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。出处

http://blog.csdn.net/woshixingaaa/archive/2011/05/19/6431094.aspx

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：