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：

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：