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driver: Linux设备模型之input子系统具体解释

IP云
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06/20
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本节从总体上解说了输入子系统的框架结构。有助于读者从总体上认识linux的输入子系统。在陷入代码分析的过程中，通过本节的知识可以找准方向，明确原理。

本节重点：

  • 输入子系统的框架结构
  • 各层相应内核中的文件位置
  • 输入子系统的事件处理机制
  • 输入子系统的驱动层基本操作流程
  • 输入子系统的驱动层经常使用函数

本节难点：

  • 输入子系统的事件处理机制
  • 输入子系统的驱动工作流程

1    初识linux输入子系统

linux输入子系统（linux input subsystem）从上到下由三层实现，分别为：输入子系统事件处理层（EventHandler）、输入子系统核心层（InputCore）和输入子系统设备驱动层。

对于输入子系统设备驱动层而言，主要实现对硬件设备的读写訪问，中断设置，并把硬件产生的事件转换为核心层定义的规范提交给事件处理层。

对于核心层而言，为设备驱动层提供了规范和接口。设备驱动层仅仅要关心怎样驱动硬件并获得硬件数据（比如按下的按键数据），然后调用核心层提供的接口，核心层会自己主动把数据提交给事件处理层。

对于事件处理层而言，则是用户编程的接口（设备节点），并处理驱动层提交的数据处理。

对于linux输入子系统的框架结构例如以下图1所看到的：

图1  linux输入子系统框架结构

由上图所展现的内容就是linux输入子系统的分层结构。

/dev/input文件夹下显示的是已经注冊在内核中的设备编程接口。用户通过open这些设备文件来打开不同的输入设备进行硬件操作。

事件处理层为不同硬件类型提供了用户訪问及处理接口。

比如当我们打开设备/dev/input/mice时。会调用到事件处理层的Mouse Handler来处理输入事件。这也使得设备驱动层无需关心设备文件的操作，由于Mouse Handler已经有了相应事件处理的方法。

输入子系统由内核代码drivers/input/input.c构成。它的存在屏蔽了用户到设备驱动的交互细节，为设备驱动层和事件处理层提供了相互通信的统一界面。

下图2简单描写叙述了linux输入子系统的事件处理机制：

图2  linux输入子系统事件处理机制

由上图可知输入子系统核心层提供的支持以及怎样上报事件到input event drivers。

作为输入设备的驱动开发人员，须要做下面几步：

?           在驱动载入模块中，设置你的input设备支持的事件类型。类型參见表1设置

?

注冊中断处理函数。比如键盘设备须要编写按键的抬起、放下，触摸屏设备须要编写按下、抬起、绝对移动。鼠标设备须要编写单击、抬起、相对移动。而且须要在必要的时候提交硬件数据（键值/坐标/状态等等）

?           将输入设备注冊到输入子系统中

表1  Linux输入子系统支持的数据类型

EV_SYN     0x00    同步事件

EV_KEY     0x01    按键事件

EV_REL     0x02    相对坐标(如：鼠标移动。报告相对最后一次位置的偏移)

EV_ABS     0x03    绝对坐标(如：触摸屏或操作杆。报告绝对的坐标位置)

EV_MSC     0x04    其他

EV_SW      0x05    开关

EV_LED     0x11    按键/设备灯

EV_SND     0x12    声音/警报

EV_REP     0x14    反复

EV_FF      0x15    力反馈

EV_PWR    0x16    电源

EV_FF_STATUS    0x17   力反馈状态

EV_MAX    0x1f    事件类型最大个数和提供位掩码支持

由表1可知，设备所能表示的事件种类，一个设备可以选择一个或多个事件类型上报给输入子系统。

Linux输入子系统提供了设备驱动层上报输入事件的函数，在include/linux/input.h中：

voidinput_report_key(struct input_dev *dev, unsigned int code, int value);      //上报按键事件

voidinput_report_rel(struct input_dev *dev, unsigned int code, int value);       //上报相对坐标事件

voidinput_report_abs(struct input_dev *dev, unsigned int code, int value);              //上报绝对坐标事件

……

当提交输入设备产生的输入事件之后。须要调用下面的函数来通知输入子系统，以处理设备产生的完整事件：

[cpp] view plaincopy
  1. void input_sync(struct input_dev *dev);

2    输入设备驱动的简单案例

在Linux内核文档的documentation/input下，有一个input-programming.txt文件，解说了编写输入设备驱动程序的核心步骤。

提供的案例代码描写叙述了一个button设备，产生的事件通过BUTTON_PORT引脚获取。当有按下/释放发生时，BUTTON_IRQ被触发，下面是驱动的源码：

[cpp] view plaincopy
  1. #include
  2. #include
  3. #include
  4. #include
  5. #include
  6. static struct input_dev *button_dev;
  7. static void button_interrupt(int irq, void*dummy, struct pt_regs *fp)
  8. {
  9. input_report_key(button_dev, BTN_1, inb(BUTTON_PORT) & 1);
  10. input_sync(button_dev);
  11. }
  12. static int __init button_init(void)
  13. {
  14. int error;
  15. if (request_irq(BUTTON_IRQ, button_interrupt, 0, "button",NULL)) {
  16. printk(KERN_ERR"button.c: Can't allocate irq %d\n", button_irq);
  17. return -EBUSY;
  18. }
  19. button_dev = input_allocate_device();
  20. if (!button_dev) {
  21. printk(KERN_ERR"button.c: Not enough memory\n");
  22. error = -ENOMEM;
  23. goto err_free_irq;
  24. }
  25. button_dev->evbit[0] = BIT(EV_KEY);
  26. button_dev->keybit[LONG(BTN_0)] = BIT(BTN_0);
  27. error = input_register_device(button_dev);
  28. if (error) {
  29. printk(KERN_ERR"button.c: Failed to register device\n");
  30. goto err_free_dev;
  31. }
  32. return 0;
  33. err_free_dev:
  34. input_free_device(button_dev);
  35. err_free_irq:
  36. free_irq(BUTTON_IRQ, button_interrupt);
  37. return error;
  38. }
  39. static void __exit button_exit(void)
  40. {
  41. input_unregister_device(button_dev);
  42. free_irq(BUTTON_IRQ, button_interrupt);
  43. }
  44. module_init(button_init);
  45. module_exit(button_exit);

编写基于输入子系统的设备驱动程序须要包括，由于它包括了输入子系统的接口和全部的宏定义，这些内容在编写输入设备驱动程序时须要用到。

button_init函数说明：

当模块载入（insmod）或内核引导过程中，button_init函数会被调用。

首先做的工作是获取可以正确控制硬件设备的硬件资源（比如内存、IO内存、中断和DMA），在代码中BUTTON_IRQ作为BUTTON设备的中断资源。通过request_irq（）函数被申请注冊。

当有按键按下/释放时，调用button_interrupt（）中断处理函数获取按键值BUTTON_PORT（BUTTON设备的I/O资源）。

那么输入子系统怎么可以知道这个设备为输入设备呢？通过第8行为设备定义一个用于描写叙述一个输入设备对象。

[cpp] view plaincopy
  1. static struct input_dev *button_dev;

定义了button_dev之后，怎样通知输入子系统有新的输入设备了呢？或者说怎样把一个新的输入设备增加到输入子系统中呢？可以通过输入子系统核心层input.c中提供的函数分配一个输入设备，在代码的第25行。

[cpp] view plaincopy
  1. button_dev= input_allocate_device();

有了输入设备的描写叙述，当事件产生时，输入子系统怎么可以知道设备产生的事件类型呢？通过32和33行的代码。

[cpp] view plaincopy
  1. button_dev->evbit[0]= BIT(EV_KEY);
  2. button_dev->keybit[LONG(BTN_0)]= BIT(BTN_0);

当中evbit和keybit成员分别代表设备产生的事件类型和上报的按键值。

当中输入子系统的一些位操作NBITS、BIT、LONG经常被用到：

[cpp] view plaincopy
  1. #defineNBITS(x) (((x)/BITS_PER_LONG)+1)                 //通过位x获取数组的长度
  2. #defineBIT(x)       (1UL<<((x)%BITS_PER_LONG))       //返回位x在数组中的位域
  3. #defineLONG(x) ((x)/BITS_PER_LONG)                        //返回位x的索引

以上的工作做完之后。就可以注冊为输入设备了，代码的35行。

[cpp] view plaincopy
  1. input_register_device(button_dev);

这个函数把button_dev输入设备挂入输入设备链表中，而且通知事件处理层调用connect函数完毕设备和事件处理的绑定，当用户打开设备时，便可以调用到相应的事件处理接口获得硬件上报的数据了。

input_register_device（）函数是会睡眠的函数。因此不可以在中断上下文和持有自旋锁的代码中调用。

当我们把上面的工作做完之后。设备驱动中唯一值得关注的就是button_interrupt（）中断处理函数了。当按键动作发生，button_interrupt（）函数被调用。完毕事件的上报由当中的两条语句完毕。

[cpp] view plaincopy
  1. input_report_key(button_dev, BTN_1, inb(BUTTON_PORT) & 1);
  2. input_sync(button_dev);

当中input_report_key上报了这是一个按键事件，且它的值为inb(BUTTON_PORT) & 1。由于案例代码仅仅产生一个按键的值，因此input_sync（）在这里不起关键作用。但假设是一个触摸屏。即有x坐标和y坐标，则须要通过input_sync（）函数把x和y坐标完整地传递给输入子系统。