input子系统——kernel中input设备介绍
一、输入子系统驱动层分析
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：
struct input_dev {
const char *name; //名字
const char *phys;
const char *uniq;
struct input_id id; //输入id
unsigned long evbit[NBITS(EV_MAX)]; // 表示能产生哪类事件
unsigned long keybit[NBITS(KEY_MAX)]; // 表示能产生哪些按键
unsigned long relbit[NBITS(REL_MAX)]; // 表示能产生哪些相对位移事件, x,y,滚轮
unsigned long absbit[NBITS(ABS_MAX)]; // 表示能产生哪些绝对位移事件, x,y
unsigned long mscbit[BITS_TO_LONGS(MSC_CNT)];
unsigned long ledbit[BITS_TO_LONGS(LED_CNT)];
unsigned long sndbit[BITS_TO_LONGS(SND_CNT)];
unsigned long ffbit[BITS_TO_LONGS(FF_CNT)];
...
}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：
set_bit()告诉input输入子系统支持哪些事件，哪些按键。例如：
/* 设置按键能产生哪类事件 */
set_bit(EV_KEY,buttons_dev->evbit);
set_bit(EV_REP,buttons_dev->evbit);
/* 设置能产生这类操作的哪些事件 */
set_bit(KEY_L,buttons_dev->keybit);
set_bit(KEY_S,buttons_dev->keybit);
set_bit(KEY_ENTER,buttons_dev->keybit);
set_bit(KEY_LEFTSHIFT,buttons_dev->keybit);
struct input_dev中有两个成员为：
evbit:事件类型（包括EV_RST,EV_REL,EV_MSC,EV_KEY,EV_ABS,EV_REP等）
在input.h中有这些类的定义：
#define EV_SYN 0x00 //同步事件
#define EV_KEY 0x01 //按键类，如键盘或按钮
#define EV_REL 0x02 //绝对结果，如鼠标设备
#define EV_ABS 0x03 //绝对位移类 ，如操纵杆、书写板
#define EV_MSC 0x04 //其他类
#define EV_SW 0x05 //开关事件
#define EV_LED 0x11 //LED或其他指示设备
#define EV_SND 0x12 //声音类，如蜂鸣器
#define EV_REP 0x14 //重复类，允许按键自重复
#define EV_FF 0x15 //力反馈
#define EV_PWR 0x16 //电源管理事件
#define EV_FF_STATUS 0x17
#define EV_MAX 0x1f
#define EV_CNT (EV_MAX+1)
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
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)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）：
//按键初始化
static int __init button_init(void)
{//申请中断
if(request_irq(BUTTON_IRQ,button_interrupt,0,”button”,NUll))
return –EBUSY;
set_bit(EV_KEY,button_dev.evbit); //支持EV_KEY事件
set_bit(BTN_0,button_dev.keybit); //支持设备两个键
set_bit(BTN_1,button_dev.keybit); //
input_register_device(&button_dev);//注册input设备
}
/*在按键中断中报告事件*/
Static void button_interrupt(int irq,void *dummy,struct pt_regs *fp)
{
input_report_key(&button_dev,BTN_0,inb(BUTTON_PORT0));//读取寄存器BUTTON_PORT0的值
input_report_key(&button_dev,BTN_1,inb(BUTTON_PORT1));
input_sync(&button_dev);
}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
int input_register_device(struct input_dev *dev)
{
//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
static atomic_t input_no = ATOMIC_INIT(0);
struct input_devres *devres = NULL;
struct input_handler *handler;
unsigned int packet_size;
const char *path;
int error;
if (dev->devres_managed) {
devres = devres_alloc(devm_input_device_unregister,
sizeof(struct input_devres), GFP_KERNEL);
if (!devres)
return -ENOMEM;
devres->input = dev;
}
/* Every input device generates EV_SYN/SYN_REPORT events. */
__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
/* KEY_RESERVED is not supposed to be transmitted to userspace. */
__clear_bit(KEY_RESERVED, dev->keybit);
/* Make sure that bitmasks not mentioned in dev->evbit are clean. */
input_cleanse_bitmasks(dev);
packet_size = input_estimate_events_per_packet(dev);
if (dev->hint_events_per_packet < packet_size)
dev->hint_events_per_packet = packet_size;
dev->max_vals = max(dev->hint_events_per_packet, packet_size) + 2;
dev->vals = kcalloc(dev->max_vals, sizeof(*dev->vals), GFP_KERNEL);
if (!dev->vals) {
error = -ENOMEM;
goto err_devres_free;
}
/*
//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],
//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，
//dev->rep[REP_PERIOD]指如果按键没有被抬起，每33ms算一次。
*/
init_timer(&dev->timer);//这个内核定时器是为了重复按键而设置的
if (!dev->rep[REP_DELAY] && !dev->rep[REP_PERIOD]) {
dev->timer.data = (long) dev;
dev->timer.function = input_repeat_key;
dev->rep[REP_DELAY] = 250;
dev->rep[REP_PERIOD] = 33;
//如果没有定义有关重复按键的相关值，就用内核默认的
}
/*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*/
if (!dev->getkeycode)
dev->getkeycode = input_default_getkeycode;
if (!dev->setkeycode)
dev->setkeycode = input_default_setkeycode;
//设置input_dev中device的名字，这个名字会在/class/input中出现
dev_set_name(&dev->dev, "input%ld",(unsigned long) atomic_inc_return(&input_no)-1);
//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
error = device_add(&dev->dev);
if (error) goto err_free_vals;
path = kobject_get_path(&dev->dev.kobj, GFP_KERNEL);
pr_info("%s as %s\n",dev->name ? dev->name : "Unspecified device", path ?
path : "N/A");
kfree(path);
error = mutex_lock_interruptible(&input_mutex);
if (error) goto err_device_del;
/* 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；*/
//将新分配的input设备连接到input_dev_list链表上
list_add_tail(&dev->node, &input_dev_list);
//遍历input_handler_list链表，配对input_dev和input_handler
list_for_each_entry(handler, &input_handler_list, node)
input_attach_handler(dev, handler);
input_wakeup_procfs_readers();//与proc文件系统有关
mutex_unlock(&input_mutex);
if (dev->devres_managed) {
dev_dbg(dev->dev.parent, "%s: registering %s with devres.\n",
__func__, dev_name(&dev->dev));
devres_add(dev->dev.parent, devres);
}
/* 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。*/
下面介绍详细的匹配过程：。。。。。
return 0;
......
}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:
int input_register_handler(struct input_handler *handler)
{
struct input_dev *dev;
int retval;
retval = mutex_lock_interruptible(&input_mutex);
if (retval)
return retval;
INIT_LIST_HEAD(&handler->h_list);
if (handler->fops != NULL) {
if (input_table[handler->minor >> 5]) { //添加到全局数组中
//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
//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
retval = -EBUSY;
goto out;
}
input_table[handler->minor >> 5] = handler;
}
//连接到input_handler_list链表中
list_add_tail(&handler->node, &input_handler_list);
list_for_each_entry(dev, &input_dev_list, node)
input_attach_handler(dev, handler); //device和handle匹配函数
input_wakeup_procfs_readers();
out:
mutex_unlock(&input_mutex);
return retval;
} 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。
static int input_attach_handler(struct input_dev *dev, struct input_handler *handler)
{
const struct input_device_id *id;
int error;
//这个是主要的配对函数，主要比较id中的各项
id = input_match_device(handler, dev);
if (!id) return -ENODEV;
//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
error = handler->connect(handler, dev, id);//调用evdev_connect
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;
}
3、具体的数据匹配过程是在input_match_device()中完成的。代码如下：
static const struct input_device_id *input_match_device(struct input_handler *handler,
struct input_dev *dev) {
const struct input_device_id *id;
//id->driver_info=1,表示可以配对所有
for (id = handler->id_table; id->flags || id->driver_info; id++) {
if (id->flags & INPUT_DEVICE_ID_MATCH_BUS)
if (id->bustype != dev->id.bustype)
continue;
if (id->flags & INPUT_DEVICE_ID_MATCH_VENDOR)
if (id->vendor != dev->id.vendor)
continue;
if (id->flags & INPUT_DEVICE_ID_MATCH_PRODUCT)
if (id->product != dev->id.product)
continue;
if (id->flags & INPUT_DEVICE_ID_MATCH_VERSION)
if (id->version != dev->id.version)
continue;
if (!bitmap_subset(id->evbit, dev->evbit, EV_MAX))
continue;
if (!bitmap_subset(id->keybit, dev->keybit, KEY_MAX))
continue;
if (!bitmap_subset(id->relbit, dev->relbit, REL_MAX))
continue;
if (!bitmap_subset(id->absbit, dev->absbit, ABS_MAX))
continue;
if (!bitmap_subset(id->mscbit, dev->mscbit, MSC_MAX))
continue;
if (!bitmap_subset(id->ledbit, dev->ledbit, LED_MAX))
continue;
if (!bitmap_subset(id->sndbit, dev->sndbit, SND_MAX))
continue;
if (!bitmap_subset(id->ffbit, dev->ffbit, FF_MAX))
continue;
if (!bitmap_subset(id->swbit, dev->swbit, SW_MAX))
continue;
if (!handler->match || handler->match(handler, dev))//没有match函数
return id;
}
return NULL;
} 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。
static int evdev_connect(struct input_handler *handler, struct input_dev *dev,
const struct input_device_id *id)
{
struct evdev *evdev;
int minor;
int dev_no;
int error;
minor = input_get_new_minor(EVDEV_MINOR_BASE, EVDEV_MINORS, true);
if (minor < 0) {
error = minor;
pr_err("failed to reserve new minor: %d\n", error);
return error;
}
evdev = kzalloc(sizeof(struct evdev), GFP_KERNEL);//分配evdev空间
if (!evdev) {
error = -ENOMEM;
goto err_free_minor;
}
INIT_LIST_HEAD(&evdev->client_list);
spin_lock_init(&evdev->client_lock);
mutex_init(&evdev->mutex);
init_waitqueue_head(&evdev->wait);
evdev->exist = true;
dev_no = minor;
/* Normalize device number if it falls into legacy range */
if (dev_no < EVDEV_MINOR_BASE + EVDEV_MINORS)
dev_no -= EVDEV_MINOR_BASE;
dev_set_name(&evdev->dev, "event%d", dev_no);//命名/dev/evdev_num
evdev->handle.dev = input_get_device(dev);
evdev->handle.name = dev_name(&evdev->dev);
evdev->handle.handler = handler;
evdev->handle.private = evdev;
//初始化evdev->dev结构，所属类型指向input_class
evdev->dev.devt = MKDEV(INPUT_MAJOR, minor);
evdev->dev.class = &input_class;
evdev->dev.parent = &dev->dev;
evdev->dev.release = evdev_free;
device_initialize(&evdev->dev);
//注册input->handle结构
error = input_register_handle(&evdev->handle);
if (error)
goto err_free_evdev;
//注册字符设备，添加文件操作接口file_opertions
cdev_init(&evdev->cdev, &evdev_fops);
evdev->cdev.kobj.parent = &evdev->dev.kobj;
error = cdev_add(&evdev->cdev, evdev->dev.devt, 1);
if (error)
goto err_unregister_handle;
//将evdev->dev注册到sysfs文件系统中
error = device_add(&evdev->dev);
if (error)
goto err_cleanup_evdev;
return 0;
err_cleanup_evdev:
evdev_cleanup(evdev);
err_unregister_handle:
input_unregister_handle(&evdev->handle);
err_free_evdev:
put_device(&evdev->dev);
err_free_minor:
input_free_minor(minor);
return error;
}
static const struct file_operations evdev_fops = {
.owner = THIS_MODULE,
.read = evdev_read,
.write = evdev_write,
.poll = evdev_poll,
.open = evdev_open,
.release = evdev_release,
.unlocked_ioctl = evdev_ioctl,
#ifdef CONFIG_COMPAT
.compat_ioctl = evdev_ioctl_compat,
#endif
.fasync = evdev_fasync,
.flush = evdev_flush,
.llseek = no_llseek,
};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：
