input子系统

input子系统——kernel中input设备介绍

一、输入子系统驱动层分析

 转载：https://blog.csdn.net/u013604527/article/details/53432623

   在键盘驱动代码分析的笔记中，接触到了input子系统，键盘驱动，键盘驱动将检测到的所有按键都上报给了input子系统。Input子系统是所有I/O设备驱动的中间层，为上层提供了一个统一的界面。例如，在终端系统中，我们不需要去管有多少个键盘，多少个鼠标。它只要从input子系统中去取对应的事件(按键，鼠标移位等)就可以了。今天就对input子系统做一个详尽的分析。   

 

     输入子系统由驱动层、输入子系统核心、事件处理层三部分组成。一个输入事件，如鼠标移动、键盘按下等通过Driver->Inputcore->Event handler->userspace的顺序到达用户控件的应用程序，具体的流程可以用下图描叙。

 

 

1、驱动层：将底层的硬件输入转化为统一事件形式，向输入核心（Input Core）汇报；6

2、输入子系统核心：承上启下，为驱动层提供输入设备注册与操作接口，如：input_register_device，通知事件处理层对事件进行处理，在/Proc下产生相应的设备信息；

3、事件处理层：主要是和用户空间交互。（Linux中在用户空间将所有的设备都当初文件来处理，由于在一般的驱动程序中都有提供fops接口，以及在/dev下生成相应的设备文件nod，这些操作在输入子系统中由事件处理层完成）；

4、设备描述：

 

1. struct input_dev {

2. const char *name; //名字

3. const char *phys;

4. const char *uniq;

5. struct input_id id; //输入id

6. unsigned long evbit[NBITS(EV_MAX)]; // 表示能产生哪类事件

7. unsigned long keybit[NBITS(KEY_MAX)]; // 表示能产生哪些按键

8. unsigned long relbit[NBITS(REL_MAX)]; // 表示能产生哪些相对位移事件, x,y,滚轮

9. unsigned long absbit[NBITS(ABS_MAX)]; // 表示能产生哪些绝对位移事件, x,y

10. unsigned long mscbit[BITS_TO_LONGS(MSC_CNT)];

11. unsigned long ledbit[BITS_TO_LONGS(LED_CNT)];

12. unsigned long sndbit[BITS_TO_LONGS(SND_CNT)];

13. unsigned long ffbit[BITS_TO_LONGS(FF_CNT)];

14. ...

15. }

     实现设备驱动核心工作是：向系统报告按键、触摸屏等输入事件event，通过input_event结构描述，不再需要关心文件操作接口。驱动报告事件经过inputCore和Eventhandler到达用户空间。

    b、注册输入设备函数：int input_register_device(struct input_dev *dev) 

    c、注销输入设备函数：void input_unregister_device(struct input_dev *dev)

    d、驱动实现——初始化(事件支持)：-->   probe函数

        set_bit()告诉input输入子系统支持哪些事件，哪些按键。例如： 

1. set_bit()告诉input输入子系统支持哪些事件，哪些按键。例如：

2. /* 设置按键能产生哪类事件 */

3. set_bit(EV_KEY,buttons_dev->evbit);

4. set_bit(EV_REP,buttons_dev->evbit);

5.  

6. /* 设置能产生这类操作的哪些事件 */

7. set_bit(KEY_L,buttons_dev->keybit);

8. set_bit(KEY_S,buttons_dev->keybit);

9. set_bit(KEY_ENTER,buttons_dev->keybit);

10. set_bit(KEY_LEFTSHIFT,buttons_dev->keybit);

11. struct input_dev中有两个成员为：

12. evbit:事件类型（包括EV_RST,EV_REL,EV_MSC,EV_KEY,EV_ABS,EV_REP等）

13. 在input.h中有这些类的定义：

14. #define EV_SYN 0x00 //同步事件

15. #define EV_KEY 0x01 //按键类，如键盘或按钮

16. #define EV_REL 0x02 //绝对结果，如鼠标设备

17. #define EV_ABS 0x03 //绝对位移类 ，如操纵杆、书写板

18. #define EV_MSC 0x04 //其他类

19. #define EV_SW 0x05 //开关事件

20. #define EV_LED 0x11 //LED或其他指示设备

21. #define EV_SND 0x12 //声音类，如蜂鸣器

22. #define EV_REP 0x14 //重复类，允许按键自重复

23. #define EV_FF 0x15 //力反馈

24. #define EV_PWR 0x16 //电源管理事件

25. #define EV_FF_STATUS 0x17

26. #define EV_MAX 0x1f

27. #define EV_CNT (EV_MAX+1)

28. keybit:按键类型（当事件类型为EV_KEY时包括BTN_LEFT,BTN_0,BTN_1,BTN_MIDDLE等）

     e、驱动实现——报告事件：

         用于报告EV_KEY,EV_REL,EV_ABS事件的函数分别为

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

2. void input_report_rel(struct input_dev *dev,unsigned int code,int value)

3. void input_report_abs(struct input_dev *dev,unsigned int code,int value)

     f、驱动实现——报告结束：

         input_sync()同步用于告诉input core子系统报告结束。

总结而言：

    probe为input子系统做了三件事： 

    （1）首先调用input_allocate_device创建一个input_dev对象;

    （2）然后设置设备input_dev的各种属性以告诉input core你将提供哪些事件;

    （3）最后调用input_register_device把input_dev注册到input core;

实例分析（按键中断程序）：

 

1. //按键初始化

2. static int __init button_init(void)

3. {//申请中断

4. if(request_irq(BUTTON_IRQ,button_interrupt,0,”button”,NUll))

5. return –EBUSY;

6. set_bit(EV_KEY,button_dev.evbit); //支持EV_KEY事件

7. set_bit(BTN_0,button_dev.keybit); //支持设备两个键

8. set_bit(BTN_1,button_dev.keybit); //

9. input_register_device(&button_dev);//注册input设备

10. }

11. /*在按键中断中报告事件*/

12. Static void button_interrupt(int irq,void *dummy,struct pt_regs *fp)

13. {

14. input_report_key(&button_dev,BTN_0,inb(BUTTON_PORT0));//读取寄存器BUTTON_PORT0的值

15. input_report_key(&button_dev,BTN_1,inb(BUTTON_PORT1));

16. input_sync(&button_dev);

17. }

总结：input子系统仍然是字符设备驱动程序，但是代码量减少很多，input子系统只需要完成两个工作：初始化和事件报告（这里在linux中是通过中断来实现的）。

二、input设备注册分析

1、Input设备注册的接口为：input_register_device()

/kernel/driver/input/input.c

 

1. int input_register_device(struct input_dev *dev)

2. {

3. //这个原子变量，代表总共注册的input设备，每注册一个加1，因为是静态变量，所以每次调用都不会清零的

4. static atomic_t input_no = ATOMIC_INIT(0);

5. struct input_devres *devres = NULL;

6. struct input_handler *handler;

7. unsigned int packet_size;

8. const char *path;

9. int error;

10. if (dev->devres_managed) {

11. devres = devres_alloc(devm_input_device_unregister,

12. sizeof(struct input_devres), GFP_KERNEL);

13. if (!devres)

14. return -ENOMEM;

15. devres->input = dev;

16. }

17. /* Every input device generates EV_SYN/SYN_REPORT events. */

18. __set_bit(EV_SYN, dev->evbit);//EN_SYN是设备都要支持的事件类型所以要设置

19. /* KEY_RESERVED is not supposed to be transmitted to userspace. */

20. __clear_bit(KEY_RESERVED, dev->keybit);

21. /* Make sure that bitmasks not mentioned in dev->evbit are clean. */

22. input_cleanse_bitmasks(dev);

23. packet_size = input_estimate_events_per_packet(dev);

24. if (dev->hint_events_per_packet < packet_size)

25. dev->hint_events_per_packet = packet_size;

26. dev->max_vals = max(dev->hint_events_per_packet, packet_size) + 2;

27. dev->vals = kcalloc(dev->max_vals, sizeof(*dev->vals), GFP_KERNEL);

28. if (!dev->vals) {

29. error = -ENOMEM;

30. goto err_devres_free;

31. }

32. /*

33. //rep主要是处理重复按键，如果没有定义dev->rep[REP_DELAY]和dev->rep[REP_PERIOD],

34. //则将其赋值为默认值。dev->rep[REP_DELAY]是指第一次按下多久算一次，这里是250ms，

35. //dev->rep[REP_PERIOD]指如果按键没有被抬起，每33ms算一次。

36. */

37. init_timer(&dev->timer);//这个内核定时器是为了重复按键而设置的

38. if (!dev->rep[REP_DELAY] && !dev->rep[REP_PERIOD]) {

39. dev->timer.data = (long) dev;

40. dev->timer.function = input_repeat_key;

41. dev->rep[REP_DELAY] = 250;

42. dev->rep[REP_PERIOD] = 33;

43. //如果没有定义有关重复按键的相关值，就用内核默认的

44. }

45. /*如果dev没有定义getkeycode和setkeycode，则赋默认值。他们的作用一个是获得键的扫描码，一个是设置键的扫码*/

46. if (!dev->getkeycode)

47. dev->getkeycode = input_default_getkeycode;

48. if (!dev->setkeycode)

49. dev->setkeycode = input_default_setkeycode;

50. //设置input_dev中device的名字，这个名字会在/class/input中出现

51. dev_set_name(&dev->dev, "input%ld",(unsigned long) atomic_inc_return(&input_no)-1);

52. //添加input设备，注册到linux设备模型中，生成一系列的sys相关文件，udev会根据dev文件生成设备节点

53. error = device_add(&dev->dev);

54. if (error) goto err_free_vals;

55. path = kobject_get_path(&dev->dev.kobj, GFP_KERNEL);

56. pr_info("%s as %s\n",dev->name ? dev->name : "Unspecified device", path ?

57. path : "N/A");

58. kfree(path);

59. error = mutex_lock_interruptible(&input_mutex);

60. if (error) goto err_device_del;

61. /* 如果input device没有定义getkeycode和setkeycode，则将其赋默认值，这两个操作函数就可以用来取键的扫描码和设置键的扫描码，然后调用device_add()将input_dev中封装的device注册到sysfs；*/

62. //将新分配的input设备连接到input_dev_list链表上

63. list_add_tail(&dev->node, &input_dev_list);

64. //遍历input_handler_list链表，配对input_dev和input_handler

65. list_for_each_entry(handler, &input_handler_list, node)

66. input_attach_handler(dev, handler);

67. input_wakeup_procfs_readers();//与proc文件系统有关

68. mutex_unlock(&input_mutex);

69. if (dev->devres_managed) {

70. dev_dbg(dev->dev.parent, "%s: registering %s with devres.\n",

71. __func__, dev_name(&dev->dev));

72. devres_add(dev->dev.parent, devres);

73. }

74. /* 这里就是重点了，将input device 挂到input_dev_list链表上.然后，对每一个挂在input_handler_list的handler调用input_attach_handler()，在这里的情况有好比设备模型中的device和driver的匹配，所有的input device都挂在input_dev_list链上。所有的handle都挂在input_handler_list上。*/

75. 下面介绍详细的匹配过程：。。。。。

76. return 0;

77. ......

78. }

三、input_device和input_handle匹配过程

  1、一般来说input_handler的注册会在input_dev之前注册，常见的input_handler有：mousedev handler(处理来自鼠标类的Input事件)，joydev_handler(处理摇杆类事件)，kdev_handler（出来来自键盘类事件），evdev_handler（响应绝大部分的事件，默认的input处理事件）。先看input的handler的注册函数,Handler注册的接口如下所示: 
 

1. int input_register_handler(struct input_handler *handler)

2. {

3. struct input_dev *dev;

4. int retval;

5. retval = mutex_lock_interruptible(&input_mutex);

6. if (retval)

7. return retval;

8. INIT_LIST_HEAD(&handler->h_list);

9. if (handler->fops != NULL) {

10. if (input_table[handler->minor >> 5]) { //添加到全局数组中

11. //为什么会这样呢，因为每个handler都会处理最大32个input_dev，所以要以minor的32为倍数对齐,这个minor是传进来的handler的MINOR_BASE

12. //每一个handler都有一个这一个MINOR_BASE，以evdev为例,EVDEV_MINOR_BASE = 64,可以看出系统总共可以注册8个handler

13. retval = -EBUSY;

14. goto out;

15. }

16. input_table[handler->minor >> 5] = handler;

17. }

18. //连接到input_handler_list链表中

19. list_add_tail(&handler->node, &input_handler_list);

20. list_for_each_entry(dev, &input_dev_list, node)

21. input_attach_handler(dev, handler); //device和handle匹配函数

22. input_wakeup_procfs_readers();

23. out:

24. mutex_unlock(&input_mutex);

25. return retval;

26. }

        handler->minor表示对应input设备节点的次设备号，以handler->minor右移五位做为索引值插入到input_table[ ]中.....之后再来分析input_talbe[ ]的作用，然后将handler挂到input_handler_list中，然后将其与挂在input_dev_list中的input device匹配，这个过程和input device的注册有相似的地方，都是注册到各自的链表，然后与另外一条链表的对象相匹配。

 

2、匹配是在input_attach_handler()中完成的。代码如下：

1. static int input_attach_handler(struct input_dev *dev, struct input_handler *handler)

2. {

3. const struct input_device_id *id;

4. int error;

5. //这个是主要的配对函数，主要比较id中的各项

6. id = input_match_device(handler, dev);

7. if (!id) return -ENODEV;

8. //配对成功调用handler的connect函数，这个函数在事件处理器中定义，主要生成一个input_handle结构，并初始化，还生成一个事件处理器相关的设备结构

9. error = handler->connect(handler, dev, id);//调用evdev_connect

10. if (error && error != -ENODEV)

11. pr_err("failed to attach handler %s to device %s, error: %d\n",

12. handler->name, kobject_name(&dev->dev.kobj), error);

13. return error;

14. }

        先来匹配handle->id和dev->id中的数据，如果匹配成功，则调用handler->connect()。每个handler在注册的时候都有自己的id_table，如果设备和input handler能够匹配成功的话，就会调用input handler的connect函数，在Input_match_device中会将input device的id.bus type vendor和id.version首先匹配，然后回去match的evbit等。

 

3、具体的数据匹配过程是在input_match_device()中完成的。代码如下：

1. static const struct input_device_id *input_match_device(struct input_handler *handler,

2. struct input_dev *dev) {

3. const struct input_device_id *id;

4. //id->driver_info=1,表示可以配对所有

5. for (id = handler->id_table; id->flags || id->driver_info; id++) {

6. if (id->flags & INPUT_DEVICE_ID_MATCH_BUS)

7. if (id->bustype != dev->id.bustype)

8. continue;

9. if (id->flags & INPUT_DEVICE_ID_MATCH_VENDOR)

10. if (id->vendor != dev->id.vendor)

11. continue;

12. if (id->flags & INPUT_DEVICE_ID_MATCH_PRODUCT)

13. if (id->product != dev->id.product)

14. continue;

15. if (id->flags & INPUT_DEVICE_ID_MATCH_VERSION)

16. if (id->version != dev->id.version)

17. continue;

18. if (!bitmap_subset(id->evbit, dev->evbit, EV_MAX))

19. continue;

20. if (!bitmap_subset(id->keybit, dev->keybit, KEY_MAX))

21. continue;

22. if (!bitmap_subset(id->relbit, dev->relbit, REL_MAX))

23. continue;

24. if (!bitmap_subset(id->absbit, dev->absbit, ABS_MAX))

25. continue;

26. if (!bitmap_subset(id->mscbit, dev->mscbit, MSC_MAX))

27. continue;

28. if (!bitmap_subset(id->ledbit, dev->ledbit, LED_MAX))

29. continue;

30. if (!bitmap_subset(id->sndbit, dev->sndbit, SND_MAX))

31. continue;

32. if (!bitmap_subset(id->ffbit, dev->ffbit, FF_MAX))

33. continue;

34. if (!bitmap_subset(id->swbit, dev->swbit, SW_MAX))

35. continue;

36. if (!handler->match || handler->match(handler, dev))//没有match函数

37. return id;

38. }

39. return NULL;

40. }

        在id->flags中定义了要匹配的项,定义INPUT_DEVICE_ID_MATCH_BUS，则是要比较input device和input handler的总线类型。INPUT_DEVICE_ID_MATCH_VENDOR，INPUT_DEVICE_ID_MATCH_PRODUCT，INPUT_DEVICE_ID_MATCH_VERSION分别要求设备厂商。设备号和设备版本。

        如果id->flags定义的类型匹配成功，或者是id->flags没有定义，就会进入到MATCH_BIT的匹配项了，从MATCH_BIT宏的定义可以看出，只有当iput device和input handler的id成员在evbit、keybit......swbit项相同才会匹配成功。而且匹配的顺序是从evbit，keybit到swbit.只要有一项不同，就会循环到id中的下一项进行比较。

        简而言之,注册input device的过程就是为input device设置默认值，并将其挂以input_dev_list.与挂载在input_handler_list中的handler相匹配，如果匹配成功，就会调用handler的connect函数。   

      如果handler和device能够匹配上，就会创建一个evdev，就会调用handler的match的回调函数，它里边封装了一个handle，会把input_dev和input_handler关联到一起。

    在evdev_connect，它设置设备名，初始化input_handle中各个数据成员（关键是其input_dev和input_handler），然后再调用input_register_handle把evdev中的input_handle添加到input_dev的h_lis链表中，并且把此input_handle添加到input_handler的h_list链表中。从此它们的三角关系建立完成。注：当用户每打开一次它就要创建一个evdev_client，并加入到client_list链表中，当input_dev产生事件时，evdev_event函数将把此input_event放入evdev->client_list链表中的每个evdev_client的buffer中。它们的关系如下图所示：

 

         可以看到evdev是作为一个通用的handler去处理input_device的事件，也就是说一旦有设备注册就会去调用evdev的connect函数。

1. static int evdev_connect(struct input_handler *handler, struct input_dev *dev,

2. const struct input_device_id *id)

3. {

4. struct evdev *evdev;

5. int minor;

6. int dev_no;

7. int error;

8. minor = input_get_new_minor(EVDEV_MINOR_BASE, EVDEV_MINORS, true);

9. if (minor < 0) {

10. error = minor;

11. pr_err("failed to reserve new minor: %d\n", error);

12. return error;

13. }

14. evdev = kzalloc(sizeof(struct evdev), GFP_KERNEL);//分配evdev空间

15. if (!evdev) {

16. error = -ENOMEM;

17. goto err_free_minor;

18. }

19. INIT_LIST_HEAD(&evdev->client_list);

20. spin_lock_init(&evdev->client_lock);

21. mutex_init(&evdev->mutex);

22. init_waitqueue_head(&evdev->wait);

23. evdev->exist = true;

24. dev_no = minor;

25. /* Normalize device number if it falls into legacy range */

26. if (dev_no < EVDEV_MINOR_BASE + EVDEV_MINORS)

27. dev_no -= EVDEV_MINOR_BASE;

28. dev_set_name(&evdev->dev, "event%d", dev_no);//命名/dev/evdev_num

29.  

30. evdev->handle.dev = input_get_device(dev);

31. evdev->handle.name = dev_name(&evdev->dev);

32. evdev->handle.handler = handler;

33. evdev->handle.private = evdev;

34. //初始化evdev->dev结构，所属类型指向input_class

35. evdev->dev.devt = MKDEV(INPUT_MAJOR, minor);

36. evdev->dev.class = &input_class;

37. evdev->dev.parent = &dev->dev;

38. evdev->dev.release = evdev_free;

39. device_initialize(&evdev->dev);

40.  

41. //注册input->handle结构

42. error = input_register_handle(&evdev->handle);

43. if (error)

44. goto err_free_evdev;

45. //注册字符设备，添加文件操作接口file_opertions

46. cdev_init(&evdev->cdev, &evdev_fops);

47. evdev->cdev.kobj.parent = &evdev->dev.kobj;

48. error = cdev_add(&evdev->cdev, evdev->dev.devt, 1);

49. if (error)

50. goto err_unregister_handle;

51.  

52. //将evdev->dev注册到sysfs文件系统中

53. error = device_add(&evdev->dev);

54. if (error)

55. goto err_cleanup_evdev;

56. return 0;

57.  

58. err_cleanup_evdev:

59. evdev_cleanup(evdev);

60. err_unregister_handle:

61. input_unregister_handle(&evdev->handle);

62. err_free_evdev:

63. put_device(&evdev->dev);

64. err_free_minor:

65. input_free_minor(minor);

66. return error;

67. }

68.  

69. static const struct file_operations evdev_fops = {

70. .owner = THIS_MODULE,

71. .read = evdev_read,

72. .write = evdev_write,

73. .poll = evdev_poll,

74. .open = evdev_open,

75. .release = evdev_release,

76. .unlocked_ioctl = evdev_ioctl,

77. #ifdef CONFIG_COMPAT

78. .compat_ioctl = evdev_ioctl_compat,

79. #endif

80. .fasync = evdev_fasync,

81. .flush = evdev_flush,

82. .llseek = no_llseek,

83. };

        这里面又有个设备注册的过程，重新创建了一个evdev设备，存在于/dev/input/eventX。这是Android上层需要直接操作的文件节点，就是在这个时候注册的，input_register_handle也是将匹配好的input设备和input handler 分别加到自己的input设备链表和handler链表，Evdev对应的设备节点一般位于/dev/input/event0 ~ /dev/input/event4，理论上可以对应32个设备节点，分别代表被handler匹配的32个input device。 可以用cat  /dev/input/event0.然后移动鼠标或者键盘按键就会有数据输出(两者之间只能选一，因为一个设备文件只能关能一个输入设备)，还可以往这个文件里写数据,使其产生特定的事件，。                到这里整个kernel层的从设备的初始化到创建，再到与hal层交互的的工作就已经介绍完毕。

        以上文字叙述的具体流程用UML图绘制如下图所示：