linux內核輸入子系統分析

来源:http://www.cnblogs.com/chd-zhangbo/archive/2016/01/31/5173341.html
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1、為何引入input system? 以前我們寫一些輸入設備(鍵盤、滑鼠等)的驅動都是採用字元設備、混雜設備處理的。問題由此而來,Linux開源社區的大神們看到了這大量輸入設備如此分散不堪,有木有可以實現一種機制,可以對分散的、不同類別的輸入設備進行統一的驅動,所以才出現了輸入子系統。 輸入子系統


1、為何引入input system?

       以前我們寫一些輸入設備(鍵盤、滑鼠等)的驅動都是採用字元設備、混雜設備處理的。問題由此而來,Linux開源社區的大神們看到了這大量輸入設備如此分散不堪,有木有可以實現一種機制,可以對分散的、不同類別的輸入設備進行統一的驅動,所以才出現了輸入子系統。

       輸入子系統引入的好處:

(1)統一了物理形態各異的相似的輸入設備的處理功能。例如,各種滑鼠,不論PS/2、USB、還是藍牙,都被同樣處理。

(2)提供了用於分發輸入報告給用戶應用程式的簡單的事件(event)介面。你的驅動不必創建、管理/dev節點以及相關的訪問方法。因此它能夠很方便的調用輸入API以發送滑鼠移動、鍵盤按鍵,或觸摸事件給用戶空間。X windows這樣的應用程式能夠無縫地運行於輸入子系統提供的event介面之上。

(3)抽取出了輸入驅動的通用部分,簡化了驅動,並提供了一致性。例如,輸入子系統提供了一個底層驅動(成為serio)的集合,支持對串口和鍵盤控制器等硬體輸入的訪問。

 

2、輸入子系統架構

上圖展示了輸入子系統的操作。此子系統包括一前一後運行的兩類驅動:輸入事件(event)驅動和輸入設備(device)驅動。

        輸入事件驅動負責和應用程式的介面;

        而輸入設備驅動負責和底層輸入設備的通信。

        輸入事件驅動和輸入設備驅動都可以利用輸入子系統的高效、可重用的核心提供的服務。

        Now,我們看到輸入子系統中有兩個類型的驅動,當我們要為一個輸入設備(如觸摸屏)的編寫驅動的時候,我們是要編寫兩個驅動:輸入設備驅動和輸入事件驅動??

       答案是否定的。在子系統中,事件驅動是標準的,對所有的輸入類都是可以用的,所以你更可能的是實現輸入設備驅動而不是輸入事件驅動。你的設備可以利用一個已經存在的,合適的輸入事件驅動通過輸入核心和用戶應用程式介面。

總結如下:

  輸入子系統由輸入子系統核心層( Input Core ),驅動層和事件處理層(Event Handler)三部份組成。一個輸入事件,如滑鼠移動,鍵盤按鍵按下,joystick的移動等等通過 input driver -> Input core -> Event handler -> userspace 到達用戶空間傳給應用程式。

  設備驅動層:將底層的硬體輸入轉化為統一事件型式,向輸入核心(InputCore)彙報。

  輸入核心層:為設備驅動層提供輸入設備註冊與操作介面,如:input_register_device;通知事件處理層對事件進行處理;

  事件驅動層:主要作用是和用戶空間交互,如提供read,open等設備方法,創建設備文件等。

 

內核代碼分析:

  輸入設備註冊分析:

    通過input_register_device函數註冊一個輸入設備,在這個函數中,首先通過設備ID去匹配handler的ID,以此找到對應的handler(事件處理者)。以按鍵輸入設備為例:若匹配成功,則調用handler(evdev_handler)結構的connect函數創建一個設備文件,通過設備文件里的主設備號和次設備號將設備文件與字元設備驅動關聯起來。(此處不用創建字元設備驅動,因為字元設備驅動已經在整個輸入子系統初始化的時候創建好<register_chrdev>

 

  事件上報分析:

    以按鍵輸入設備為例:通過調用input_report_key---input_event---input_handle_event---input_pass_event函數,調用handler(evdev_handler)結構中的event函數將事件的信息(事件類型:按鍵;鍵值;按鍵狀態etc,)打包成一個input_event結構,保存在handler的buffer中。當有app訪問時,會通過訪問字元設備文件,間接訪問字元設備驅動,此處字元設備驅動的fops中只有open的實現函數,並沒有其他實現函數,當進入fops中的open函數時,此處巧妙地將handler(evdev_handler)中的fops賦給字元設備驅動當中的fops,當app進行read時,此時調用的即為handler結構中的fops中的read函數(evdev_read---evdev_fetch_next_event)從buffer當中取出事件信息,交給用戶空間(input_event_to_user---copy_to_user)。

 

 

Input driver編寫要點

1、分配、註冊、註銷input設備

struct input_dev *input_allocate_device(void)
        int input_register_device(struct input_dev *dev)
        void input_unregister_device(struct input_dev *dev)

2、設置input設備支持的事件類型、事件碼、事件值的範圍、input_id等信息

include/linux/input.h中定義了支持的類型(下麵列出的是2.6.22內核的情況)

#define EV_SYN           0x00
        #define EV_KEY           0x01
        #define EV_REL           0x02
        #define EV_ABS           0x03
        #define EV_MSC          0x04
        #define EV_SW            0x05
        #define EV_LED          0x11
        #define EV_SND         0x12
        #define EV_REP         0x14
        #define EV_FF             0x15
        #define EV_PWR        0x16
        #define EV_FF_STATUS        0x17
        #define EV_MAX          0x1f

一個設備可以支持一個或多個事件類型。每個事件類型下麵還需要設置具體的觸發事件碼。比如:EV_KEY事件,需要定義其支持哪些按鍵事件碼。

3、如果需要,設置input設備的打開、關閉、寫入數據時的處理方法

參見usb鍵盤驅動:usbkbd.c

input_dev->open = usb_kbd_open;
        input_dev->close = usb_kbd_close;
        input_dev->event = usb_kbd_event;

4、在發生輸入事件時,向子系統報告事件

用於報告EV_KEY、EV_REL、EV_ABS等事件的函數有:

void input_report_key(struct input_dev *dev, unsigned int code, int value)
        void input_report_rel(struct input_dev *dev, unsigned int code, int value)
        void input_report_abs(struct input_dev *dev, unsigned int code, int value)

如果你覺得麻煩,你也可以只記住1個函數(因為上述函數都是通過它實現的)

void input_event(struct input_dev *dev, unsigned int type, unsigned int code, int value)

三、Event Handler層解析

1、Input輸入子系統數據結構關係圖

2、input_handler結構體

以evdev.c中的evdev_handler為例:

static struct input_handler evdev_handler = {
                .event = evdev_event, //向系統報告input事件,系統通過read方法讀取
                .connect = evdev_connect, //和input_dev匹配後調用connect構建
                .disconnect = evdev_disconnect,
                .fops = &evdev_fops, //event設備文件的操作方法
                .minor = EVDEV_MINOR_BASE, //次設備號基準值
                .name = "evdev",
                .id_table = evdev_ids, //匹配規則
        };

3、input字元設備註冊過程

drivers/input/input.c中:
        static int __init input_init(void)
        {
                int err;
                err = class_register(&input_class);
                ……
                err = register_chrdev(INPUT_MAJOR, "input", &input_fops);
                ……
        }

input_fops定義:

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

Input_dev和input_handler匹配後調用input_handler的connect。以evdev_handler為例:

static int evdev_connect(struct input_handler *handler, struct input_dev *dev,const struct input_device_id *id)
        {
                struct evdev *evdev; 
                struct class_device *cdev;
                dev_t devt;
                int minor;
                int error;

        for (minor = 0; minor < EVDEV_MINORS && evdev_table[minor]; minor++);
                if (minor == EVDEV_MINORS) {
                        printk(KERN_ERR "evdev: no more free evdev devices\n");
                        return -ENFILE;
                }

        evdev = kzalloc(sizeof(struct evdev), GFP_KERNEL);//為每個匹配evdev_handler的設備創建一個evdev。
                if (!evdev)
                        return -ENOMEM;

        INIT_LIST_HEAD(&evdev->client_list);
                init_waitqueue_head(&evdev->wait);

        evdev->exist = 1;
                evdev->minor = minor;
                evdev->handle.dev = dev;
                evdev->handle.name = evdev->name;
                evdev->handle.handler = handler;
                evdev->handle.private = evdev;
                sprintf(evdev->name, "event%d", minor);

        evdev_table[minor] = evdev;//記錄evdev的位置,字元設備/dev/input/evnetx訪問時根據次設備號及EVDEV_MINOR_BASE最終在evdev_open中找到對應的evdev
                devt = MKDEV(INPUT_MAJOR, EVDEV_MINOR_BASE + minor),
                cdev = class_device_create(&input_class, &dev->cdev, devt,dev->cdev.dev, evdev->name);//創建了event字元設備節點
                ……

        }

4、input字元設備的打開過程

static int input_open_file(struct inode *inode, struct file *file)
        {
                struct input_handler *handler = input_table[iminor(inode) >> 5];
                //得到對應的input_handler
                const struct file_operations *old_fops, *new_fops = NULL;
                int err;
                if (!handler || !(new_fops = fops_get(handler->fops)))
                //取出對應input_handler的file_operations
                        return -ENODEV;
                if (!new_fops->open) {
                        fops_put(new_fops);
                        return -ENODEV;
                }
                old_fops = file->f_op;
                file->f_op = new_fops;//重定位打開的設備文件的操作方法
                err = new_fops->open(inode, file);
                if (err) {
                        fops_put(file->f_op);
                        file->f_op = fops_get(old_fops);
                }
                fops_put(old_fops);
                return err;
        }

5、input字元設備的其它操作

由於在open階段已經把設備文件的操作操作方法重定位了到了具體的input_handler,所以其它介面操作(read、write、ioctl等),由各個input_handler的fops方法決定。如evdev.c中的:evdev_fops。

 
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