8、輸入子系統

 

前面幾章我們寫的按鍵驅動程序雖然已經足夠完善，但是這個驅動只有知道/dev/key設備節點和write()格式的人才能使用，不具有適應性

故本節引入標准的輸入子系統，來編寫通用的輸入類設備。輸入子系統是對所有的標准輸入類設備的統一的管理系統，使用這個模型可以跨平台的處理所有的輸入類設備

 

 

一、輸入子系統分層

輸入子系統將一個輸入設備的輸入過程分成了設備驅動（input device driver）和事件驅動（input event driver）兩層。設備驅動負責從底層硬件采集數據，事件驅動負責給用戶程序提供接口。通過分層設計，將不同的設備統一到幾種驅動接口上。同一種事件驅動可以用來處理多個同類設備；同一個設備也可以和多種事件驅動相銜接。而事件驅動和設備驅動則由輸入核心層進行連接，匹配。分層結構如下圖：

 

 

輸入子系統核心層定義在drivers/input/input.c中

由於輸入子系統也是字符設備驅動程序，因此它一定也會有創建類、注冊字符設備的過程，而且會有file_operations等結構體，我們可以從此進行分析

二、input.c分析

在input_init()函數中所做的和按鍵驅動程序中所做的大致相同，如創建類、注冊名為input的字符設備

static int __init input_init(void)
{
    ...
    err = class_register(&input_class);
    ...
    err = register_chrdev(INPUT_MAJOR, "input", &input_fops);
    ...
}

 

其file_operations結構體定義如下：

static const struct file_operations input_fops = {
    .owner = THIS_MODULE,
    .open = input_open_file,
    .llseek = noop_llseek,
};

 

當我們應用程序open()時，會調用file_operations input_fops對應的open()函數

static int input_open_file(struct inode *inode, struct file *file)
{
        ...
    handler = input_table[iminor(inode) >> 5];
    if (handler)
        new_fops = fops_get(handler->fops);
        ...
    old_fops = file->f_op;
    file->f_op = new_fops;

    err = new_fops->open(inode, file);
        ...
}

由上述代碼可知：

1. input_table[]根據次設備號存儲handler

2. open()函數使用新的fops（設備驅動中的fops）代替了舊的fops，這個操作也就解釋了為什么file_operations結構體中沒有讀寫函數

3. open()函數在替換之后，調用了新的fops的open()函數

 

handler是我們之前沒有分析的，它定義為：

static struct input_handler *input_table[8];

至於數組大小為什么是8，這是因為目前常用的handler只有三種：evdev，mousedev，joydev。而且evdev是通用的handler，定義8個應該夠用了

 

handler結構體定義為：

/**
 * struct input_handler - implements one of interfaces for input devices
 * ...
 */
struct input_handler {
    void *private;

    void (*event)(struct input_handle *handle, unsigned int type, unsigned int code, int value);
    bool (*filter)(struct input_handle *handle, unsigned int type, unsigned int code, int value);
    bool (*match)(struct input_handler *handler, struct input_dev *dev);
    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;
    const char *name;

    const struct input_device_id *id_table;

    struct list_head    h_list;
    struct list_head    node;
};

根據注釋信息，handler應該就是輸入事件驅動程序的結構體

 

在input_handler結構體中使用了input_handle結構體，其定義如下：

/**
 * struct input_handle - links input device with an input handler
 * ...
 */
struct input_handle {
    void *private;

    int open;
    const char *name;

    struct input_dev *dev;
    struct input_handler *handler;

    struct list_head    d_node;
    struct list_head    h_node;
};

根據注釋信息，input_handle用於連接input_dev和input_handler，三者關系在下面分析

 

 

分析完了input.c文件，我們來一一分析input_handler、input_handle以及兩者的連接過程

三、input_dev

input_dev使用方法遵循：分配、設置、注冊

分配：

struct input_dev *input_allocate_device(void)

 

設置（首先設置事件類，然后設置具體事件）：

void input_set_capability(struct input_dev *dev, unsigned int type, unsigned int code)
{
    switch (type) {
    case EV_KEY:    // 按鍵事件類，可指定按鍵如KEY_1、KEY_Q、KEY_ENTER等
        __set_bit(code, dev->keybit);
        break;

    case EV_REL:    // 相對位移事件類，可指定相對位移如REL_X、REL_Y等
        __set_bit(code, dev->relbit);
        break;

    case EV_ABS:    // 絕對位移事件類，可指定絕對位移如ABS_X、ABS_Y等
        __set_bit(code, dev->absbit);
        break;

    ...
    }

    __set_bit(type, dev->evbit);
}

也可以使用set_bit()函數，在源代碼中使用set_bit()

 

注冊：

int input_register_device(struct input_dev *dev)
{
...
    /* 通用的同步事件 */
    __set_bit(EV_SYN, dev->evbit);

...
    /* 注冊的設備名字為input0, 1, 2, ... */
    dev_set_name(&dev->dev, "input%ld",
             (unsigned long) atomic_inc_return(&input_no) - 1);

    /* 添加device */
    error = device_add(&dev->dev);
...
    /* 把dev結構放到鏈表里面 */
    list_add_tail(&dev->node, &input_dev_list);

    /* 對每一個input_handler都調用input_attach_handler()函數 */
    list_for_each_entry(handler, &input_handler_list, node)
        /* 匹配dev和handler */
        input_attach_handler(dev, handler);
...
}

其中的input_attach_handler(dev, handler);對應input_handle，因為之前說過input_handle用於連接input_dev和input_handler

 

在注冊完成后，若input_dev獲得數據，需要向核心層上報事件，上報事件使用如下函數：

// 上報事件
void input_event(struct input_dev *dev, unsigned int type, unsigned int code, int value)

// 上報絕對坐標
void input_report_abs(struct input_dev *dev, unsigned int code, int value)

// 上報相對坐標
void input_report_rel(struct input_dev *dev, unsigned int code, int value)

// 上報鍵值
void input_report_key(struct input_dev *dev, unsigned int code, int value)

// 上報同步事件
void input_sync(struct input_dev *dev)

代碼中后四個函數均使用input_event()函數實現，input_event()函數調用過程如下：

input_event()
  -> input_handle_event()
    -> input_pass_event()
      -> handler->event(handle, type, code, value);

 

上報事件最終會調用handler->event()函數

之前說過evdev是通用的handler，在此我便以/drivers/input/evdev.c進行分析

evdev_read()會進行休眠，evdev_event()在上報事件被調用后會喚醒休眠進程，從而完成read()操作

 

注銷：

// 注銷
void input_unregister_device(struct input_dev *dev)

// 釋放
void input_free_device(struct input_dev *dev)

 

 

四、input_handler

注冊：

int input_register_handler(struct input_handler *handler)
{
...
    INIT_LIST_HEAD(&handler->h_list);

    /* 設置input_table */
    if (handler->fops != NULL) {
        if (input_table[handler->minor >> 5]) {
            retval = -EBUSY;
            goto out;
        }
        input_table[handler->minor >> 5] = handler;
    }

    /* 把handler放入input_handler_list */
    list_add_tail(&handler->node, &input_handler_list);

    /* 對每一個dev調用input_attach_handler匹配handler */
    list_for_each_entry(dev, &input_dev_list, node)
        input_attach_handler(dev, handler);
...
}

 

注銷：

void input_unregister_handler(struct input_handler *handler)

 

 

五、input_dev和input_handler的連接過程

兩者匹配使用的是input_attach_handler()函數：

static int input_attach_handler(struct input_dev *dev, struct input_handler *handler)
{
...
    id = input_match_device(handler, dev);
...
    error = handler->connect(handler, dev, id);
...
}

 

input_match_device()函數：

static const struct input_device_id *input_match_device(struct input_handler *handler,
                            struct input_dev *dev)
{
    for (id = handler->id_table; id->flags || id->driver_info; id++) {

        // 默認的匹配過程，使用handler->id_table和dev->id進行匹配

        if (!handler->match || handler->match(handler, dev))
            return id;
    }
}

在代碼中，匹配成功退出調用handler的connect()函數，否則調用handler的match()函數

 

在此還是以evdev為例，其連接函數為evdev_connect()定義如下：

static int evdev_connect(struct input_handler *handler, struct input_dev *dev,
             const struct input_device_id *id)
{
...
    /* 分配evdev */
    evdev = kzalloc(sizeof(struct evdev), GFP_KERNEL);
...
    /* 設置handle */
    evdev->handle.dev = input_get_device(dev);
    evdev->handle.name = dev_name(&evdev->dev);
    evdev->handle.handler = handler;
    evdev->handle.private = evdev;
...
    /* 注冊handle */
    error = input_register_handle(&evdev->handle);

    error = evdev_install_chrdev(evdev);
    error = device_add(&evdev->dev);
...
}

 

input_dev、input_handler和input_handle三者關系如下：

 

 

六、總結

1. input_init()初始化輸入子系統

1.1 調用register_chrdev(13, "input", &input_fops);

 

2. open()輸入子系統文件：int input_open_file()

2.1 替換替換file_oprations

2.2 執行new_fops->open()函數

 

3. 注冊input_handler：input_register_handler()

3.1 添加handler到input_table[]數組

3.2 添加handler到input_handler_list鏈表

3.3 調用input_attach_handler()

 

4. 注冊input_dev：input_register_device()

4.1 添加dev到input_dev鏈表

4.2 調用input_attach_handler()

 

5. 匹配：input_attach_handler()

5.1 匹配dev->id和handler->id_table

5.2 成功，調用input_handler->connect()

 

6. 連接：input_handler->connect()

6.1 創建input_handle，三者連接

7. event發生（如按鍵中斷），在中斷函數中上報事件：input_event()

7.1 調用input_handler->event()

 

 

七、更改key.c為輸入子系統

主要更改的函數有keys_init()和key_timer_func()：

keys_init()：

static int keys_init(void)
{
    /* 1. 分配 */
    inputdev = input_allocate_device();

    /* 2. 設置 */
    /* 2.1 設置事件類 */
    set_bit(EV_KEY, inputdev->evbit);
    set_bit(EV_REP, inputdev->evbit);    /* 重復類事件 */

    /* 2.2 設置按鍵事件 */
    set_bit(KEY_L, inputdev->keybit);
    set_bit(KEY_S, inputdev->keybit);
    set_bit(KEY_ENTER, inputdev->keybit);
    set_bit(KEY_LEFTSHIFT, inputdev->keybit);

    /* 3. 注冊 */
    input_register_device(inputdev);
...
}

set_bit(EV_REP, inputdev->evbit);表示可產生重復類事件，也就是長按按鍵，就會產生多次按鍵效果 

 

key_timer_func()：

static void key_timer_func(unsigned long arg)
{
...
    if (pinval) /* 松開 */ {
        /* 上傳數據 */
        input_event(inputdev, EV_KEY, pindesc->val, 0);
        input_sync(inputdev);
    }
    else /* 按下 */ {
        input_event(inputdev, EV_KEY, pindesc->val, 1);
        input_sync(inputdev);
    }
}

input_sync(inputdev);表示已完成當前上報工作

 

key源代碼：

#include <linux/module.h>
#include <linux/fs.h>
#include <linux/init.h>
#include <linux/cdev.h>
#include <linux/slab.h>
#include <linux/device.h>
#include <linux/irq.h>
#include <linux/interrupt.h>
#include <linux/wait.h>
#include <linux/timer.h>
#include <linux/gpio.h>
#include <linux/sched.h>
#include <linux/input.h>

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

#include <mach/gpio.h>

#define KEY_MAJOR        255

struct pin_desc {
    unsigned int gpio;
    int val;
    char *name;
};

static struct timer_list    key_timer;
static struct pin_desc*        pindesc;
static struct input_dev*    inputdev;

static struct pin_desc desc[4] = {
    { EXYNOS4_GPX3(2), KEY_L, "KEY0" },
    { EXYNOS4_GPX3(3), KEY_S, "KEY1" },
    { EXYNOS4_GPX3(4), KEY_ENTER, "KEY2" },
    { EXYNOS4_GPX3(5), KEY_LEFTSHIFT, "KEY3" },
};

static void key_timer_func(unsigned long arg)
{
    struct pin_desc *irq_pd = pindesc;

    if (!irq_pd)
        return ;
    
    unsigned int pinval;

    pinval = gpio_get_value(pindesc->gpio);

    if (pinval) /* 松開 */ {
        /* 上傳數據 */
        input_event(inputdev, EV_KEY, pindesc->val, 0);
        input_sync(inputdev);
    }
    else /* 按下 */ {
        input_event(inputdev, EV_KEY, pindesc->val, 1);
        input_sync(inputdev);
    }
}

static irqreturn_t key_interrupt(int irq, void *dev_id)
{
    pindesc = (struct pin_desc *)dev_id;

    mod_timer(&key_timer, jiffies + HZ / 100);

    return IRQ_HANDLED;
}

static int keys_init(void)
{
    /* 1. 分配 */
    inputdev = input_allocate_device();

    /* 2. 設置 */
    /* 2.1 設置事件類 */
    set_bit(EV_KEY, inputdev->evbit);
    set_bit(EV_REP, inputdev->evbit);    /* 重復類事件 */

    /* 2.2 設置按鍵事件 */
    set_bit(KEY_L, inputdev->keybit);
    set_bit(KEY_S, inputdev->keybit);
    set_bit(KEY_ENTER, inputdev->keybit);
    set_bit(KEY_LEFTSHIFT, inputdev->keybit);

    /* 3. 注冊 */
    input_register_device(inputdev);

    /* 注冊中斷 */
    int irq, i;
    for (i = 0; i < ARRAY_SIZE(desc); i++) {
        irq = gpio_to_irq(desc[i].gpio);
        request_irq(irq, key_interrupt, IRQ_TYPE_EDGE_BOTH, desc[i].name, (void *)&desc[i]);
    }
    
    init_timer(&key_timer);
    key_timer.function = key_timer_func;
    add_timer(&key_timer);

    return 0;
}

static void keys_exit(void)
{    
    // 釋放中斷
    int irq, i;

    for (i = 0; i < ARRAY_SIZE(desc); i++) {
        irq = gpio_to_irq(desc[i].gpio);
        free_irq(irq, (void *)&desc[i]);
    }

    del_timer(&key_timer);

    input_unregister_device(inputdev);
    input_free_device(inputdev);
}

module_init(keys_init);
module_exit(keys_exit);

MODULE_LICENSE("GPL");

Makefile：

KERN_DIR = /work/tiny4412/tools/linux-3.5

all:
    make -C $(KERN_DIR) M=`pwd` modules 

clean:
    make -C $(KERN_DIR) M=`pwd` modules clean
    rm -rf modules.order

obj-m    += key.o

測試文件：

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <string.h>

int main(int argc, char** argv)
{
    if (argc != 2) {
        printf("Usage:\n");
        printf("%s <event1|event2>\n", argv[0]);
        return 0;
    }
    
    char buf[100] = "/dev/";
    strcat(buf, argv[1]);
    printf("You Will Open %s\n", buf);
    
    int fd;
    
    fd = open(buf, O_RDWR);
    if (fd < 0) {
        printf("can't open %s\n", buf);
        return -1;
    }

    unsigned char key_val;
    
    while (1) {
        read(fd, &key_val, 1);
        printf("key_val = 0x%x\n", key_val);
    }
    
    close(fd);

    return 0;
}

 

測試：

在編譯並在開發板上insmod后，會出現如下信息：

<6>input: Unspecified device as /devices/virtual/input/input3

 

這是由於未設置input_dev的名字所導致的，暫時不需要管

接下來執行：

# ps -ef

確定-/bin/sh的pid為108（不同開發板-/bin/sh的pid不同）

# ls -l /proc/108/fd

確定使用tty1

# exec 0</dev/tty1

接下來按鍵，效果如下圖：

 

 

下一章  9、總線設備驅動模型