处理同一个设备的元输入事件
            processEventsForDeviceLocked(deviceId, rawEvent, batchSize);
        } else {
            // ...
        }
        count -= batchSize;
        rawEvent += batchSize;
    }
}
void InputReader::processEventsForDeviceLocked(int32_t eventHubId, const RawEvent* rawEvents,
                                               size_t count) {
    auto deviceIt = mDevices.find(eventHubId);
    if (deviceIt == mDevices.end()) {
        return;
    }
    std::shared_ptr<InputDevice>& device = deviceIt->second;
    // 如果 InputDevice 没有 InputMapper，那么它不能处理事件
    if (device->isIgnored()) {
        return;
    }
    // InputDevice 批量处理元输入事件
    device->process(rawEvents, count);
}

InputReader 首先找到属于同一个设备的多个事件，然后交给 InputDevice 进行批量处理

// frameworks/native/services/inputflinger/reader/InputDevice.cpp
void InputDevice::process(const RawEvent* rawEvents, size_t count) {
    // 虽然 InputReader 把批量的事件交给 InputDevice，但是 InputDevice 还是逐个处理事件
    for (const RawEvent* rawEvent = rawEvents; count != 0; rawEvent++) {
        if (mDropUntilNextSync) {
            if (rawEvent->type == EV_SYN && rawEvent->code == SYN_REPORT) {
                mDropUntilNextSync = false;
            }
        } else if (rawEvent->type == EV_SYN && rawEvent->code == SYN_DROPPED) {
            // EV_SYN + SYN_DROPPED 表明要丢弃后面的事件，直到 EV_SYN + SYN_REPORT
            mDropUntilNextSync = true;
            reset(rawEvent->when);
        } else {
            // 每一个事件交给 InputMapper 处理
            for_each_mapper_in_subdevice(rawEvent->deviceId, [rawEvent](InputMapper& mapper) {
                mapper.process(rawEvent);
            });
        }
        --count;
    }
}

虽然 InputReader 把事件交给 InputDevice 进行批量处理，但是 InputDevice 是逐个把事件交给它的 InputMapper 处理。

对于键盘类型的输入设备，它的 InputMapper 实现类为 KeyboardInputMapper，它对按键事件处理如下

void KeyboardInputMapper::process(const RawEvent* rawEvent) {
    switch (rawEvent->type) {
        // 处理 EV_KEY
        case EV_KEY: {
            int32_t scanCode = rawEvent->code;
            int32_t usageCode = mCurrentHidUsage;
            mCurrentHidUsage = 0;
            if (isKeyboardOrGamepadKey(scanCode)) {
                // 注意第三个参数，value等于0，才表示按键down， 也就是说，value 为1， 表示按键被按下
                processKey(rawEvent->when, rawEvent->readTime, rawEvent->value != 0, scanCode,
                           usageCode);
            }
            break;
        }
        case EV_MSC: {
            // ...
        }
        // 处理 EV_SYN + SYN_REPORT
        case EV_SYN: {
            if (rawEvent->code == SYN_REPORT) {
                mCurrentHidUsage = 0;
            }
        }
    }
}

其中，我们只需要关心类型为 EV_KEY 类型的事件，它表示一个按键事件，它的处理如下

void KeyboardInputMapper::processKey(nsecs_t when, nsecs_t readTime, bool down, int32_t scanCode,
                                     int32_t usageCode) {
    int32_t keyCode;
    int32_t keyMetaState;
    uint32_t policyFlags;
    // 1. 根据键盘配置文件，把 scanCode 转化为 keycode，并获取 flags
    if (getDeviceContext().mapKey(scanCode, usageCode, mMetaState, &keyCode, &keyMetaState,
                                  &policyFlags)) {
        keyCode = AKEYCODE_UNKNOWN;
        keyMetaState = mMetaState;
        policyFlags = 0;
    }
    // 按下
    if (down) {
        // 根据屏幕方向，再次转换 keyCode
        // Rotate key codes according to orientation if needed.
        if (mParameters.orientationAware) {
            keyCode = rotateKeyCode(keyCode, getOrientation());
        }
        // Add key down.
        ssize_t keyDownIndex = findKeyDown(scanCode);
        if (keyDownIndex >= 0) {
            // key repeat, be sure to use same keycode as before in case of rotation
            keyCode = mKeyDowns[keyDownIndex].keyCode;
        } else {
            // key down
            if ((policyFlags & POLICY_FLAG_VIRTUAL) &&
                getContext()->shouldDropVirtualKey(when, keyCode, scanCode)) {
                return;
            }
            if (policyFlags & POLICY_FLAG_GESTURE) {
                // 如果设备通知支持触摸，那么发送一个 ACTION_CANCEL 事件
                getDeviceContext().cancelTouch(when, readTime);
            }
            KeyDown keyDown;
            keyDown.keyCode = keyCode;
            keyDown.scanCode = scanCode;
            // 保存按下的按键
            mKeyDowns.push_back(keyDown);
        }
        mDownTime = when;
    } else { // 抬起按键
        // Remove key down.
        ssize_t keyDownIndex = findKeyDown(scanCode);
        if (keyDownIndex >= 0) {
            // key up, be sure to use same keycode as before in case of rotation
            keyCode = mKeyDowns[keyDownIndex].keyCode;
            // 移除
            mKeyDowns.erase(mKeyDowns.begin() + (size_t)keyDownIndex);
        } else {
            // key was not actually down
            ALOGI("Dropping key up from device %s because the key was not down.  "
                  "keyCode=%d, scanCode=%d",
                  getDeviceName().c_str(), keyCode, scanCode);
            return;
        }
    }
    // 更新meta状态
    if (updateMetaStateIfNeeded(keyCode, down)) {
        // If global meta state changed send it along with the key.
        // If it has not changed then we'll use what keymap gave us,
        // since key replacement logic might temporarily reset a few
        // meta bits for given key.
        keyMetaState = mMetaState;
    }
    nsecs_t downTime = mDownTime;
    // 外部设备的按键按下时，添加唤醒标志位
    if (down && getDeviceContext().isExternal() && !mParameters.doNotWakeByDefault &&
        !isMediaKey(keyCode)) {
        policyFlags |= POLICY_FLAG_WAKE;
    }
    // 设备是否能生成重复按键事件，一般设备都不支持这个功能
    // 而是由系统模拟生成重复按键事件
    if (mParameters.handlesKeyRepeat) {
        policyFlags |= POLICY_FLAG_DISABLE_KEY_REPEAT;
    }
    // 2. 生成 NotifyKeyArgs, 并加到 QueuedInputListener 队列中
    NotifyKeyArgs args(getContext()->getNextId(), when, readTime, getDeviceId(), mSource,
                       getDisplayId(), policyFlags,
                       down ? AKEY_EVENT_ACTION_DOWN : AKEY_EVENT_ACTION_UP/*action*/,
                       AKEY_EVENT_FLAG_FROM_SYSTEM/*flags*/, keyCode, scanCode, keyMetaState, downTime);
    getListener()->notifyKey(&args);
}

我现在只关心手机上电源键以及音量键的处理流程，因此这里的处理过程主要分为两步

• 根据按键配置文件，把扫描码(scan code)转换为按键码(key code)，并从配置文件中获取策略标志位(policy flag)。不同的输入设备的同一种功能的按键，例如电源键，产生的扫描码不一定都相同，Android 系统需要把扫描码映射为同一个按键码进行处理。
• 创建一个事件 NotifyKeyArgs，并加入到 QueuedInputListener 队列中。从前面的文章可知，当 InputReader 处理完从 EventHub 读到的事件后，会刷新这个队列，从而把事件发送给 InputClassifier。而对于按键事件，InputClassifier 不做任何加工，直接把事件传递给 InputDispatcher。

现在只要知道如何把一个按键的扫描码映射为按键码，InputReader 处理按键事件的整个流程都一清二楚了。

扫描码映射按键码

status_t EventHub::mapKey(int32_t deviceId, int32_t scanCode, int32_t usageCode, int32_t metaState,
                          int32_t* outKeycode, int32_t* outMetaState, uint32_t* outFlags) const {
    std::scoped_lock _l(mLock);
    Device* device = getDeviceLocked(deviceId);
    status_t status = NAME_NOT_FOUND;
    if (device != nullptr) {
        // Check the key character map first.
        const std::shared_ptr<KeyCharacterMap> kcm = device->getKeyCharacterMap();
        if (kcm) {
            // 1. KeyCharacterMapFile :转换 scanCode 为 keyCode
            if (!kcm->mapKey(scanCode, usageCode, outKeycode)) {
                *outFlags = 0;
                status = NO_ERROR;
            }
        }
        // Check the key layout next.
        if (status != NO_ERROR && device->keyMap.haveKeyLayout()) {
            // 2. KeyLayoutFile: 把 scanCode 转换为 keycode
            if (!device->keyMap.keyLayoutMap->mapKey(scanCode, usageCode, outKeycode, outFlags)) {
                status = NO_ERROR;
            }
        }
        if (status == NO_ERROR) {
            if (kcm) {
                // 3. KeyCharacterMapFile: 根据meta按键状态，重新映射按键字符
                kcm->tryRemapKey(*outKeycode, metaState, outKeycode, outMetaState);
            } else {
                *outMetaState = metaState;
            }
        }
    }
    if (status != NO_ERROR) {
        *outKeycode = 0;
        *outFlags = 0;
        *outMetaState = metaState;
    }
    return status;
}

扫描码转化为按键码的过程有点小复杂

• 首先根据 kcm(key character map) 文件进行转换。
• 如果第一步失败，那么根据 kl(key layout) 文件进行转换。
• 如果前两步，有一个成功，那么再根据meta按键状态，重新使用 kcm 文件对按键码再次进行转换。这个只对键盘起作用，例如按下 shift ，再按字母键，那么会产生大写的字母的按键码。而对于电源键和音量键，此步骤可以忽略。

可以发现，kcm 和 kl 文件都可以把按键的扫描码进行转换为按键码，然而 kcm 文件一般都只是针对键盘按键，而对于电源键和音量键，一般都是通过 kl 文件进行转换的。

那么如何找到输入设备的 kl 文件呢？前面通过 adb shell getevent 可以发现输入设备的文件节点为 /dev/input/event0，再通过 adb shell dumpsys input 导出所有设备的信息，就可以找到电源键属于哪个设备，以及设备的的按键配置文件

    6: qpnp_pon
      Classes: KEYBOARD
      Path: /dev/input/event0
      Enabled: true
      Descriptor: fb60d4f4370f5dbe8267b63d38dea852987571ab
      Location: qpnp_pon/input0
      ControllerNumber: 0
      UniqueId:
      Identifier: bus=0x0000, vendor=0x0000, product=0x0000, version=0x0000
      KeyLayoutFile: /system/usr/keylayout/Generic.kl
      KeyCharacterMapFile: /system/usr/keychars/Generic.kcm
      ConfigurationFile:
      VideoDevice: <none>

从这个信息就可以看出，输入设备的 kl 文件为 /system/usr/keylayout/Generic.kl，它的电源键映射如下

key 116   POWER

其中，116是十进制，它的十六进制为 0x74，正好就是 adb shell getevent 显示的电源按键的扫描码。

POWER 就是被映射成的按键码，但是它是一个字符，而实际使用的是 int 类型，这个关系的映射是在下面定义的

// frameworks/native/include/android/keycodes.h
/**
 * Key codes.
 */
enum {
AKEYCODE_POWER = 26,
}

因此，电源按键的扫描码 0x74，被映射为按键码 26，正好就是上层 KeyEvent.java 定义的电源按键值

// frameworks/base/core/java/android/view/KeyEvent.java
public static final int KEYCODE_POWER           = 26;

在很早的 Android 版本上，配置文件中，电源键还会定义一个策略标志位，如下

key 116   POWER WAKE

其中，WAKE 就是一个策略标志位，在把扫描转换为按键码时，这个策略标志位也会被解析，它表示需要唤醒设备，上层会根据这个标志位，让设备唤醒。

结束

InputReader 处理按键事件的过程其实很简单，就是把按键事件交给 KeyboardInputMapper 处理，KeyboardInputMapper 根据配置文件，把按键的扫描码转换为按键码，并同时从配置文件中获取策略标志位，然后把这些信息包装成一个事件，发送到下一环。

现在，如果项目上让你完成功能按键的映射，或者解除某个按键的电源功能，你会了吗？

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