Linux设备模型之input子系统详解

一：前言
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.
下面的代码是基于linux kernel 2.6.25.分析的代码主要位于kernel2.6.25/drivers/input下面.
二：使用input子系统的例子
在内核自带的文档Documentation/input/input-programming.txt中。有一个使用input子系统的例子，并附带相应的说明。以此为例分析如下：
#include <linux/input.h>
#include <linux/module.h>
#include <linux/init.h>

#include <asm/irq.h>
#include <asm/io.h>

static void button_interrupt(int irq, void *dummy, struct pt_regs *fp)
{
input_report_key(&button_dev, BTN_1, inb(BUTTON_PORT) & 1);
input_sync(&button_dev);
}

static int __init button_init(void)
{
if (request_irq(BUTTON_IRQ, button_interrupt, 0, "button", NULL)) {
printk(KERN_ERR "button.c: Can't allocate irq %d\n", button_irq);
return -EBUSY;
}

button_dev.evbit[0] = BIT(EV_KEY);
button_dev.keybit[LONG(BTN_0)] = BIT(BTN_0);

input_register_device(&button_dev);
}

static void __exit button_exit(void)
{
input_unregister_device(&button_dev);
free_irq(BUTTON_IRQ, button_interrupt);
}

module_init(button_init);
module_exit(button_exit);

这个示例module代码还是比较简单，在初始化函数里注册了一个中断处理例程。然后注册了一个input device.在中断处理程序里，将接收到的按键上报给input子系统。
文档的作者在之后的分析里又对这个module作了优化。主要是在注册中断处理的时序上。在修改过后的代码里，为input device定义了open函数，在open的时候再去注册中断处理例程。具体的信息请自行参考这篇文档。在资料缺乏的情况下，kernel自带的文档就是剖析kernel相关知识的最好资料.
文档的作者还分析了几个api函数。列举如下：

1):set_bit(EV_KEY, button_dev.evbit);
set_bit(BTN_0, button_dev.keybit);
分别用来设置设备所产生的事件以及上报的按键值。Struct iput_dev中有两个成员，一个是evbit.一个是keybit.分别用表示设备所支持的动作和按键类型。
2): input_register_device(&button_dev);
用来注册一个input device.
3): input_report_key()
用于给上层上报一个按键动作
4): input_sync()
用来告诉上层，本次的事件已经完成了.
5): NBITS(x) - returns the length of a bitfield array in longs for x bits
LONG(x) - returns the index in the array in longs for bit x
BIT(x) - returns the index in a long for bit x
这几个宏在input子系统中经常用到。上面的英文解释已经很清楚了。

三：input设备注册分析.
Input设备注册的接口为：input_register_device()。代码如下：
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);
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;
}
在前面的分析中曾分析过。Input_device的evbit表示该设备所支持的事件。在这里将其EV_SYN置位，即所有设备都支持这个事件.如果dev->rep[REP_DELAY]和dev->rep[REP_PERIOD]没有设值，则将其赋默认值。这主要是处理重复按键的.

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

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

snprintf(dev->dev.bus_id, sizeof(dev->dev.bus_id),
"input%ld", (unsigned long) atomic_inc_return(&input_no) - 1);

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;
}
如果input device没有定义getkeycode和setkeycode.则将其赋默认值。还记得在键盘驱动中的分析吗?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

list_add_tail(&dev->node, &input_dev_list);

list_for_each_entry(handler, &input_handler_list, node)
input_attach_handler(dev, handler);

input_wakeup_procfs_readers();

mutex_unlock(&input_mutex);

return 0;
}
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。
看一下这个匹配的详细过程。匹配是在input_attach_handler()中完成的。代码如下：
static int input_attach_handler(struct input_dev *dev, struct input_handler *handler)
{
const struct input_device_id *id;
int error;

if (handler->blacklist && input_match_device(handler->blacklist, dev))
return -ENODEV;

id = input_match_device(handler->id_table, dev);
if (!id)
return -ENODEV;

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;
}
如果handle的blacklist被赋值。要先匹配blacklist中的数据跟dev->id的数据是否匹配。匹配成功过后再来匹配handle->id和dev->id中的数据。如果匹配成功，则调用handler->connect().
来看一下具体的数据匹配过程，这是在input_match_device()中完成的。代码如下：
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(,, 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;
}
MATCH_BIT宏的定义如下：
#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;

由此看到。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.