linux内核input子系统分析

这几天为公司开发板编写了矩阵键盘驱动，还有之前编写的触摸屏驱动，都属于input设备，归于input子系统之下。因此从网上找文章学习了一下input子系统。

其实编写驱动并不一定需要完全明白input子系统的实现，只要知道其向下提供给具体设备的接口如何使用就可以，input子系统是内核的逻辑，是在内核和驱动之间的一层封装。

下面是从网上搜到的文章，记录以便以后在学习：

Linux的input子系统提供了输入设备的驱动框架，比如鼠标、键盘、触摸屏等就属于输入设备。Linux中关于input子系统的文档在Documentation/input目录，input的核心代码在input.c和input.h中。

本文没有涉及input的一些细节实现，比如input_dev->grab，以及按键的定时事件等。

1.     input_handle, input_handler, input_dev

input_handle, input_handler, input_dev是input子系统中最重要的3个数据结构。

l         input_handler用于上层应用获取输入事件。上层应用打开输入设备的设备节点，然后对节点进行读写操作以获得鼠标移动信息，或者键盘信息等等。这里对设备节点的文件操作函数就是由input_handler提供。

l         input_dev代表的是具体的设备，比如鼠标、键盘等等。

l         对于一台Linux电脑，可能会连着多个鼠标、多个键盘。每一个鼠标都能控制光标的运动，每一个键盘也都能正常使用。这在input子系统中，体现为一个input_handle关联多个input_dev，能够同时从多个input_dev获取输入消息。与此同时，linux中可能会有多个device节点同时与一个input具体设备关联，这样，应用程序通过任何一个设备节点，都可以获得例如鼠标、键盘等具体设备的输入信息。所以，input_dev和input_handler之间是多对多的关联关系，而这些关联就是由input_handle表示。

1.1           handler与dev之间关联的建立

input_handle中包含一个input_dev的指针，和一个input_handler的指针，所以能建立handler和dev之间的一个一对一的关联。在input_handler中，有一个链表h_list，指向和这个handler关联的所有input_handle，通过这些handle就可以找到与handler关联的所有dev。同样的，在input_dev中，也有一个链表h_list，指向与dev关联的所有input_handle，通过这些handle可以找到与dev相关的所有handler。通过这两个链表和input_handle，input_handler和input_dev之间建立了一个复杂的网状结构。

那么，input_handler和input_dev之间建立关联的规则是什么？即在什么情况下需要建立关联，什么时候不需要建立关联？这就需要handler和dev之间有一个匹配机制。

input_handler中有两个指针，id_table和blacklist，其中blacklist是黑名单，凡是与之匹配的dev都将被强制过滤；而与id_table中任意一项匹配的dev才能与handler建立关联。

       const struct input_device_id *id_table;

       const struct input_device_id *blacklist;

       struct input_device_id {

              kernel_ulong_t flags;

              __u16 bustype;

              __u16 vendor;

              __u16 product;

              __u16 version;

              kernel_ulong_t evbit[INPUT_DEVICE_ID_EV_MAX / BITS_PER_LONG + 1];

              kernel_ulong_t keybit[INPUT_DEVICE_ID_KEY_MAX / BITS_PER_LONG + 1];

              kernel_ulong_t relbit[INPUT_DEVICE_ID_REL_MAX / BITS_PER_LONG + 1];

              kernel_ulong_t absbit[INPUT_DEVICE_ID_ABS_MAX / BITS_PER_LONG + 1];

              kernel_ulong_t mscbit[INPUT_DEVICE_ID_MSC_MAX / BITS_PER_LONG + 1];

              kernel_ulong_t ledbit[INPUT_DEVICE_ID_LED_MAX / BITS_PER_LONG + 1];

              kernel_ulong_t sndbit[INPUT_DEVICE_ID_SND_MAX / BITS_PER_LONG + 1];

              kernel_ulong_t ffbit[INPUT_DEVICE_ID_FF_MAX / BITS_PER_LONG + 1];

              kernel_ulong_t swbit[INPUT_DEVICE_ID_SW_MAX / BITS_PER_LONG + 1];

              kernel_ulong_t driver_info;

       };

在这个结构体中，flags中包含一些掩码：

#define INPUT_DEVICE_ID_MATCH_BUS 1

#define INPUT_DEVICE_ID_MATCH_VENDOR       2

#define INPUT_DEVICE_ID_MATCH_PRODUCT     4

#define INPUT_DEVICE_ID_MATCH_VERSION      8

这些掩码用来匹配bus类型、厂商、产品号、版本号等。如果选择不匹配这些信息，那么driver_info需要置位，以跳过flags的匹配过程。

evbit[INPUT_DEVICE_ID_EV_MAX / BITS_PER_LONG + 1]中包含支持的事件掩码。input子系统支持以下事件：

#define EV_SYN                  0x00              // EV_SYN用于标记一系列输入的结束

#define EV_KEY                  0x01              // 键盘输入

#define EV_REL                   0x02              // 鼠标的相对位移

#define EV_ABS                   0x03              // 触摸屏的绝对坐标

#define EV_MSC                  0x04

#define EV_SW                    0x05

#define EV_LED                  0x11              // 比如键盘的LED控制

#define EV_SND                  0x12

#define EV_REP                   0x14

#define EV_FF                     0x15

#define EV_PWR                 0x16

#define EV_FF_STATUS              0x17

如果handler支持某一种事件，那么evbit的对应位会置位。如果evbit的某一位置位了，那么结构体中与具体事件对应的掩码数组就会有效。例如，EV_KEY置位了，那么对应的keybit数组就有效，该数组里面定义了handler支持的具体key的类型。如果handler和dev需要匹配，那么dev必须能支持所有handler支持的事件；但是，handler却不一定要处理所有dev能提供的事件。

#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;

关于匹配的具体过程，可以参考函数input_match_device。

2.     input_dev

所有的input_dev都是虚拟设备，其class名为”input”，class的登记函数：

       class_register(&input_class);

所以，需要先注册一个物理设备，已此物理设备为父设备注册input_dev。

2.1           input_dev的注册

input_dev的注册由input_register_device函数完成。

int input_register_device(struct input_dev *dev)

       __set_bit(EV_SYN, dev->evbit);   // 强制设置EV_SYN位

       // 初始化定时器，REP_DELAY是第一次延时的超时值，REP_PERIOD是第一次延时            // 之后的超时值

       init_timer(&dev->timer);

       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;

       }

       // 设置默认的get key和set key函数

       if (!dev->getkeycode)    dev->getkeycode = input_default_getkeycode;

       if (!dev->setkeycode)    dev->setkeycode = input_default_setkeycode;

       // 设置设备名称，然后注册设备

       snprintf(dev->dev.bus_id, sizeof(dev->dev.bus_id),

               "input%ld", (unsigned long) atomic_inc_return(&input_no) - 1);

       device_add(&dev->dev);

       list_add_tail(&dev->node, &input_dev_list);       // 将设备加入input_dev_list链表

       // 对每一个已注册的handler，调用input_attach_handler

       list_for_each_entry(handler, &input_handler_list, node)

              input_attach_handler(dev, handler);      // 见下节

       // proc有关的操作

       input_wakeup_procfs_readers();

3        input_handler

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;

       const char *name;

       const struct input_device_id *id_table;

       const struct input_device_id *blacklist;

       struct list_head       h_list;

       struct list_head       node;

};

3.1           input_handler的注册

int input_register_handler(struct input_handler *handler)

       // 将fops域登记到全局变量input_table

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

       // 将handler登记到链表input_handler_list

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

       // 遍历已经登记的dev，对每个dev调用input_attach_handler（chapter 2.2）

       list_for_each_entry(dev, &input_dev_list, node)

              input_attach_handler(dev, handler);

       // proc有关的操作

       input_wakeup_procfs_readers();

3.2           input_attach_handler

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

       // 匹配黑名单，如果设备在handler的黑名单里，返回

       …

       // 匹配handler中的id_table，如果匹配，则需要建立handler与dev之间的关联，于              // 是调用handler->connect

handler的connect函数中，会malloc一个handle，把handler和dev填到handle中对应的域，然后调用input_register_handle函数，以及input_open_file函数。

4.   input_handle

struct input_handle {

       void *private;

       int open;

       const char *name;                       // handle的名称

       struct input_dev *dev;                 // 关联的dev

       struct input_handler *handler;       // 关联的handler

       struct list_head       d_node;          // 通过这个域挂到dev的handle链表

       struct list_head       h_node;          // 通过这个域挂到handler的handle链表

};

4.1           input_handle的注册

int input_register_handle(struct input_handle *handle);

input_register_handle会在handler的connect函数中被调用，它会将handler挂到dev和handler的链表中。最后会调用handler->start函数。

5.   设备层

上层应用通过设备节点访问input子系统提供的服务，而input_handler为上层应用提供了接口，所以设备节点的文件访问函数理所当然由handler提供，这就是handler中的fops域。

 

input子系统本身也提供了一组文件读写操作函数，input_fops。

       register_chrdev(INPUT_MAJOR, "input", &input_fops);

这里的input_fops中仅包含open函数，open函数的作用是根据子设备号重新设置设备文件的file->f_op域（这个机制在LDD的书中有提及），被更新的fops保存在全局数组input_table中。

 

在注册handler时，会将handler登记到一个全局数组input_table，具体代码在input_register_handler中：

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

这个数组主要是保存了handler中的fops。另外，数组的下标是handler->minor >> 5，也就是说，一个handler可以占有32个子设备号（1 << 5）。

6.   事件的传递

input子系统的主要作用就是控制输入事件在handler和dev之间的传递。输入事件在input系统中的定义如下：

struct input_event {

       struct timeval time;

       __u16 type;

       __u16 code;

       __s32 value;

};

input_dev可以通过函数input_event传递消息。

void input_event(struct input_dev *dev, unsigned int type, unsigned int code, int value)

       // 加锁、消息检验等

       …

       input_handle_event(dev, type, code, value);

 

void input_handle_event(struct input_dev *dev, unsigned int type, unsigned int code, int value)

       判断消息是否需要传给handler和dev

       如果需要传给dev，调用dev->event(dev, type, code, value);  

       如果需要传给handler，调用input_pass_event(dev, type, code, value);

       input_pass_event遍历dev中所有handle列表，对每一个handle，调用event