驱动03.输入子系统

之前我们做的按键驱动程序都是应用程序主动open设备/dev/buttons而现实情况不能来打开这个设备甚至不知道这个设备的存在。

解决方案：变成通用的驱动程序。接下来我们引入的输入子系统可以完成该任务。

1.输入子系统的简介

1.1 引入输入子系统的好处：

（1）统一了物理形态各异的相似的输入设备的处理功能。例如，各种鼠标，不论PS/2、USB、还是蓝牙，都被同样处理。

（2）提供了用于分发输入报告给用户应用程序的简单的事件（event）接口。你的驱动不必创建、管理/dev节点以及相关的访问方法。因此它能够很方便的调用输入API以发送鼠标移动、键盘按键，或触摸事件给用户空间。X windows这样的应用程序能够无缝地运行于输入子系统提供的event接口之上。

（3）抽取出了输入驱动的通用部分，简化了驱动，并提供了一致性。例如，输入子系统提供了一个底层驱动（成为serio）的集合，支持对串口和键盘控制器等硬件输入的访问。

1.2 分析输入子系统实现的原理

　　linux系统将输入子系统分为三层结构，主要是input driver、input core、Input handler。在网上搜刮到的两幅经典的图片，有助于我们理解输入子系统。

 

 

 

2 代码分析

（1）/drivers/input/input.c
    input_init > err = register_chrdev(INPUT_MAJOR, "input", &input_fops)//注册一个input_fops结构体

　　static const struct file_operations input_fops = {
    .owner = THIS_MODULE,
    .open = input_open_file,
　　};//结构体内只有一个open函数

（2）怎么去读取按键？

　　上述的file_operations结构体内没有read函数，我们需进一步探究。

　　input_open_file
     　　struct input_handler *handler = input_table[iminor(inode) >> 5]
     　　new_fops = fops_get(handler->fops)                    //这个就是我们实际使用的file_operations结构体
     　　err = new_fops->open(inode, file)

　　input_table这个数组由谁去构造？

　　input_table[handler->minor >> 5] = handler

（3）注册函数input_register_device和input_register_handler，向input.c注册

　　input_register_device
    　　list_add_tail(&dev->node, &input_dev_list)    //放入链表
    　　list_for_each_entry(handler, &input_handler_list, node)//对于每一个input_handler,都调用input_attach_handler
        　　input_attach_handler(dev, handler)//根据input_handler的id_table判断是否支持这个input_dev

 

　　input_register_handler
　　    input_table[handler->minor >> 5] = handler   //放入数组
    　　list_add_tail(&handler->node, &input_handler_list) //放入链表
    　　list_for_each_entry(dev, &input_dev_list, node)//对于每一个input_dev,都调用input_attach_handler
        　　input_attach_handler(dev, handler)//根据input_handler的id_table判断是否支持这个input_dev

 

　　input_attach_handler

　　　id = input_match_device(handler->id_table, dev);//如果dev和id匹配，则调用connect函数建立连接
   　　error = handler->connect(handler, dev, id);

（4）怎么建立连接？怎么读按键？

以evdev.c为例

　　evdev_connect

　　　　    evdev = kzalloc(sizeof(struct evdev), GFP_KERNEL);//分配一个结构体input_handle结构体

    　　　　evdev->handle.dev = dev;
    　　　　evdev->handle.name = evdev->name;
    　　　　evdev->handle.handler = handler;
    　　　　evdev->handle.private = evdev;//设置input_handle结构体handle的值

　　　　

　　　　　　error = input_register_handle(&evdev->handle);//注册handle结构体
       　　　　 input_handler->h_list = &input_handle

　　　　　　　input_dev    -> h_list = &input_handle

　　evdev_read
    　　//无数据且非阻塞方式打开，则立刻返回
    　　if (client->head == client->tail && evdev->exist && (file->f_flags & O_NONBLOCK))
                    return -EAGAIN;
    　　wait_event_interruptible//休眠

谁来唤醒他？
　　evdev_event
    　　wake_up_interruptible(&evdev->wait)
    
那evdev_event谁来调用？
　　gpio_keys_isr
    　　input_event(input, type, button->code, !!state)
    　　input_sync(input)
    
input_event
    struct input_handle *handle
    list_for_each_entry(handle, &dev->h_list, d_node)
            if (handle->open)
                handle->handler->event(handle, type, code, value)//调用evdev_event

 

3.写代码

3.1 代码框架

我们只需要完成input_dev那部分，其他的内核已经为我们写好了。

（1）分配一个input_dev结构体

（2）设置

（3）注册

（4）硬件相关的操作，eg：在中断程序中上报事件，参考gpio-keys.c

3.2 驱动源代码

说明：输入子系统（input subsystem）的驱动层的核心结构。　　

头文件：include/linux/input.h

成员说明：

void *private;

       //不清楚。

char *name;

       //设备名字，如键盘名字。

char *phys;

       //设备文件节点名，如input/kbd0。

char *uniq;

       //全球唯一的ID号。

struct input_id id;

       //后文作详细介绍。

unsigned long evbit[NBITS(EV_MAX);]

       //该设备驱动所能支持的事件。

       //EV_SYN      同步事件

       //EV_KEY       键盘事件

       //EV_REL       相对坐标事件，用于鼠标

       //EV_ABS       绝对坐标事件，用于摇杆

       //EV_MSC      其他事件

       //EV_LED       LED灯事件

       //EV_SND      声音事件

       //EV_REP       重复按键事件

       //EV_FF         受力事件

       //EV_PWR      电源事件

       //EV_FF_STATUS  受力状态事件

unsigned long keybit[NBITS(KEY_MAX)];

       //键值存放表

unsigned long relbit[NBITS(REL_MAX)];

       //用于存放相对坐标值等

unsigned long absbit[NBITS(ABS_MAX)];

       //用于存放绝对坐标值等

unsigned long mscbit[NBITS(MSC_MAX)];

       //存放其他事件类型

unsigned long ledbit[NBITS(LED_MAX)];

       //存放表示各种状态的LED值

unsigned long sndbit[NBITS(SND_MAX)];

       //存放各种事件的声音

unsigned long ffbit[NBITS(FF_MAX)];

       //存放受力设备的属性

int ff_effects_max;

       //显然与受力效果有关，具体作用还不大清楚。

unsigned int keycodemax;

unsigned int keycodesize;

void * keycode;

       //这三个不是很清楚，有点模糊理解。

unsigned int repeat_key;

       //存放重复按键时的键值

struct timer_list timer;

       //定时器

struct pm_dev *pm_dev;

       //考虑到有些设备可能有电源管理

struct pt_regs *regs;

       //不清楚

int state;

       //显然是表示一个状态，但不清楚具体是谁的状态

int sync;

       //具体用于什么也不大清楚

int abs[ABS_MAX + 1];

       //显然是与绝对坐标有关的，但具体的作用不清楚。

int rep[REP_MAX + 1];

       //存放重复按键时的延时，系统依靠这个延时时间来判断重复按键

       //rep[0]表示开始要重复按键时的延时时间，即第1个键与第2个键（开始重复按键）之间的延时

       //rep[1]此后重复按键之前的延时时间，直到按键抬起

       //通俗解释就是，假如我按了一个“a”，并且一直按着，那么在显示出来的第一个a与第二个a之间的时间延时为rep[0]，而此后的相邻两个a之间的延时为rep[1]

  

unsigned long key[NBITS(KEY_MAX)];

unsigned long led[NBITS(LED_MAX)];

unsigned long snd[NBITS(SND_MAX)];

       //不知道有什么用

int absmax[ABS_MAX + 1];

int absmin[ABS_MAX + 1];

int absfuzz[ABS_MAX + 1];

int absflat[ABS_MAX + 1];

       //显然与绝对坐标值有关，但不知道具体作用

 

int (*open)(struct input_dev *dev);

void (*close)(struct input_dev *dev);

int (*accept)(struct input_dev *dev, struct file *file);

int (*flush)(struct input_dev *dev, struct file *file);

int (*event)(struct input_dev *dev, unsigned int type, unsigned int code, int value);

int (*upload_effect)(struct input_dev *dev, struct ff_effect *effect);

int (*erase_effect)(struct input_dev *dev, int effect_id);

       //底层与硬件相关的一组操作，若有具体定义，则会在input core层被调用，具体看input.c。

 

struct input_handle *grab;

       //该结构会在后文做具体介绍，这个指针用于占用输入设备用，如键盘

struct list_head h_list;

struct list_head node;

       //h_list链表用于与input_handler相联系

       //node链表：设备向输入子系统（input subsystem）注册后，会将该链表添加到系统维护的一个链表中去，从而系统可以管理这个设备

/*
 *输入子系统
 *参考gpio-keys.c
*/
#include <linux/module.h>
#include <linux/version.h>

#include <linux/init.h>
#include <linux/fs.h>
#include <linux/interrupt.h>
#include <linux/irq.h>
#include <linux/sched.h>
#include <linux/pm.h>
#include <linux/sysctl.h>
#include <linux/proc_fs.h>
#include <linux/delay.h>
#include <linux/platform_device.h>
#include <linux/input.h>
#include <linux/irq.h>


#include <asm/gpio.h>
#include <asm/io.h>
#include <asm/arch/regs-gpio.h>


struct pin_desc{
    int irq;
    char *name;
    unsigned int pin;
    unsigned int key_val;
};

struct pin_desc pins_desc[4] = {
    {IRQ_EINT0,  "S2", S3C2410_GPF0,   KEY_L},
    {IRQ_EINT2,  "S3", S3C2410_GPF2,   KEY_S},
    {IRQ_EINT11, "S4", S3C2410_GPG3,   KEY_ENTER},
    {IRQ_EINT19, "S5",  S3C2410_GPG11, KEY_LEFTSHIFT},
};

static struct input_dev *g_ptButtonsInput;
static struct timer_list g_tButtonsTimer;
static struct pin_desc *g_ptPindescTmp;


static irqreturn_t buttons_irq(int irq, void *dev_id)
{
    /* 10ms后启动定时器 */
    g_ptPindescTmp = (struct pin_desc *)dev_id;
    mod_timer(&g_tButtonsTimer, jiffies+HZ/100);
    return IRQ_RETVAL(IRQ_HANDLED);
}

static void ButtonsTimerFunc(unsigned long data)
{
    struct pin_desc * tPindesc = g_ptPindescTmp;
    unsigned int uiPinval;

    if(!tPindesc)
        return;
    
    uiPinval = s3c2410_gpio_getpin(tPindesc->pin);

    if (uiPinval)
    {
        /* 松开 */
        input_event(g_ptButtonsInput, EV_KEY, tPindesc->key_val, 0);
        input_sync(g_ptButtonsInput);
    }
    else
    {
        /* 按下 */
        input_event(g_ptButtonsInput, EV_KEY, tPindesc->key_val, 1);
        input_sync(g_ptButtonsInput);

    }
}

static int buttons_init(void)
{
    int iError;
    int i;
    /*1.分配一个input_dev结构体*/
    g_ptButtonsInput = input_allocate_device();
    if (!g_ptButtonsInput)
        return -ENOMEM;
    /*2.设置*/

    /*2.1事件类型*/
    set_bit(EV_KEY, g_ptButtonsInput->evbit);
    set_bit(EV_REP, g_ptButtonsInput->evbit);

    
    /*2.2哪些事件*/
    set_bit(KEY_L, g_ptButtonsInput->keybit);
    set_bit(KEY_S, g_ptButtonsInput->keybit);
    set_bit(KEY_ENTER, g_ptButtonsInput->keybit);
    set_bit(KEY_LEFTSHIFT, g_ptButtonsInput->keybit);


    
    /*3.注册*/
    iError = input_register_device(g_ptButtonsInput);
    if (iError) {
        printk("Unable to register buttons input device\n");
    }

    /*4.硬件相关的操作*/
    init_timer(&g_tButtonsTimer);
    g_tButtonsTimer.function = &ButtonsTimerFunc;    /* timer handler */
    add_timer(&g_tButtonsTimer);

    for(i = 0; i < 4; i++)
    {
        request_irq(pins_desc[i].irq,  buttons_irq, IRQT_BOTHEDGE, pins_desc[i].name, &pins_desc[i]);
    }
    return 0;

}

static void buttons_exit(void)
{
    int i;

    for(i = 0;i<4;i++)
    {
        free_irq(pins_desc[i].irq, &pins_desc[i]);    
    }

    del_timer(&g_tButtonsTimer);
    input_unregister_device(g_ptButtonsInput);
    input_free_device(g_ptButtonsInput);
}

module_init(buttons_init);
module_exit(buttons_exit);

MODULE_LICENSE("GPL");

//input驱动的测试方法
1.ls /dev/event* -l 查看现有的/dev/event*设备
2.insmod buttons_input.ko 安装驱动
3.ls /dev/event* -l 查看buttons_input对应的设备
4.cat /dev/tty1，然后在按键，“l”“s”“ENTER”便会出现ls
5.如果启动了QT，可以点开记事本，按相应的按键“l”“s”“ENTER”便会在记事本上出现ls
6.也可通过执行exec 0</dev/tty1   //标准输入改为tty1，然后重复上述操作即可。