Linux驱动修炼之道-INPUT子系统(上)

努力成为linux kernel hacker的人李万鹏原创作品，为梦而战。转载请标明出处

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内核的输入子系统是对分散的，多种不同类别的输入设备(如键盘，鼠标，跟踪球，操纵杆，触摸屏，加速计和手写板)等字符设备进行统一处理的一层抽象，就是在字符设备驱动上抽象出的一层。输入子系统包括两类驱动程序：事件驱动程序和设备驱动程序。事件驱动程序负责和应用程序的接口，而设备驱动程序负责和底层输入设备的通信。鼠标事件生成文件mousedev属于事件驱动程序，而PS/2鼠标驱动程序是设备驱动程序。事件驱动程序是标准的，对所有的输入类都是可用的，所以要实现的是设备驱动程序而不是事件驱动程序。设备驱动程序可以利用一个已经存在的，合适的事件驱动程序通过输入核心和用户应用程序接口。
输入子系统带来了如下好处：
1.统一了物理形态各异的相似的输入设备的处理功能
2.提供了用于分发输入报告给用户应用程序的简单的事件接口
3.抽取出了输入驱动程序的通用部分，简化了驱动，并引入了一致性
如下图，input子系统分三层，最上一层是event handler，中间是intput core，底层是input driver。input driver把event report到input core层。input core对event进行分发，传到event handler,相应的event handler层把event放到event buffer中，等待用户进程来取。

现在了解了input子系统的基本思想，下面来看一下input子系统的3个基本的数据结构：

struct input_dev { const char *name; const char *phys; const char *uniq; struct input_id id; //与input_handler匹配的时会用到 unsigned long evbit[BITS_TO_LONGS(EV_CNT)]; //支持的所有事件类型 unsigned long keybit[BITS_TO_LONGS(KEY_CNT)]; //按键事件支持的子事件 unsigned long relbit[BITS_TO_LONGS(REL_CNT)]; //相对坐标事件支持的子事件 unsigned long absbit[BITS_TO_LONGS(ABS_CNT)]; //绝对坐标事件支持的子事件 unsigned long mscbit[BITS_TO_LONGS(MSC_CNT)]; //其他事件支持的子事件 unsigned long ledbit[BITS_TO_LONGS(LED_CNT)]; //LED灯事件支持的子事件 unsigned long sndbit[BITS_TO_LONGS(SND_CNT)]; //声音事件支持的子事件 unsigned long ffbit[BITS_TO_LONGS(FF_CNT)]; //受力事件支持的子事件 unsigned long swbit[BITS_TO_LONGS(SW_CNT)]; //开关事件支持的子事件 unsigned int keycodemax; unsigned int keycodesize; void *keycode; int (*setkeycode)(struct input_dev *dev, int scancode, int keycode); int (*getkeycode)(struct input_dev *dev, int scancode, int *keycode); struct ff_device *ff; unsigned int repeat_key; struct timer_list timer; int sync; int abs[ABS_MAX + 1]; //绝对坐标上报的当前值 int rep[REP_MAX + 1]; //这个参数主要是处理重复按键，后面遇到再讲 unsigned long key[BITS_TO_LONGS(KEY_CNT)]; //按键有两种状态，按下和抬起，这个字段就是记录这两个状态。 unsigned long led[BITS_TO_LONGS(LED_CNT)]; unsigned long snd[BITS_TO_LONGS(SND_CNT)]; unsigned long sw[BITS_TO_LONGS(SW_CNT)]; int absmax[ABS_MAX + 1]; //绝对坐标的最大值 int absmin[ABS_MAX + 1]; //绝对坐标的最小值 int absfuzz[ABS_MAX + 1]; int absflat[ABS_MAX + 1]; int (*open)(struct input_dev *dev); void (*close)(struct input_dev *dev); int (*flush)(struct input_dev *dev, struct file *file); int (*event)(struct input_dev *dev, unsigned int type, unsigned int code, int value); struct input_handle *grab; //当前使用的handle spinlock_t event_lock; struct mutex mutex; unsigned int users; int going_away; struct device dev; struct list_head h_list; //h_list是一个链表头，用来把handle挂载在这个上 struct list_head node; //这个node是用来连到input_dev_list上的 }; struct input_handler { void *private; void (*event)(struct input_handle *handle, unsigned int type, unsigned int code, int value); 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 file_operations *fops; int minor; //次设备号 const char *name; const struct input_device_id *id_table; const struct input_device_id *blacklist; struct list_head h_list; //h_list是一个链表头，用来把handle挂载在这个上 struct list_head node; //这个node是用来连到input_handler_list上的 }; struct input_handle { void *private; int open; const char *name; struct input_dev *dev; //指向input_dev struct input_handler *handler; //指向input_handler struct list_head d_node; //连到input_dev的h_list上 struct list_head h_node; //连到input_handler的h_list上 };

如下图代表了input_dev，input_handler，input_handle，3者之间的关系。一类handler可以和多个硬件设备相关联，一个硬件设备可以和多个handler相关联。例如：一个触摸屏设备可以作为一个event设备，作为一个鼠标设备，也可以作为一个触摸设备，所以一个设备需要与多个平台驱动进行连接。而一个平台驱动也不只为一个设备服务，一个触摸平台驱动可能要为A,B,C3个触摸设备提供上层驱动，所以需要这样一对多的连接。

下面来看看input子系统的初始化函数：

static int __init input_init(void) { int err; input_init_abs_bypass(); /*创建一个类input_class*/ err = class_register(&input_class); if (err) { printk(KERN_ERR "input: unable to register input_dev class\n"); return err; } /*在/proc下创建入口项*/ err = input_proc_init(); if (err) goto fail1; /*注册设备号INPUT_MAJOR的设备，记住input子系统的设备的主设备号都是13，即INPUT_MAJOR为13，并与input_fops相关联*/ err = register_chrdev(INPUT_MAJOR, "input", &input_fops); if (err) { printk(KERN_ERR "input: unable to register char major %d", INPUT_MAJOR); goto fail2; } return 0; fail2: input_proc_exit(); fail1: class_unregister(&input_class); return err; } subsys_initcall(input_init);

下面来看input子系统的file_operations，这里只有一个打开函数input_open_file，这个在事件传递部分讲解。

static const struct file_operations input_fops = { .owner = THIS_MODULE, .open = input_open_file, };
下边来看input_dev设备的注册：

int input_register_device(struct input_dev *dev) { static atomic_t input_no = ATOMIC_INIT(0); struct input_handler *handler; const char *path; int error; __set_bit(EV_SYN, dev->evbit); /* * If delay and period are pre-set by the driver, then autorepeating * is handled by the driver itself and we don't do it in input.c. */ init_timer(&dev->timer); /* *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。 */ 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，一个是设置键的扫描码*/ if (!dev->getkeycode) dev->getkeycode = input_default_getkeycode; if (!dev->setkeycode) dev->setkeycode = input_default_setkeycode; dev_set_name(&dev->dev, "input%ld", (unsigned long) atomic_inc_return(&input_no) - 1); /*将input_dev封装的dev注册到sysfs*/ error = device_add(&dev->dev); if (error) return error; path = kobject_get_path(&dev->dev.kobj, GFP_KERNEL); printk(KERN_INFO "input: %s as %s\n", dev->name ? dev->name : "Unspecified device", path ? path : "N/A"); kfree(path); error = mutex_lock_interruptible(&input_mutex); if (error) { device_del(&dev->dev); return error; } /*将input_dev挂在input_dev_list上*/ list_add_tail(&dev->node, &input_dev_list); /*匹配所有的input_handler，这个就是刚才那幅图里的一个设备对应多个handler的由来*/ list_for_each_entry(handler, &input_handler_list, node) input_attach_handler(dev, handler); input_wakeup_procfs_readers(); mutex_unlock(&input_mutex); return 0; }

跟踪程序，来看看input_attach_handler的实现：

static int input_attach_handler(struct input_dev *dev, struct input_handler *handler) { const struct input_device_id *id; int error; /*handler有一个黑名单，如果存在黑名单，并且这个id匹配就退出*/ if (handler->blacklist && input_match_device(handler->blacklist, dev)) return -ENODEV; /*匹配id，实现在下边可以看到*/ id = input_match_device(handler->id_table, dev); if (!id) return -ENODEV; /*如果匹配，则调用具体的handler的connect函数*/ error = handler->connect(handler, dev, id); if (error && error != -ENODEV) printk(KERN_ERR "input: failed to attach handler %s to device %s, " "error: %d\n", handler->name, kobject_name(&dev->dev.kobj), error); return error; }

下边来看看这个匹配函数：如果id->flags存在，并且相应的标志为被设定则进行比较。

static const struct input_device_id *input_match_device(const struct input_device_id *id, struct input_dev *dev) { int i; for (; 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; MATCH_BIT(evbit, EV_MAX); MATCH_BIT(keybit, KEY_MAX); MATCH_BIT(relbit, REL_MAX); MATCH_BIT(absbit, ABS_MAX); MATCH_BIT(mscbit, MSC_MAX); MATCH_BIT(ledbit, LED_MAX); MATCH_BIT(sndbit, SND_MAX); MATCH_BIT(ffbit, FF_MAX); MATCH_BIT(swbit, SW_MAX); return id; } return NULL; }

#define MATCH_BIT(bit, max) \ for (i = 0; i < BITS_TO_LONGS(max); i++) \ if ((id->bit[i] & dev->bit[i]) != id->bit[i]) \ break; \ if (i != BITS_TO_LONGS(max)) \ continue;

下边是刚刚看到的connect，这里假设这个handler是evdev_handler。如果匹配上了就会创建一个evdev，它里边封装了一个handle，会把input_dev和input_handler关联到一起。

/* * Create new evdev device. Note that input core serializes calls * to connect and disconnect so we don't need to lock evdev_table here. */ static int evdev_connect(struct input_handler *handler, struct input_dev *dev, const struct input_device_id *id) { struct evdev *evdev; int minor; int error; /* *首先补充几个知识点： *static struct input_handler *input_table[8]; *#define INPUT_DEVICES 256 *一共有8个input_handler，对应256个设备，所以一个handler对应32个设备。 *这个问题在我参加的一次linux驱动的面试中被问到，当时真是汗啊！！！ *static struct evdev *evdev_table[EVDEV_MINORS]; *#define EVDEV_MINORS 32 *evdev理论上可对应32个设备，其对应的设备节点一般位于/dev/input/event0~/dev/input/event4 *下边的for循环，在evdev_table数组中找一个未使用的地方 */ for (minor = 0; minor < EVDEV_MINORS; minor++) if (!evdev_table[minor]) break; if (minor == EVDEV_MINORS) { printk(KERN_ERR "evdev: no more free evdev devices\n"); return -ENFILE; } /*下边的代码是分配一个evdev结构体，并对成员进行初始化*/ evdev = kzalloc(sizeof(struct evdev), GFP_KERNEL); if (!evdev) return -ENOMEM; INIT_LIST_HEAD(&evdev->client_list); spin_lock_init(&evdev->client_lock); mutex_init(&evdev->mutex); init_waitqueue_head(&evdev->wait); snprintf(evdev->name, sizeof(evdev->name), "event%d", minor); evdev->exist = 1; evdev->minor = minor; evdev->handle.dev = input_get_device(dev); evdev->handle.name = evdev->name; evdev->handle.handler = handler; evdev->handle.private = evdev; dev_set_name(&evdev->dev, evdev->name); evdev->dev.devt = MKDEV(INPUT_MAJOR, EVDEV_MINOR_BASE + minor); evdev->dev.class = &input_class; evdev->dev.parent = &dev->dev; evdev->dev.release = evdev_free; /**/ device_initialize(&evdev->dev); /* *input_register_handle完成的主要功能是: *list_add_tail_rcu(&handle->d_node, &dev->h_list); *list_add_tail(&handle->h_node, &handler->h_list); */ error = input_register_handle(&evdev->handle); if (error) goto err_free_evdev; /*evdev_install_chrdev完成的功能是evdev_table[evdev->minor]=evdev;*/ error = evdev_install_chrdev(evdev); if (error) goto err_unregister_handle; error = device_add(&evdev->dev); if (error) goto err_cleanup_evdev; return 0; 。。。。。。。。。。 }

看一下这张图会对上边的结构有清楚的认知了：