【驱动】input子系统全面分析
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。
- 设备驱动层：主要实现对硬件设备的读写访问，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。
- 核心层：为设备驱动层提供了规范和接口。设备驱动层只要关心如何驱动硬件并获得硬件数据（例如按下的按键数据），然后调用核心层提供的接口，核心层会自动把数据提交给事件处理层。
- 事件处理层：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。
input输入子系统框架分析
输入子系统由输入子系统核心层（ Input Core ），驱动层和事件处理层（Event Handler）三部份组成。
一个输入事件，如鼠标移动，键盘按键按下，joystick的移动等等通过 input driver -> Input core -> Event handler -> userspace 到达用户空间传给应用程序。
1.系统核心层
主要功能
- 注册主设备号
- 对于swi进入的open函数进行第一层处理，并通过次设备号选择handler进入第二层open，也就是真正的open所在的file_operation,并返回该file_opration的fd
- 提供input_register_device跟input_register_handler函数分别用于注册device跟handler
2.handler层（事件处理层）
handler层是纯软件层，包含不同的解决方案，如键盘，鼠标，游戏手柄等，但是没有设计到硬件方面的操作
对于不同的解决方案，都包含一个名为input_handler的结构体，该结构体内含的主要成员如下
.id_table 一个存放该handler所支持的设备id的表（其实内部存放的是EV_xxx事件,用于判断device是否支持该事件）
.fops 该handler的file_operation
.connect 连接该handler跟所支持device的函数
.disconnect 断开该连接
.event 事件处理函数，让device调用
h_list 也是一个链表，该链表保存着该handler到所支持的所有device的中间站：handle结构体的指针
3.device层（驱动层）
device是纯硬件操作层，包含不同的硬件接口处理，如gpio等
对于每种不同的具体硬件操作，都对应着不同的input_dev结构体
该结构体内部也包含着一个h_list
4：input_handler_list和input_device_list
对于handler和device，分别用链表input_handler_list和input_device_list进行维护，
当handler或者device增加或减少的时候，分别往这两链表增加或删除节点。
5.input子系统框架图
input子系统调用过程分析
1.当外部应用程序需要调用输入子系统的open函数时，会先通过主设备号进入到核心层，然后通过次设备号进入handler层，再调用.fops内的open函数返回fd；
2.当外部应用程序需要调用输入子系统的read函数时，会通过返回的fd调用.fop内的read函数，然后休眠，等待被.event函数唤醒
3.当外部中断到达的时候，会先确定中断事件，然后用input_event上报事件，再通过h_list里面的所有handle调用对应的handler中的.event函数，对read进行唤醒，然后在read中返回（也就是当device有多个对应的handler的时候,input_event会向所有的handler上报事件）
4.当需要加入新的handler时，需要先构建handler结构体，然后调用input_register_handler对该handler进行注册
input_register_handler的内部实现：往input_handler_list加入新增的handler节点，然后对input_device_list的所有结点（也就是所有的device）进行遍历，通过.id_table查看该device是否支持该handler,对支持的device调用.connect,一一地构建input_handle结构体,连接handler跟device
5.当需要加入新的device时，需要先构建input_dev结构体，然后调用input_register_device对该input_dev进行注册
input_register_dev的内部实现：往input_device_list加入新增的device节点，然后对input_handler_list的所有结点（也就是所有的handler）进行遍历，通过handler 的.id_table查看该handler是否支持该device,对支持的device调用该handler的.connect,一一地构建input_handle结构体,连接handler跟device
在输入子系统框架下，我们一般的编写驱动也就是对device部分进行编写（分配input_dev并配置，驱动入口，出口，中断时进行中断判断，然后上报事件等），然后对该device的input_dev进行注册
Input输入子系统数据结构分析
input_dev
input_dev 这是input设备基本的设备结构，每个input驱动程序中都必须分配初始化这样一个结构，成员比较多
（1）有以下几个数组：
unsigned long evbit[BITS_TO_LONGS(EV_CNT)]; //事件支持的类型 // 下面是每种类型支持的编码 unsigned long keybit[BITS_TO_LONGS(KEY_CNT)]; //按键 unsigned long relbit[BITS_TO_LONGS(REL_CNT)]; unsigned long absbit[BITS_TO_LONGS(ABS_CNT)]; //绝对坐标，其中触摸屏驱动使用的就是这个 unsigned long mscbit[BITS_TO_LONGS(MSC_CNT)]; unsigned long ledbit[BITS_TO_LONGS(LED_CNT)]; unsigned long sndbit[BITS_TO_LONGS(SND_CNT)]; unsigned long ffbit[BITS_TO_LONGS(FF_CNT)]; unsigned long swbit[BITS_TO_LONGS(SW_CNT)];
evbit[BITS_TO_LONGS(EV_CNT)]; 这个数组以位掩码的形式，代表了这个设备支持的事件的类型。
设置方式：
dev->evbit[0] = BIT(EV_SYN) | BIT(EV_KEY) | BIT(EV_ABS)
absbit[BITS_TO_LONGS(ABS_CNT)]; 这个数组也是以位掩码的形式，代表这个类型的事件支持的编码
触摸屏驱动支持EV_ABS,所以要设置这个数组， 有一个专门设置这个数组的函数input_set_abs_params
static inline void input_set_abs_params(struct input_dev *dev, int axis, int min, int max, int fuzz, int flat) { dev->absmin[axis] = min; dev->absmax[axis] = max; dev->absfuzz[axis] = fuzz; dev->absflat[axis] = flat; dev->absbit[BIT_WORD(axis)] |= BIT_MASK(axis); //填充了absbit这个数组 }
触摸屏驱动中是这样调用的
input_set_abs_params(dev, ABS_X, 0, 0x3FF, 0, 0)； //这个是设置ad转换的x坐标
input_set_abs_params(dev, ABS_Y, 0, 0x3FF, 0, 0); //这个是设置ad转换的y坐标
input_set_abs_params(dev, ABS_PRESSURE, 0, 1, 0, 0); //这个是设置触摸屏是否按下的标志
设置ABS_X编码值范围为0-0x3ff，因为mini2440的AD转换出的数据最大为10位，所以不会超过0x3ff。
（2） struct input_id id 成员
这个是标识设备驱动特征的
struct input_id { __u16 bustype; //总线类型 __u16 vendor; //生产厂商 __u16 product; //产品类型 __u16 version; //版本 };
如果需要特定的事件处理器来处理这个设备的话，这几个就非常重要，因为子系统核心是通过他们，将设备驱动与事件处理层联系起来的。但是因为触摸屏驱动所用的事件处理器为evdev，匹配所有，所有这个初始化也无关紧要。
input_handler
input_handler 这是事件处理器的数据结构，代表一个事件处理器
（1）几个操作函数
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);
event 函数是当事件处理器接收到了来自input设备传来的事件时调用的处理函数，负责处理事件，非常重要。
connect 函数是当一个input设备模块注册到内核的时候调用的，将事件处理器与输入设备联系起来的函数，也就是将input_dev和input_handler配对的函数。
disconnect 函数实现connect相反的功能。
（2） 两个id
const struct input_device_id *id_table; //这个是事件处理器所支持的input设备 const struct input_device_id *blacklist; //这个是事件处理器应该忽略的input设备
这两个数组都会用在connect函数中，input_device_id结构与input_id结构类似，但是input_device_id有一个flag，用来让程序选择比较哪项，如：busytype,vendor还是其他。
（3） 两个链表
struct list_headh_list; //这个链表用来链接他所支持的input_handle结构,input_dev与input_handler配对之后就会生成一个input_handle结构 struct list_headnode; //链接到input_handler_list，这个链表链接了所有注册到内核的事件处理器
input_handle
input_handle 结构体代表一个成功配对的input_dev和input_handler
struct input_handle { void *private; //每个配对的事件处理器都会分配一个对应的设备结构，如evdev事件处理器的evdev结构，注意这个结构与设备驱动层的input_dev不同，初始化handle时，保存到这里。 int open; //打开标志，每个input_handle 打开后才能操作，这个一般通过事件处理器的open方法间接设置 const char *name; struct input_dev *dev; //关联的input_dev结构 struct input_handler *handler; //关联的input_handler结构 struct list_head d_node; //input_handle通过d_node连接到了input_dev上的h_list链表上 struct list_head h_node; //input_handle通过h_node连接到了input_handler的h_list链表上 };
三个数据结构之间的关系
input_dev 是硬件驱动层，代表一个input设备
input_handler 是事件处理层，代表一个事件处理器
input_handle 属于核心层，代表一个配对的input设备与input事件处理器
input_dev 通过全局的input_dev_list链接在一起。设备注册的时候实现这个操作。
input_handler 通过全局的input_handler_list链接在一起。事件处理器注册的时候实现这个操作（事件处理器一般内核自带，一般不需要我们来写）
input_hande 没有一个全局的链表，它注册的时候将自己分别挂在了input_dev 和 input_handler 的h_list上了。
通过input_dev 和input_handler就可以找到input_handle 在设备注册和事件处理器， 注册的时候都要进行配对工作，配对后就会实现链接。
通过input_handle也可以找到input_dev和input_handler。
补充两个结构体
（1） evdev设备结构
struct evdev { int exist; int open; //打开标志 int minor; //次设备号 struct input_handle handle; //关联的input_handle wait_queue_head_t wait; //等待队列，当进程读取设备，而没有事件产生的时候，进程就会睡在其上面 struct evdev_client *grab; //强制绑定的evdev_client结构，这个结构后面再分析 struct list_head client_list; //evdev_client 链表，这说明一个evdev设备可以处理多个evdev_client，可以有多个进程访问evdev设备 spinlock_t client_lock; /* protects client_list */ struct mutex mutex; struct device dev; //device结构，说明这是一个设备结构 };
evdev结构体在配对成功的时候生成，由handler->connect生成，对应设备文件为/class/input/event(n)。
如触摸屏驱动的event0，这个设备是用户空间要访问的设备，可以理解它是一个虚拟设备，因为没有对应的硬件，但是通过handle->dev 就可以找到input_dev结构，而它对应着触摸屏，设备文件为/class/input/input0。这个设备结构生成之后保存在evdev_table中，索引值是minor
（2） evdev用户端结构
struct evdev_client { struct input_event buffer[EVDEV_BUFFER_SIZE]; //这个是一个input_event数据结构的数组，input_event代表一个事件，基本成员：类型（type），编码（code），值（value） int head; //针对buffer数组的索引 int tail; //针对buffer数组的索引，当head与tail相等的时候，说明没有事件 spinlock_t buffer_lock; /* protects access to buffer, head and tail */ struct fasync_struct *fasync; //异步通知函数 struct evdev *evdev; //evdev设备 struct list_head node; // evdev_client 链表项 };
这个结构在进程打开event0设备的时候调用evdev的open方法，在open中创建这个结构，并初始化。在关闭设备文件的时候释放这个结构。
Input输入子系统数据结构关系图
input输入子系统主要函数分析
各种注册函数
每种数据结构都代表一类对象，所以每种数据结构都会对应一个注册函数，他们都定义在子系统核心的input.c文件中。
主要有三个注册函数
input_register_device //向内核注册一个input设备 input_register_handle //向内核注册一个handle结构 input_register_handler //注册一个事件处理器
1.input_register_device
input_register_device 注册一个input输入设备，这个注册函数在三个注册函数中是驱动程序唯一调用的。
1 int input_register_device(struct input_dev *dev) 2 { 3 static atomic_t input_no = ATOMIC_INIT(0); 4 //这个原子变量，代表总共注册的input设备，每注册一个加1，因为是静态变量，所以每次调用都不会清零的 5 struct input_handler *handler; 6 const char *path; 7 int error; 8 9 __set_bit(EV_SYN, dev->evbit); //EN_SYN 这个是设备都要支持的事件类型，所以要设置 10 11 /* 12 * If delay and period are pre-set by the driver, then autorepeating 13 * is handled by the driver itself and we don't do it in input.c. 14 */ 15 // 这个内核定时器是为了重复按键而设置的 16 init_timer(&dev->timer); 17 if (!dev->rep[REP_DELAY] && !dev->rep[REP_PERIOD]) { 18 dev->timer.data = (long) dev; 19 dev->timer.function = input_repeat_key; 20 dev->rep[REP_DELAY] = 250; 21 dev->rep[REP_PERIOD] = 33; 22 //如果没有定义有关重复按键的相关值，就用内核默认的 23 } 24 25 if (!dev->getkeycode) 26 dev->getkeycode = input_default_getkeycode; 27 if (!dev->setkeycode) 28 dev->setkeycode = input_default_setkeycode; 29 //以上设置的默认函数由input核心提供 30 dev_set_name(&dev->dev, "input%ld", 31 (unsigned long) atomic_inc_return(&input_no) - 1); 32 //设置input_dev中device的名字，这个名字会在/class/input中出现 33 error = device_add(&dev->dev); 34 //将device加入到linux设备模型中去 35 if (error) 36 return error; 37 38 path = kobject_get_path(&dev->dev.kobj, GFP_KERNEL); 39 printk(KERN_INFO "input: %s as %s\n", 40 dev->name ? dev->name : "Unspecified device", path ? path : "N/A"); 41 kfree(path); 42 //这个得到路径名称，并打印出来 43 error = mutex_lock_interruptible(&input_mutex); 44 if (error) { 45 device_del(&dev->dev); 46 return error; 47 } 48 49 list_add_tail(&dev->node, &input_dev_list); 50 // 将新分配的input设备连接到input_dev_list链表上 51 list_for_each_entry(handler, &input_handler_list, node) 52 input_attach_handler(dev, handler); 53 //遍历input_handler_list链表，配对 input_dev 和 input_handler 54 //input_attach_handler 这个函数是配对的关键 55 input_wakeup_procfs_readers(); 56 // 和proc文件系统有关 57 mutex_unlock(&input_mutex); 58 59 return 0; 60 }
input_register_device完成的主要功能就是：初始化一些默认的值，将自己的device结构添加到linux设备模型当中，将input_dev添加到input_dev_list链表中，然后寻找合适的handler与input_handler配对,配对的核心函数是input_attach_handler。
下面看看input_attach_handler函数
1 static int input_attach_handler(struct input_dev *dev, struct input_handler *handler) 2 { 3 const struct input_device_id *id; 4 int error; 5 6 if (handler->blacklist && input_match_device(handler->blacklist, dev)) 7 return -ENODEV; 8 //blacklist是handler因该忽略的input设备类型，如果应该忽略的input设备也配对上了，那就出错了 9 id = input_match_device(handler->id_table, dev); 10 //这个是主要的配对函数，主要比较id中的各项 11 if (!id) 12 return -ENODEV; 13 14 error = handler->connect(handler, dev, id); 15 //配对成功调用handler的connect函数，这个函数在事件处理器中定义，主要生成一个input_handle结构，并初始化，还生成一个事件处理器相关的设备结构 16 if (error && error != -ENODEV) 17 printk(KERN_ERR 18 "input: failed to attach handler %s to device %s, " 19 "error: %d\n", 20 handler->name, kobject_name(&dev->dev.kobj), error); 21 //出错处理 22 return error; 23 }
input_attach_handler的主要功能就是调用了两个函数，一个input_match_device进行配对，一个connect处理配对成功后续工作。
下面看看input_match_device函数
1 static const struct input_device_id *input_match_device(const struct input_device_id *id, 2 struct input_dev *dev) 3 { 4 int i; 5 //函数传入的参数是所要配对handler的id_table，下面遍历这个id_table寻找合适的id进行配对 6 for (; id->flags || id->driver_info; id++) { 7 if (id->flags & INPUT_DEVICE_ID_MATCH_BUS) 8 if (id->bustype != dev->id.bustype) 9 continue; 10 ...... 11 //针对handler->id->flag，比较不同的类型 12 //如果比较成功进入下面的宏，否则进入下一个id 13 MATCH_BIT(evbit, EV_MAX); 14 ...... 15 MATCH_BIT(swbit, SW_MAX); 16 17 18 return id; 19 } 20 }
此函数主要是比较input_dev中的id和handler支持的id,这个存放在handler的id_table中。
首先看id->driver_info有没有设置，如果设置了说明它匹配所有的id，evdev就是这个样的handler
然后依据id->flag来比较内容，如果都比较成功进入MATCH_BIT，这个宏是用来按位进行比较的，功能是比较所支持事件的类型，只有所有的位都匹配才成功返回，否则进行下一个id的比较。
1 #define MATCH_BIT(bit, max) \ 2 for (i = 0; i < BITS_TO_LONGS(max); i++) \ 3 if ((id->bit[i] & dev->bit[i]) != id->bit[i]) \ 4 break; \ 5 if (i != BITS_TO_LONGS(max)) \ 6 continue;
这个宏对于每种事件类型，以及每种事件类型支持的编码所有的位都比较一次，看handler的id是否支持，如果有一个不支持就不会比较成功，进入下一个id进行比较。
对于connect函数，每种事件处理器的实现都有差异，但原理都相同。
因为触摸屏用的事件处理器为evdev，下面看看evdev的connect函数evdev_connect
1 static int evdev_connect(struct input_handler *handler, struct input_dev *dev, 2 const struct input_device_id *id) 3 { 4 //此函数传入三个参数，分别是：handler，dev,id 5 struct evdev *evdev; 6 int minor; 7 int error; 8 9 10 for (minor = 0; minor < EVDEV_MINORS; minor++) 11 if (!evdev_table[minor]) 12 break; 13 //EVDEV_MINORS为32，说明evdev这个handler可以同时有32个输入设备和他配对，evdev_table中以minor（非次设备号，但是有一个换算关系）存放evdev结构体，后面要详细分析这个结构体 14 if (minor == EVDEV_MINORS) { 15 printk(KERN_ERR "evdev: no more free evdev devices\n"); 16 return -ENFILE; 17 } 18 //这个说明32个位置全都被占用了，连接失败 19 evdev = kzalloc(sizeof(struct evdev), GFP_KERNEL); 20 //分配一个evdev结构体，这个结构体是evdev事件处理器特有的，后面会详细分析 21 if (!evdev) 22 return -ENOMEM; 23 24 25 INIT_LIST_HEAD(&evdev->client_list); 26 spin_lock_init(&evdev->client_lock); 27 mutex_init(&evdev->mutex); 28 init_waitqueue_head(&evdev->wait); 29 //初始化结构体的一些成员 30 dev_set_name(&evdev->dev, "event%d", minor); 31 //这个是设置evdev中device的名字，他将出现在/class/input中。 32 //前面也有一个device是input_dev的，名字是input（n），注意与他的不同 33 //这个结构是配对后的虚拟设备结构，没有对应的硬件，但是通过它可以找到相关的硬件 34 evdev->exist = 1; 35 evdev->minor = minor; 36 37 38 evdev->handle.dev = input_get_device(dev); 39 evdev->handle.name = dev_name(&evdev->dev); 40 evdev->handle.handler = handler; 41 evdev->handle.private = evdev; 42 //因为evdev中包含handle了，所以初始化它就可以了，这样就连接了input_handler与input_dev 43 evdev->dev.devt = MKDEV(INPUT_MAJOR, EVDEV_MINOR_BASE + minor); //注意：这个minor不是真正的次设备号，还要加上EVDEV_MINOR_BASE 44 evdev->dev.class = &input_class; 45 evdev->dev.parent = &dev->dev; 46 //配对生成的device，父设备是与他相关连的input_dev 47 evdev->dev.release = evdev_free; 48 device_initialize(&evdev->dev); 49 50 51 error = input_register_handle(&evdev->handle); 52 //注册handle结构体,这个函数后面详细分析 53 if (error) 54 goto err_free_evdev; 55 56 57 error = evdev_install_chrdev(evdev); 58 //这个函数只做了一件事，就是把evdev结构保存到evdev_table中，这个数组也minor为索引 59 if (error) 60 goto err_unregister_handle; 61 62 63 error = device_add(&evdev->dev); 64 //注册到linux设备模型中 65 if (error) 66 goto err_cleanup_evdev; 67 68 69 return 0; 70 71 72 err_cleanup_evdev: 73 evdev_cleanup(evdev); 74 err_unregister_handle: 75 input_unregister_handle(&evdev->handle); 76 err_free_evdev: 77 put_device(&evdev->dev); 78 return error; 79 }
evdev_connect函数做配对后的善后工作，分配一个evdev结构体，并初始化相关成员，evdev结构体中有input_handle结构，初始化并注册之。
2.input_register_handle
input_register_handle 注册一个input_handle结构体，比较简单
1 int input_register_handle(struct input_handle *handle) 2 { 3 struct input_handler *handler = handle->handler; 4 struct input_dev *dev = handle->dev; 5 int error; 6 7 8 /* 9 * We take dev->mutex here to prevent race with 10 * input_release_device(). 11 */ 12 error = mutex_lock_interruptible(&dev->mutex); 13 if (error) 14 return error; 15 list_add_tail_rcu(&handle->d_node, &dev->h_list); 16 //将handle的d_node，链接到其相关的input_dev的h_list链表中 17 mutex_unlock(&dev->mutex); 18 19 20 list_add_tail(&handle->h_node, &handler->h_list); 21 //将handle的h_node，链接到其相关的input_handler的h_list链表中 22 if (handler->start) 23 handler->start(handle); 24 25 26 return 0; 27 }
这个函数基本没做什么事，就是把一个handle结构体通过d_node链表项，分别链接到input_dev的h_list,input_handler的h_list上。
以后通过这个h_list就可以遍历相关的input_handle了。
3. input_register_handler
input_register_handler 注册一个input_handler结构体
1 int input_register_handler(struct input_handler *handler) 2 { 3 struct input_dev *dev; 4 int retval; 5 6 7 retval = mutex_lock_interruptible(&input_mutex); 8 if (retval) 9 return retval; 10 11 12 INIT_LIST_HEAD(&handler->h_list); 13 14 15 if (handler->fops != NULL) { 16 if (input_table[handler->minor >> 5]) { 17 retval = -EBUSY; 18 goto out; 19 } 20 input_table[handler->minor >> 5] = handler; 21 } 22 //input_table，每个注册的handler都会将自己保存到这里，索引值为handler->minor右移5为，也就是除以32 23 //为什么会这样呢，因为每个handler都会处理最大32个input_dev，所以要以minor的32为倍数对齐,这个minor是传进来的handler的MINOR_BASE 24 //每一个handler都有一个这一个MINOR_BASE，以evdev为例,EVDEV_MINOR_BASE = 64,可以看出系统总共可以注册8个handler 25 list_add_tail(&handler->node, &input_handler_list); 26 //连接到input_handler_list链表中 27 list_for_each_entry(dev, &input_dev_list, node) 28 input_attach_handler(dev, handler); 29 //又是配对，不过这次遍历input_dev，和注册input_dev过程一样的 30 input_wakeup_procfs_readers(); 31 32 33 out: 34 mutex_unlock(&input_mutex); 35 return retval; 36 }
这个函数其实和input_register_device大同小异，都是注册，都要配对。
4.函数调用流程
input输入子系统事件处理机制
作为输入设备的驱动开发者，需要做以下几步：
- 在驱动加载模块中，设置你的input设备支持的事件类型，类型参见表1设置
- 注册中断处理函数，例如键盘设备需要编写按键的抬起、放下，触摸屏设备需要编写按下、抬起、绝对移动，鼠标设备需要编写单击、抬起、相对移动，并且需要在必要的时候提交硬件数据（键值/坐标/状态等等）
- 将输入设备注册到输入子系统中
参考文章
http://blog.chinaunix.net/uid/26620753.html
http://blog.csdn.net/ielife/article/details/7798952
