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

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：

C-sharp代码 

1. struct input_dev {  
2.     const char *name;                                   
3.     const char *phys;  
4.     const char *uniq;  
5.     struct input_id id;                          //与input_handler匹配的时会用到  
6.   
7.     unsigned long evbit[BITS_TO_LONGS(EV_CNT)];     //支持的所有事件类型  
8.     unsigned long keybit[BITS_TO_LONGS(KEY_CNT)];   //按键事件支持的子事件  
9.     unsigned long relbit[BITS_TO_LONGS(REL_CNT)];   //相对坐标事件支持的子事件  
10.     unsigned long absbit[BITS_TO_LONGS(ABS_CNT)];   //绝对坐标事件支持的子事件  
11.     unsigned long mscbit[BITS_TO_LONGS(MSC_CNT)];   //其他事件支持的子事件  
12.     unsigned long ledbit[BITS_TO_LONGS(LED_CNT)];   //LED灯事件支持的子事件  
13.     unsigned long sndbit[BITS_TO_LONGS(SND_CNT)];   //声音事件支持的子事件  
14.     unsigned long ffbit[BITS_TO_LONGS(FF_CNT)];     //受力事件支持的子事件  
15.     unsigned long swbit[BITS_TO_LONGS(SW_CNT)];     //开关事件支持的子事件  
16.   
17.     unsigned int keycodemax;  
18.     unsigned int keycodesize;  
19.     void *keycode;  
20.     int (*setkeycode)(struct input_dev *dev, int scancode, int keycode);  
21.     int (*getkeycode)(struct input_dev *dev, int scancode, int *keycode);  
22.   
23.     struct ff_device *ff;  
24.   
25.     unsigned int repeat_key;  
26.     struct timer_list timer;  
27.   
28.     int sync;  
29.   
30.     int abs[ABS_MAX + 1];             //绝对坐标上报的当前值  
31.     int rep[REP_MAX + 1];             //这个参数主要是处理重复按键，后面遇到再讲  
32.     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。  
33.     unsigned long led[BITS_TO_LONGS(LED_CNT)];  
34.     unsigned long snd[BITS_TO_LONGS(SND_CNT)];  
35.     unsigned long sw[BITS_TO_LONGS(SW_CNT)];  
36.   
37.     int absmax[ABS_MAX + 1];           //绝对坐标的最大值  
38.     int absmin[ABS_MAX + 1];       //绝对坐标的最小值  
39.     int absfuzz[ABS_MAX + 1];            
40.     int absflat[ABS_MAX + 1];            
41.   
42.     int (*open)(struct input_dev *dev);  
43.     void (*close)(struct input_dev *dev);  
44.     int (*flush)(struct input_dev *dev, struct file *file);  
45.     int (*event)(struct input_dev *dev, unsigned int type, unsigned int code, int value);  
46.   
47.     struct input_handle *grab;         //当前使用的handle  
48.   
49.     spinlock_t event_lock;  
50.     struct mutex mutex;  
51.   
52.     unsigned int users;  
53.     int going_away;  
54.   
55.     struct device dev;  
56.   
57.     struct list_head    h_list;    //h_list是一个链表头，用来把handle挂载在这个上  
58.     struct list_head    node;      //这个node是用来连到input_dev_list上的  
59. };  
60.   
61. struct input_handler {  
62.   
63.     void *private;  
64.   
65.     void (*event)(struct input_handle *handle, unsigned int type, unsigned int code, int value);  
66.     int (*connect)(struct input_handler *handler, struct input_dev *dev, const struct input_device_id *id);  
67.     void (*disconnect)(struct input_handle *handle);  
68.     void (*start)(struct input_handle *handle);  
69.   
70.     const struct file_operations *fops;  
71.     int minor;                               //次设备号  
72.     const char *name;  
73.   
74.     const struct input_device_id *id_table;  
75.     const struct input_device_id *blacklist;  
76.   
77.     struct list_head    h_list;    //h_list是一个链表头，用来把handle挂载在这个上  
78.     struct list_head    node;      //这个node是用来连到input_handler_list上的  
79. };  
80.   
81. struct input_handle {  
82.   
83.     void *private;  
84.   
85.     int open;  
86.     const char *name;  
87.   
88.     struct input_dev *dev;              //指向input_dev  
89.     struct input_handler *handler;      //指向input_handler  
90.   
91.     struct list_head    d_node;     //连到input_dev的h_list上  
92.     struct list_head    h_node;     //连到input_handler的h_list上  
93. };  

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：

C-sharp代码 

1. static int __init input_init(void)  
2. {  
3.     int err;  
4.   
5.     input_init_abs_bypass();  
6.     /*创建一个类input_class*/  
7.     err = class_register(&input_class);                       
8.     if (err) {  
9.         printk(KERN_ERR "input: unable to register input_dev class\n");  
10.         return err;  
11.     }  
12.     /*在/proc下创建入口项*/  
13.     err = input_proc_init();  
14.     if (err)  
15.         goto fail1;  
16.     /*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*/  
17.     err = register_chrdev(INPUT_MAJOR, "input", &input_fops);       
18.     if (err) {  
19.         printk(KERN_ERR "input: unable to register char major %d", INPUT_MAJOR);  
20.         goto fail2;  
21.     }  
22.   
23.     return 0;  
24.   
25.  fail2: input_proc_exit();  
26.  fail1: class_unregister(&input_class);  
27.     return err;  
28. }  
29. 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。

C-sharp代码 

1. static const struct file_operations input_fops = {  
2.     .owner = THIS_MODULE,  
3.     .open = input_open_file,  
4. };  

下边来看input_dev设备的注册：

C-sharp代码 

1. int input_register_device(struct input_dev *dev)  
2. {  
3.     static atomic_t input_no = ATOMIC_INIT(0);  
4.     struct input_handler *handler;  
5.     const char *path;  
6.     int error;  
7.   
8.     __set_bit(EV_SYN, dev->evbit);  
9.   
10.     /* 
11.      * If delay and period are pre-set by the driver, then autorepeating 
12.      * is handled by the driver itself and we don't do it in input.c. 
13.      */  
14.   
15.     init_timer(&dev->timer);  
16.     /*  
17.      *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], 
18.      *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， 
19.      *dev->rep[REP_PERIOD]指如果按键没有被抬起，每33ms算一次。 
20.      */  
21.     if (!dev->rep[REP_DELAY] && !dev->rep[REP_PERIOD]) {  
22.         dev->timer.data = (long) dev;  
23.         dev->timer.function = input_repeat_key;  
24.         dev->rep[REP_DELAY] = 250;  
25.         dev->rep[REP_PERIOD] = 33;  
26.     }  
27.     /*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*/  
28.     if (!dev->getkeycode)  
29.         dev->getkeycode = input_default_getkeycode;  
30.   
31.     if (!dev->setkeycode)  
32.         dev->setkeycode = input_default_setkeycode;  
33.   
34.     dev_set_name(&dev->dev, "input%ld",  
35.              (unsigned long) atomic_inc_return(&input_no) - 1);  
36.     /*将input_dev封装的dev注册到sysfs*/  
37.     error = device_add(&dev->dev);  
38.     if (error)  
39.         return error;  
40.   
41.     path = kobject_get_path(&dev->dev.kobj, GFP_KERNEL);  
42.     printk(KERN_INFO "input: %s as %s\n",  
43.         dev->name ? dev->name : "Unspecified device", path ? path : "N/A");  
44.     kfree(path);  
45.   
46.     error = mutex_lock_interruptible(&input_mutex);  
47.     if (error) {  
48.         device_del(&dev->dev);  
49.         return error;  
50.     }  
51.     /*将input_dev挂在input_dev_list上*/  
52.     list_add_tail(&dev->node, &input_dev_list);  
53.     /*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*/  
54.     list_for_each_entry(handler, &input_handler_list, node)  
55.         input_attach_handler(dev, handler);  
56.   
57.     input_wakeup_procfs_readers();  
58.   
59.     mutex_unlock(&input_mutex);  
60.   
61.     return 0;  
62. }  

跟踪程序，来看看input_attach_handler的实现：

C-sharp代码 

1. static int input_attach_handler(struct input_dev *dev, struct input_handler *handler)  
2. {  
3.     const struct input_device_id *id;  
4.     int error;  
5.     /*handler有一个黑名单，如果存在黑名单，并且这个id匹配就退出*/  
6.     if (handler->blacklist && input_match_device(handler->blacklist, dev))  
7.         return -ENODEV;  
8.     /*匹配id，实现在下边可以看到*/  
9.     id = input_match_device(handler->id_table, dev);  
10.     if (!id)  
11.         return -ENODEV;  
12.     /*如果匹配，则调用具体的handler的connect函数*/  
13.     error = handler->connect(handler, dev, id);  
14.     if (error && error != -ENODEV)  
15.         printk(KERN_ERR  
16.             "input: failed to attach handler %s to device %s, "  
17.             "error: %d\n",  
18.             handler->name, kobject_name(&dev->dev.kobj), error);  
19.   
20.     return error;  
21. }  

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。

C-sharp代码 

1. static const struct input_device_id *input_match_device(const struct input_device_id *id,  
2.                             struct input_dev *dev)  
3. {  
4.     int i;  
5.   
6.     for (; id->flags || id->driver_info; id++) {  
7.   
8.         if (id->flags & INPUT_DEVICE_ID_MATCH_BUS)  
9.             if (id->bustype != dev->id.bustype)  
10.                 continue;  
11.   
12.         if (id->flags & INPUT_DEVICE_ID_MATCH_VENDOR)  
13.             if (id->vendor != dev->id.vendor)  
14.                 continue;  
15.   
16.         if (id->flags & INPUT_DEVICE_ID_MATCH_PRODUCT)  
17.             if (id->product != dev->id.product)  
18.                 continue;  
19.   
20.         if (id->flags & INPUT_DEVICE_ID_MATCH_VERSION)  
21.             if (id->version != dev->id.version)  
22.                 continue;  
23.   
24.         MATCH_BIT(evbit,  EV_MAX);  
25.         MATCH_BIT(keybit, KEY_MAX);  
26.         MATCH_BIT(relbit, REL_MAX);  
27.         MATCH_BIT(absbit, ABS_MAX);  
28.         MATCH_BIT(mscbit, MSC_MAX);  
29.         MATCH_BIT(ledbit, LED_MAX);  
30.         MATCH_BIT(sndbit, SND_MAX);  
31.         MATCH_BIT(ffbit,  FF_MAX);  
32.         MATCH_BIT(swbit,  SW_MAX);  
33.   
34.         return id;  
35.     }  
36.   
37.     return NULL;  
38. }  

C-sharp代码 

1. #define MATCH_BIT(bit, max) \  
2.         for (i = 0; i < BITS_TO_LONGS(max); i++) \  
3.             if ((id->bit[i] & dev->bit[i]) != id->bit[i]) \  
4.                 break; \  
5.         if (i != BITS_TO_LONGS(max)) \  
6.             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。

C-sharp代码 

1. /* 
2.  * Create new evdev device. Note that input core serializes calls 
3.  * to connect and disconnect so we don't need to lock evdev_table here. 
4.  */  
5. static int evdev_connect(struct input_handler *handler, struct input_dev *dev,  
6.              const struct input_device_id *id)  
7. {  
8.     struct evdev *evdev;  
9.     int minor;  
10.     int error;  
11.     /* 
12.      *首先补充几个知识点： 
13.      *static struct input_handler *input_table[8]; 
14.      *#define INPUT_DEVICES 256 
15.      *一共有8个input_handler，对应256个设备，所以一个handler对应32个设备。 
16.      *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！！！ 
17.      *static struct evdev *evdev_table[EVDEV_MINORS]; 
18.      *#define EVDEV_MINORS  32 
19.      *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 
20.      *下边的for循环，在evdev_table数组中找一个未使用的地方  
21.      */  
22.     for (minor = 0; minor < EVDEV_MINORS; minor++)  
23.         if (!evdev_table[minor])  
24.             break;  
25.   
26.     if (minor == EVDEV_MINORS) {  
27.         printk(KERN_ERR "evdev: no more free evdev devices\n");  
28.         return -ENFILE;  
29.     }  
30.     /*下边的代码是分配一个evdev结构体，并对成员进行初始化*/  
31.     evdev = kzalloc(sizeof(struct evdev), GFP_KERNEL);  
32.     if (!evdev)  
33.         return -ENOMEM;  
34.   
35.     INIT_LIST_HEAD(&evdev->client_list);  
36.     spin_lock_init(&evdev->client_lock);  
37.     mutex_init(&evdev->mutex);  
38.     init_waitqueue_head(&evdev->wait);  
39.   
40.     snprintf(evdev->name, sizeof(evdev->name), "event%d", minor);  
41.     evdev->exist = 1;  
42.     evdev->minor = minor;  
43.   
44.     evdev->handle.dev = input_get_device(dev);  
45.     evdev->handle.name = evdev->name;  
46.     evdev->handle.handler = handler;  
47.     evdev->handle.private = evdev;  
48.   
49.     dev_set_name(&evdev->dev, evdev->name);  
50.     evdev->dev.devt = MKDEV(INPUT_MAJOR, EVDEV_MINOR_BASE + minor);  
51.     evdev->dev.class = &input_class;  
52.     evdev->dev.parent = &dev->dev;  
53.     evdev->dev.release = evdev_free;  
54.     /**/  
55.     device_initialize(&evdev->dev);  
56.     /* 
57.          *input_register_handle完成的主要功能是: 
58.          *list_add_tail_rcu(&handle->d_node, &dev->h_list); 
59.      *list_add_tail(&handle->h_node, &handler->h_list); 
60.      */  
61.     error = input_register_handle(&evdev->handle);  
62.     if (error)  
63.         goto err_free_evdev;  
64.     /*evdev_install_chrdev完成的功能是evdev_table[evdev->minor]=evdev;*/  
65.     error = evdev_install_chrdev(evdev);  
66.     if (error)  
67.         goto err_unregister_handle;  
68.   
69.     error = device_add(&evdev->dev);  
70.     if (error)  
71.         goto err_cleanup_evdev;  
72.   
73.     return 0;  
74.     。。。。。。。。。。  
75. }  

看一下这张图会对上边的结构有清楚的认知了：