Linux Input子系统之第一篇（input_dev/input_handle/input_handler）

Input子系统是linux kernel中与部分外围器件驱动联系比较紧密的模块，常用于Sensor，TP(touch panel)，power key等器件的驱动。这类模块有个共同特点：字符设备，且数据量都不大，比如sensor一般最多只有xyz三个维度的数据。
      整体来看，Input子系统有一个主线，那就是题目中这三个结构体的关系（下面简称为三方关系），input_dev对应于实际的device端，input_handler从名字也可以猜出来是对device的处理。“处理”这个词语不单单指的是对device数据的处理，比如report等；它其实可以包括系统在该device事件发生时想做的任何动作。至于input_handle，它是连接input_dev与input_handler的，该设计后面也会详细分析。在这里请记住，我们最终的目的是，通过input_dev，可以遍历所有与它有关的input_handler；通过input_handler，也可以遍历所有与它有关的input_dev。
       为了更加透彻地讲述Input子系统，本博文将分两篇介绍，第一篇就来分析上面这个主线，第二篇分析Input子系统的A/B两个协议(B协议又称为Slot Protocol)。下面从input_device说起。
      驱动端通过input_allocate_device来allocate对应的input_dev结构体，之后持有该指针，并完成对应的初始化(name, set_bit等等)。

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 struct input_dev *input_allocate_device(void)
 {
     struct input_dev *dev;

     dev = kzalloc(sizeof(struct input_dev), GFP_KERNEL);
     if (dev) {
         ...//I deleted many lines here.
         INIT_LIST_HEAD(&dev->h_list);//this is the head of the list which consists of related input_handles.
         ...
     }
     return dev;
 }

        结合这段代码，看下input_dev结构体(这里只关心主线相关的结构体成员)

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 struct input_dev {
     ...//detailed info of this device
     struct list_head         h_list;//这是与input_dev相关联的input_handle的链表的表头
     struct list_head node;//链入全局链表
 };

        驱动完成初始化后，调用input_register_device来注册已经初始化的input_dev，这个函数是三方关系的核心，它调用了input_attach_handler，而恰恰是在input_attach_handler这个函数内dev, handler和handle这三者确定了关系。看下这个函数究竟做了哪些关键的事情，

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 int input_register_device(struct input_dev *dev)
 {
     static atomic_t input_no = ATOMIC_INIT(0);
     struct input_handler *handler;

     ...//此次省略一千行O(∩_∩)O~

     dev_set_name(&dev->dev, "input%ld",
          (unsigned long) atomic_inc_return(&input_no) - 1);//set the dev name here: input0,input1,...
     list_add_tail(&dev->node, &input_dev_list);//input_dev_list is a global list! So every input_dev will be listed.
     list_for_each_entry(handler, &input_handler_list, node)
         input_attach_handler(dev, handler);//dev and handler, we fould it.
     ...//同上
     return 0;
 }

        上面的代码，对dev做进一步的设置，同时也将dev链接到全局链表中；但它最重要的功能还是体现在11、12行。
        到了这里不得介绍下input_handler_list与input_handler，它是系统中所有handler挂载的链表的表头，自定义的handler必须挂载到该链表才有可能被系统所用（调用input_register_handler）。input_handler的作用上面简单提了，定义如下

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 struct input_handler {
     ...
     void (*event)(struct input_handle *handle, unsigned int type, unsigned int code, int value);//important
     bool (*filter)(struct input_handle *handle, unsigned int type, unsigned int code, int value);
     bool (*match)(struct input_handler *handler, struct input_dev *dev);
     int (*connect)(struct input_handler *handler, struct input_dev *dev, const struct input_device_id *id);
     void (*disconnect)(struct input_handle *handle);
     void (*start)(struct input_handle *handle);
     ...
     const struct input_device_id *id_table;
     struct list_head    h_list;//这是与input_handler相关联的input_handle的链表的表头
     struct list_head    node;//链入全局链表   h_list node~是否注意到这与input_dev的最后两个一模一样呢，事实上他们名字与作用都一样
 };

        完成了必要的背景介绍，继续input_attach_handler，这个函数的逻辑与具体的handler是强相关的，下面就以input子系统默认的evdev_handler为例进行分析。

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 static struct input_handler evdev_handler = {
     .event        = evdev_event,
     .connect    = evdev_connect,
     .disconnect    = evdev_disconnect,
     .fops        = &evdev_fops,
     .minor        = EVDEV_MINOR_BASE,
     .name        = "evdev",
     .id_table    = evdev_ids,
 };

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 static int input_attach_handler(struct input_dev *dev, struct input_handler *handler)
 {
     const struct input_device_id *id;
     int error;
     id = input_match_device(handler, dev);//判断handler是否与dev match.通过handler的id_table、match等实现，比较简单，不做展开。
     if (!id)
         return -ENODEV;
     error = handler->connect(handler, dev, id);//这之前dev与handler还是彼此独立的，connect直接产生我们关注的三方关系
     if (error && error != -ENODEV)
         pr_err("failed to attach handler %s to device %s, error: %d\n",
                handler->name, kobject_name(&dev->dev.kobj), error);
     return error;
 }

        看看evdev_handler的connect究竟为这个三方关系做了什么吧，

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 static int evdev_connect(struct input_handler *handler, struct input_dev *dev,
              const struct input_device_id *id)
 {
     struct evdev *evdev;
     ...
     evdev = kzalloc(sizeof(struct evdev), GFP_KERNEL);
     if (!evdev)
         return -ENOMEM;
     ...
     evdev->handle.dev = input_get_device(dev);//这里的handle就是input_handle，它的dev成员指向input_dev
     evdev->handle.name = dev_name(&evdev->dev);
     evdev->handle.handler = handler;//它的handler成员指向input_handler
     evdev->handle.private = evdev;
     ...
     error = input_register_handle(&evdev->handle);//10、12行完成了handle到dev和handler，这个函数完善了所有的三方关系
     return 0;
     ...//error handling
 }

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 struct input_handle {
     ...
     struct input_dev *dev;//上段代码的第10行
     struct input_handler *handler;//上段代码的第12行
     struct list_head    d_node;//链入input_dev的h_list代表的链表
     struct list_head    h_node;//链入input_handler的h_list代表的链表
 };

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 int input_register_handle(struct input_handle *handle)
 {
     struct input_handler *handler = handle->handler;
     struct input_dev *dev = handle->dev;
     ...
     if (handler->filter)
         list_add_rcu(&handle->d_node, &dev->h_list);//上段代码的第5行的注释
     else
         list_add_tail_rcu(&handle->d_node, &dev->h_list);
     ...
     list_add_tail_rcu(&handle->h_node, &handler->h_list);//上段代码的第6行的注释
     ...
     return 0;
 }

        至此，三方关系形成完毕。我们实现了最终的目的，通过input_dev，可以遍历所有与它有关的input_handler；通过input_handler，也可以遍历所有与它有关的input_dev。
        图解如下：图中单向箭头表示指针，双向箭头表示list_head。可以看出，从任何一个双向箭头出发，通过handle的过度，完全实现了我们的最终目标。掌握了这点，再看input_report那些流程的时候就非常容易了，dev想要report数据的时候无非是调用了handler的event函数指针指向的函数，我们可以在这个函数里定义任何想让系统去做的任务，比如cpu调频等，而不仅限于数据上报。熟悉面向对象编程的人可能想到了，其实这个设计运用了面向对象的observer设计模式。
 

        至此，本文主要内容完结。掌握了这些知识固然重要，但还需要简单分析下这个三方关系的设计思路。
        从本质上讲，input_dev与input_handler是一个多对多的关系，一个dev可以对应多个handler，一个handler也可以对应多个dev（参考上图）。
       针对这种多对多的关系，也许有人会想，为什么不将input_handle的dnode，hnode 分别内嵌到dev和handler内，这样也可以节省空间；实际上，内嵌的方式最终实现的是混乱的一对多的关系，因为指针的指向是唯一的，所以当两个不同的dev有一个共同的handler的时候，两个链表相交，那么后注册的dev会改变前一个dev的链表，导致混乱。
        实际上，input_handle可以拆成两部分，dnode一部分，hnode一部分，dnode来表达一个dev可以对应多个handler，hnode来表达一个handler也可以对应多个dev。这两部分独立存在也一样可以实现input子系统的功能，而且理解起来更加简单；将他们合并起来节省了空间。
        希望本文能让看了它的人，遇到多对多模型的类似问题时，能够记起这个三方关系。