在此節之前，我們學的都是簡單的字符驅動，涉及的內容有字符驅動的框架、自動創建設備節點、linux中斷、poll機制、異步通知、同步互斥/非阻塞、定時器去抖動。
其中驅動框架如下:
1)寫file_operations結構體的成員函數: .open()、.read()、.write()
2)在入口函數里通過register_chrdev()創建驅動名,生成主設備號,賦入file_operations結構體
3)在出口函數里通過unregister_chrdev() 卸載驅動
若有多個不同的驅動程序時,應用程序就要打開多個不同的驅動設備，由於是自己寫肯定會很清楚,如果給別人來使用時是不是很麻煩？
所以需要使用輸入子系統, 使應用程序無需打開多個不同的驅動設備便能實現
1.輸入子系統簡介
同樣的輸入子系統也需要輸入驅動的框架,好來辨認應用程序要打開的是哪個輸入驅動
比如: 鼠標、鍵盤、游戲手柄等等這些都屬於輸入設備；這些輸入設備的驅動都是通過輸入子系統來實現的（當然，這些設備也依賴於usb子系統）
這些輸入設備都各有不同，那么輸入子系統也就只能實現他們的共性，差異性則由設備驅動來實現。差異性又體現在哪里？
最直觀的就表現在這些設備功能上的不同了。對於我們寫驅動的人來說在設備驅動中就只要使用輸入子系統提供的工具（也就是函數）來完成這些“差異”就行了，其他的則是輸入子系統的工作。這個思想不僅存在於輸入子系統，其他子系統也是一樣(比如:usb子系統、video子系統等)
所以我們先來分析下輸入子系統input.c的代碼,然后怎么來使用輸入子系統(在內核中以input來形容輸入子系統)
2.打開input.c,位於內核deivers/input
有以下這么兩段:
subsys_initcall(input_init); //修飾入口函數 module_exit(input_exit); //修飾出口函數
顯然輸入子系統是作為一個模塊存在,我們先來分析下input_int()入口函數
1 static int __init input_init(void) 2 { 3 int err; 4 err = class_register(&input_class); //(1)注冊類,放在/sys/class 5 if (err) { 6 printk(KERN_ERR "input: unable to register input_dev class\n"); 7 return err; 8 } 9 10 err = input_proc_init(); //在/proc下面建立相關的文件 11 if (err) 12 goto fail1; 13 14 err = register_chrdev(INPUT_MAJOR, "input", &input_fops); //(2)注冊驅動 15 if (err) { 16 printk(KERN_ERR "input: unable to register char major %d", INPUT_MAJOR); 17 goto fail2; 18 } 19 20 21 22 return 0; 23 24 25 26 fail2: input_proc_exit(); 27 28 fail1: class_unregister(&input_class); 29 30 return err; 31 32 }
(1)上面第4行”err = class_register(&input_class);”是在/sys/class 里創建一個 input類, input_class變量如下圖:
如下圖,我們啟動內核,再啟動一個input子系統的驅動后，也可以看到創建了個"input"類 :
為什么這里代碼只創建類，沒有使用class_device_create()函數在類下面創建驅動設備？
在下面第8小結會詳細講到,這里簡單描述:當注冊input子系統的驅動后，才會有驅動設備，此時這里的代碼是沒有驅動的
(2)上面第14行通過register_chrdev創建驅動設備,其中變量INPUT_MAJOR =13,所以創建了一個主設備為13的"input"設備。
然后我們來看看它的操作結構體input_fops,如下圖:
只有一個.open函數,比如當我們掛載一個新的input驅動,則內核便會調用該.open函數,接下來分析該.open函數
3 然后進入input_open_file函數(drivers/input/input.c)
1 static int input_open_file(struct inode *inode, struct file *file) 2 { 3 struct input_handler *handler = input_table[iminor(inode) >> 5]; // (1) 4 const struct file_operations *old_fops, *new_fops = NULL; 5 int err; 6 7 if (!handler || !(new_fops = fops_get(handler->fops))) //(2) 8 return -ENODEV; 9 10 if (!new_fops->open) { 11 fops_put(new_fops); 12 return -ENODEV; 13 } 14 15 old_fops = file->f_op; 16 file->f_op = new_fops; //(3) 17 18 err = new_fops->open(inode, file); //(4) 19 if (err) { 20 fops_put(file->f_op); 21 file->f_op = fops_get(old_fops); 22 } 23 24 fops_put(old_fops); 25 26 return err; 27 }
(1)第3行中,其中iminor (inode)函數調用了MINOR(inode->i_rdev);讀取子設備號,然后將子設備除以32,找到新掛載的input驅動的數組號,然后放在input_handler 驅動處理函數handler中
(2)第7行中,若handler有值,說明掛載有這個驅動,就將handler結構體里的成員file_operations * fops賦到新的file_operations *new_fops里面
(3)第16行中, 再將新的file_operations *new_fops賦到file-> file_operations *f_op里, 此時input子系統的file_operations就等於新掛載的input驅動的file_operations結構體,實現一個偷天換日的效果.
(4)第18行中,然后調用新掛載的input驅動的*new_fops里面的成員.open函數
4.上面代碼的input_table[]數組在初始時是沒有值的,
所以我們來看看input_table數組里面的數據又是在哪個函數里被賦值
在input.c函數(drivers/input/input.c)中搜索input_table,找到它在input_register_handler()函數中被賦值,代碼如下:
1 int input_register_handler(struct input_handler *handler) 2 { 3 ... ... 4 input_table[handler->minor >> 5] = handler; //input_table[]被賦值 5 ... ... 6 list_add_tail(&handler->node, &input_handler_list); //然后將這個input_handler放到input_handler_list鏈表中 7 ... ... 8 }
就是將驅動處理程序input_handler注冊到input_table[]中，然后放在input_handler_list鏈表中,后面會講這個鏈表
5繼續來搜索input_register_handler,看看這個函數被誰來調用
如下圖所示,有evdev.c(事件設備)，tsdev.c(觸摸屏設備)，joydev.c(joystick操作桿設備)，keyboard.c(鍵盤設備)，mousedev.c(鼠標設備) 這5個內核自帶的設備處理函數注冊到input子系統中
我們以evdev.c為例,它在evdev_ini()函數中注冊:
static int __init evdev_init(void) { return input_register_handler(&evdev_handler); //注冊 }
6我們來看看這個evdev_handler變量是什么結構體,:
1 static struct input_handler evdev_handler = { 2 .event = evdev_event, 3 .connect = evdev_connect, //(4) 4 .disconnect = evdev_disconnect, 5 .fops = &evdev_fops, //(1) 6 .minor = EVDEV_MINOR_BASE, //(2) 7 .name = "evdev", 8 .id_table = evdev_ids, //(3) 9 };
就是我們之前看的input_handler驅動處理結構體
(1) 第5行中.fops:文件操作結構體,其中evdev_fops函數就是自己的寫的操作函數,然后賦到.fops中
(2)第6行中 .minor:用來存放次設備號
其中EVDEV_MINOR_BASE=64, 然后調用input_register_handler(&evdev_handler)后,由於EVDEV_MINOR_BASE/32=2,所以存到input_table[2]中
所以當open打開這個input設備,就會進入 input_open_file()函數,執行evdev_handler-> evdev_fops -> .open函數,如下圖所示:
(3)第8行中.id_table : 表示能支持哪些輸入設備，比如某個驅動設備的input_dev->的id和某個input_handler的id_table相匹配，就會調用.connect連接函數,如下圖
(4)第3行中.connect:連接函數，將設備input_dev和某個input_handler建立連接,如下圖
7我們先來看看上圖的input_register_device()函數,如何創建驅動設備的
搜索input_register_device,發現內核自己就已經注冊了很多驅動設備
7.1然后進入input_register_device()函數,代碼如下:
1 int input_register_device(struct input_dev *dev) //*dev:要注冊的驅動設備 2 { 3 ... ... 4 list_add_tail(&dev->node, &input_dev_list); //(1)放入鏈表中 5 ... ... 6 list_for_each_entry(handler, &input_handler_list, node) //(2) 7 input_attach_handler(dev, handler); 8 ... ... 9 }
(1)第4行中,將要注冊的input_dev驅動設備放在input_dev_list鏈表中
(2)第6行中,其中input_handler_list在前面講過,就是存放每個input_handle驅動處理結構體,
然后list_for_each_entry()函數會將每個input_handle從鏈表中取出,放到handler中
最后會調用input_attach_handler()函數,將每個input_handle的id_table進行判斷,若兩者支持便進行連接。
7.2然后我們在回過頭來看注冊input_handler的input_register_handler()函數,如下圖所示
所以,不管新添加input_dev還是input_handler,都會進入input_attach_handler()判斷兩者id是否有支持, 若兩者支持便進行連接。
7.3我們來看看input_attach_handler()如何實現匹配兩者id的:
static int input_attach_handler(struct input_dev *dev, struct input_handler *handler) { ... ... id = input_match_device(handler->id_table, dev); //匹配兩者 if (!id) //若不匹配,return退出 return -ENODEV; error = handler->connect(handler, dev, id); //調用input_handler ->connect函數建立連接 ... ... }
若兩者匹配成功，就會自動進入input_handler 的connect函數建立連接
8我們還是以evdev.c(事件驅動) 的evdev_handler->connect函數
來分析是怎樣建立連接的,如下圖:
8.1 evdev_handler的.connect函數是evdev_connect(),代碼如下:
1 static int evdev_connect(struct input_handler *handler, struct input_dev *dev, const struct input_device_id *id) 2 { 3 ... ... 4 for (minor = 0; minor < EVDEV_MINORS && evdev_table[minor]; minor++); //查找驅動設備的子設備號 5 if (minor == EVDEV_MINORS) { // EVDEV_MINORS=32,所以該事件下的驅動設備最多存32個, 6 printk(KERN_ERR "evdev: no more free evdev devices\n"); 7 return -ENFILE; //沒找到驅動設備 8 } 9 ... ... 10 evdev = kzalloc(sizeof(struct evdev), GFP_KERNEL); //分配一個input_handle全局結構體(沒有r) 11 ... ... 12 evdev->handle.dev = dev; //指向參數input_dev驅動設備 13 evdev->handle.name = evdev->name; 14 evdev->handle.handler = handler; //指向參數 input_handler驅動處理結構體 15 evdev->handle.private = evdev; 16 sprintf(evdev->name, "event%d", minor); //(1)保存驅動設備名字, event%d 17 ... ... 18 devt = MKDEV(INPUT_MAJOR, EVDEV_MINOR_BASE + minor), //(2) 將主設備號和次設備號轉換成dev_t類型 19 cdev = class_device_create(&input_class, &dev->cdev, devt,dev->cdev.dev, evdev->name);
// (3)在input類下創建驅動設備 20 21 ... ... 22 error = input_register_handle(&evdev->handle); //(4)注冊這個input_handle結構體 23 24 ... ... 25 }
(1) 第16行中,是在保存驅動設備名字,名為event%d, 比如下圖(鍵盤驅動)event1: 因為沒有設置子設備號，默認從小到大排列,其中event0是表示這個input子系統,所以這個鍵盤驅動名字就是event1
(2)第18行中,是在保存驅動設備的主次設備號,其中主設備號INPUT_MAJOR=13,因為EVDEV_MINOR_BASE=64,所以此設備號=64+驅動程序本事子設備號, 比如下圖(鍵盤驅動)event1: 主次設備號就是13,65
(3)在之前在2小結里就分析了input_class類結構，所以第19行中,會在/sys/class/input類下創建驅動設備event%d，比如下圖(鍵盤驅動)event1:
(4)最終會進入input_register_handle()函數來注冊,代碼在下面
8.2 input_register_handle()函數如下:
1 int input_register_handle(struct input_handle *handle) 2 { 3 struct input_handler *handler = handle->handler; //handler= input_handler驅動處理結構體 4 5 list_add_tail(&handle->d_node, &handle->dev->h_list); //(1) 6 list_add_tail(&handle->h_node, &handler->h_list); // (2) 7 8 if (handler->start) 9 handler->start(handle); 10 return 0; 11 }
(1)在第5行中, 因為handle->dev指向input_dev驅動設備,所以就是將handle->d_node放入到input_dev驅動設備的h_list鏈表中,
即input_dev驅動設備的h_list鏈表就指向handle->d_node
(2) 在第6行中, 同樣, input_handler驅動處理結構體的h_list也指向了handle->h_node
最終如下圖所示:
兩者的.h_list都指向了同一個handle結構體，然后通過.h_list 來找到handle的成員.dev和handler,便能找到對方,便建立了連接
9建立了連接后，又如何讀取evdev.c(事件驅動) 的evdev_handler->.fops->.read函數？
事件驅動的.read函數是evdev_read()函數,我們來分析下:
static ssize_t evdev_read(struct file *file, char __user * buffer, size_t count, loff_t *ppos) { ... ... /*判斷應用層要讀取的數據是否正確*/ if (count < evdev_event_size()) return -EINVAL; /*在非阻塞操作情況下,若client->head == client->tail|| evdev->exist時(沒有數據),則return返回*/ if (client->head == client->tail && evdev->exist && (file->f_flags & O_NONBLOCK)) return -EAGAIN; /*若client->head == client->tail|| evdev->exist時(沒有數據),等待中斷進入睡眠狀態 */ retval = wait_event_interruptible(evdev->wait,client->head != client->tail || !evdev->exist); ... ... //上傳數據 }
10若read函數進入了休眠狀態，又是誰來喚醒？
我們搜索這個evdev->wait這個等待隊列變量,找到evdev_event函數里喚醒:
static void evdev_event(struct input_handle *handle, unsigned int type, unsigned int code, int value) { ... ... wake_up_interruptible(&evdev->wait); //有事件觸發，便喚醒等待中斷 }
其中evdev_event()是evdev.c(事件驅動) 的evdev_handler->.event成員,如下圖所示:
當有事件發生了,比如對於按鍵驅動,當有按鍵按下時,就會進入.event函數中處理事件
11分析下,是誰調用evdev_event()這個.event事件驅動函數
應該就是之前分析的input_dev那層調用的
我們來看看內核 gpio_keys_isr()函數代碼例子就知道了 (driver/input/keyboard/gpio_key.c)
static irqreturn_t gpio_keys_isr(int irq, void *dev_id) { /*獲取按鍵值,賦到state里*/ ... ... /*上報事件*/ input_event(input, type, button->code, !!state); input_sync(input); //同步信號通知,表示事件發送完畢 }
顯然就是通過input_event()來調用.event事件函數,我們來看看:
void input_event(struct input_dev *dev, unsigned int type, unsigned int code, int value) { struct input_handle *handle; ... ... /* 通過input_dev ->h_list鏈表找到input_handle驅動處理結構體*/ list_for_each_entry(handle, &dev->h_list, d_node) if (handle->open) //如果input_handle之前open 過,那么這個就是我們的驅動處理結構體 handle->handler->event(handle, type, code, value); //調用evdev_event()的.event事件函數 }
若之前驅動input_dev和處理input_handler已經通過input_handler 的.connect函數建立起了連接,那么就調用evdev_event()的.event事件函數，如下圖所示:
12本節總結分析:
1.注冊輸入子系統,進入put_init():
1)創建主設備號為13的"input"字符設備
err = register_chrdev(INPUT_MAJOR, "input", &input_fops);
2.open打開驅動,進入input_open_file():
1)更新設備的file_oprations
file->f_op=fops_get(handler->fops);
2)執行file_oprations->open函數
err = new_fops->open(inode, file);
3.注冊input_handler,進入input_register_handler():
1)添加到input_table[]處理數組中
input_table[handler->minor >> 5] = handler;
2）添加到input_handler_list鏈表中
list_add_tail(&handler->node, &input_handler_list);
3)判斷input_dev的id,是否有支持這個驅動的設備
list_for_each_entry(dev, &input_dev_list, node) //遍歷查找input_dev_list鏈表里所有input_dev input_attach_handler(dev, handler); //判斷兩者id,若兩者支持便進行連接。
4.注冊input_dev，進入input_register_device():
1)放在input_dev_list鏈表中
list_add_tail(&dev->node, &input_dev_list);
2)判斷input_handler的id，是否有支持這個設備的驅動
list_for_each_entry(handler, &input_handler_list, node) //遍歷查找input_handler_list鏈表里所有input_handler input_attach_handler(dev, handler); //判斷兩者id,若兩者支持便進行連接。
5.判斷input_handler和input_dev的id,進入input_attach_handler():
1）匹配兩者id,
input_match_device(handler->id_table, dev); //匹配input_handler和dev的id,不成功退出函數
2)匹配成功調用input_handler ->connect
handler->connect(handler, dev, id); //建立連接
6.建立input_handler和input_dev的連接，進入input_handler->connect():
1)創建全局結構體,通過input_handle結構體連接雙方
evdev = kzalloc(sizeof(struct evdev), GFP_KERNEL); //創建兩者連接的input_handle全局結構體 list_add_tail(&handle->d_node, &handle->dev->h_list); //連接input_dev->h_list list_add_tail(&handle->h_node, &handler->h_list); // 連接input_handle->h_list
7.有事件發生時,比如按鍵中斷,在中斷函數中需要進入input_event()上報事件:
1)找到驅動處理結構體，然后執行input_handler->event()
list_for_each_entry(handle, &dev->h_list, d_node) // 通過input_dev ->h_list鏈表找到input_handle驅動處理結構體 if (handle->open) //如果input_handle之前open 過,那么這個就是我們的驅動處理結構體(有可能一個驅動設備在不同情況下有不同的驅動處理方式) handle->handler->event(handle, type, code, value); //調用evdev_event()的.event事件函數