Linux 输入子系统

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Technorati 标签: Kernel 输入子系统 Input

在Linux中，输入设备(如按键、键盘、触摸屏、鼠标等)是典型的字符设备，其一般的工作机理，是底层在按键、触摸时，触发一个中断，或者驱动通过定时器定时查询，通过这两种方式通知CPU，CPU然后通过SPI、I2C或I/O接口读取键值、坐标等数据，放入缓冲区，字符设备驱动管理该缓冲区，向上提供read接口供应用程序使用。

在上述的工作流程中，只有终端、读取数值是根具体硬件设备相关，而输入事件的缓冲区管理以及字符设备驱动的接口函数，都是通用的，因此，有必要统一这些不同的输入设备，提炼出通用部分。

Linux的Input子系统整体框架如下：

先介绍核心数据结构体，再介绍一个简单的例子，然后引入基本功能函数。

核心数据结构体

Input子系统有三层，比较核心的结构体有四个，分别为输入事件input_event，输入设备input_dev，核心处理input_handle,事件处理input_handler,分属于Input的不同层级，在上面这些结构体中，input_handle处于核心地位。如上图所示：

整个Input子系统有两个全局链表，一个是input_dev_list 链表，里面有当前系统下，所有的底层输入设备，一个是input_handler_list链表，里面有当前系统下，所有的事件处理函数。

输入设备

struct input_dev {

…..

struct input_id id;//与input_handler匹配用的id，包括总线类型、生产厂商、产品类型、版本

unsigned long evbit[BITS_TO_LONGS(EV_CNT)]; //设备所支持的事件类型，如按键事件 EV_KEY

unsigned long keybit[BITS_TO_LONGS(KEY_CNT)]; //设备所支持的子事件类型，如按键值

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

unsigned long key[BITS_TO_LONGS(KEY_CNT)];//反应设备当前的按键状态

struct input_handle *grab;//当前占有该设备的input_handle

struct list_head h_list;//该链表头用于链接此设备所关联的input_handle

struct list_head node; //用于将此设备链接到input_dev_list

}

事件处理器

struct input_handler{

…..

int minor; //表示设备的次设备号

/*event用于处理事件*/

void (*event)(struct input_handle *handle, unsigned int type, unsigned int code, int value);

/*connect用于建立handler和device的联系*/

int (*connect)(struct input_handler *handler, struct input_dev *dev, const struct input_device_id *id);

const struct file_operations *fops;//handler的一些处理函数

const struct input_device_id *id_table;//用于和device匹配 ,这个是事件处理器所支持的input设备

const struct input_device_id *blacklist;//匹配黑名单,这个是事件处理器应该忽略的input设备

struct list_head h_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_head node; //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

}

连接结构体

每一个 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

};

数据结构之间的关系

struct input_dev物理输入设备的基本数据结构,包含设备相关的一些信息

struct input_handler 事件处理结构体,定义怎么处理事件的逻辑

struct input_handle用来创建 input_dev 和 input_handler 之间关系的结构体

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。

那么为什么一个input_device和input_handler中拥有的是h_list而不是一个handle呢？因为一个device可能对应多个handler,而一个handler也不能只处理一个device,比如说一个鼠标，它可以对应even handler，也可以对应mouse handler,因此当其注册时与系统中的handler进行匹配，就有可能产生两个实例，一个是evdev,另一个是mousedev,而任何一个实例中都只有一个handle。至于以何种方式来传递事件，就由用户程序打开哪个实例来决定。后面一个情况很容易理解，一个事件驱动不能只为一个甚至一种设备服务，系统中可能有多种设备都能使用这类handler,比如event handler就可以匹配所有的设备。在input子系统中，有8种事件驱动，每种事件驱动最多可以对应32个设备，因此dev实例总数最多可以达到256个。

Input Driver例子

下面以一个简单驱动为例子来介绍

#include <asm/irq.h>

#include <asm/io.h>

static struct input_dev *button_dev;   /*输入设备结构体*/
static irqreturn_t button_interrupt(int irq, void *dummy)     /*中断处理函数*/
{
          input_report_key(button_dev, BTN_0, inb(BUTTON_PORT) & 1); /*向输入子系统报告产生按键事件*/
        input_sync(button_dev);       /*通知接收者,一个报告发送完毕*/
        return IRQ_HANDLED;

}

static int __init button_init(void)      /*加载函数*/
{
        int error;
        if (request_irq(BUTTON_IRQ, button_interrupt, 0, "button", NULL)) /*申请中断，绑定中断处理函数*/
        {
                 printk(KERN_ERR "button.c: Can't allocate irq %d\n", button_irq);
                 return -EBUSY;
         }

button_dev = input_allocate_device(); /*分配一个设备结构体*/

//input_allocate_device()函数在内存中为输入设备结构体分配一个空间,并对其主要的成员进行了初始化.

if (!button_dev)

        {
              printk(KERN_ERR "button.c: Not enough memory\n");
              error = -ENOMEM;
              goto err_free_irq;

}

button_dev->evbit[0] = BIT_MASK(EV_KEY); /*设置按键信息*/

button_dev->keybit[BIT_WORD(BTN_0)] = BIT_MASK(BTN_0);

//分别用来设置设备所产生的事件以及上报的按键值。Struct iput_dev中有两个成员，一个是evbit.一个是keybit.分别用

//表示设备所支持的动作和键值。

         error = input_register_device(button_dev);      /*注册一个输入设备*/
         if (error)
         {
                 printk(KERN_ERR "button.c: Failed to register device\n");
                 goto err_free_dev;
         }

return 0;

err_free_dev:

input_free_device(button_dev);

err_free_irq:
free_irq(BUTTON_IRQ, button_interrupt);
return error;

}

static void __exit button_exit(void)      /*卸载函数*/
{
        input_unregister_device(button_dev); /*注销按键设备*/
        free_irq(BUTTON_IRQ, button_interrupt);        /*释放按键占用的中断线*/
}
module_init(button_init);
module_exit(button_exit);

这个demo代码，在button_init()中，首先注册了中断处理函数，然后调用input_allocate_device()函数分配一个input_dev结构体，并调用input_register_device函数对其进行注册。在中断处理函数中，demo将接受到的按键信息上报给Input子系统，Input子系统向用户态程序提供按键输入信息。

在上述这个简单的驱动里面，涉及到几个问题

1. 输入设备如何传递事件到核心层

2. 核心层如何找到对应事件的事件处理函数

3. 底层输入设备驱动是如何和事件处理层联系上的

基本功能函数

下面从使用流程入手，简要介绍以下input的整体流程，这里只会标注出主要代码流程。

1. 分配一个输入设备

从注释中可知，释放一个还未注册的输入设备，使用input_free_device，释放一个已经注册的设备，使用input_unregister_device。

由于没有输入参数，因此，可以猜测出这个分配出来的input_dev的一些配置都是默认配置。

这里面，比较重要的有两个链表h_list和node，分配后，我们需要在默认配置的基础上，添加自己的配置信息。

2. 注册一个输入设备

从注释上，可以知道，传入参数必须为input_allocate_device的返回值。

这个函数里面会设置input_dev所支持的基本事件类型，注意，一个设备可以支持一种或者多种事件类型。Input子系统需要在sysfs文件系统中体现出现，因此，input在sysfs中的device名称会在这里面设置。

然后将底层输入设备input_dev添加到全局设备链表input_dev_list中，对全局链表input_handler_list中的每一个handler函数，调用

input_attach_handler()。

每一次input_dev的注册，都会遍历事件处理链表input_handler_list，寻找输入设备对应的事件处理程序。

每一次input_hanlder的注册，都会遍历设备链表input_dev_list，寻找事件处理程序对应的输入设备。

上面这两个操作几乎是对称的，机制同platform中的device和device driver的相互寻找类型。

具体代码如下：

platform机制中的寻找，是根据设备名和设备驱动名称来匹配的，这里也不例外，匹配的过程，通过对比input_dev和input_handler的id成员，具体为id成员的总线类型、设备厂商、设备号、设备版本是否一致来判断是否匹配成功。

3. 输入设备找到事件处理程序

正常情况下，使用事件处理程序中的 id_table和输入设备input_dev.id成员进行匹配。id_table指向该事件处理程序支持的设备列表。

匹配成功后，调用handler->connect，将handler和input_dev连接起来。

4. 向Input核心层报告输入事件

这里面的核心函数为 input_handle_event(dev,type,code,value),里面是一个大的switch，一级为事件类型type，二级switch为event code,这里只分析按键相关：

disposition 的取值有如下几种,它表示使用什么样的方式处理该输入事件。
#define INPUT_IGNORE_EVENT                0         // 表示忽略事件,不对其进行处理
#define INPUT_PASS_TO_HANDLERS         1        // 表示将事件交给 handler 处理
#define INPUT_PASS_TO_DEVICE             2        // 表示将事件交给 input_dev 处理
#define INPUT_PASS_TO_ALL                 (INPUT_PASS_TO_HANDLERS | INPUT_PASS_TO_DEVICE)

如果该事件是传递给设备自身，则调用设备驱动自身的event函数来处理事件。

如果该事件时传递给上层事件处理函数，则调用input_pass_event来传递事件，将调用输入设备对于的handler的event()函数来处理输入事件。

注意：只有在handle被打开的情况下，才会接收到事件。

5. Input子系统输入事件处理层

输入事件处理层是在系统初始化时，注册进系统的。

输入子系统的事件处理层核心数据结构为 input_handler，所有输入子系统的事件处理程序都挂在input_handler_list中。在

6. 输入事件处理层注册

系统定义了8个输入事件处理层，这些事件处理层通过handler->h_list连接起来，同时，也存储在全局input_table数组(他们在数组中的索引为设备号右移5位的值)和全局input_handler_list链表中。

同输入设备注册一样，输入事件处理注册时，需要寻找对应的输入设备。代码如下：

在input_attach_handler中，最后会调用error = handler->connect(handler, dev, id);也就是evdev_handler->connect,也就是

evdev_connect函数，在这里面初始化input handle，并且注册到系统。

在这里面，会将handle挂到所对应input device的h_list链表上.还将handle挂到对应的handler的hlist链表上，因此，可以把handle看成是 handler和 input device的信息集合体 .在这个结构里集合了匹配成功的 handler和 input device。就这样，handler和input dev匹配到一起。

7. 事件层处理来自核心层的事件

这里，会调用事件处理层的event函数，也就是evdev_event。每当input dev上报一个事件时，会将其交给和它匹配的handler的event函数来处理，在这里，又会通过遍历链表来调用evdev_pass_event来处理。

这里的操作，就是将event上传的数据保存到client->buffer中。client->head是当前的数据位置，这里是一个环形缓冲区，

写数据是从client->head写.而读数据则是从client->tail中读.

写完之后，通过向上层发起SIGIO信号来通知有事件发生，可以从缓冲区中读取数据了。

7. 输入事件处理函数的文件访问接口

输入设备在上层表现为主设备号为INPUT_MAJOR的设备文件，对他的读写会通过VFS，最后传递到evdev_fops的文件操作结构体中去。

1: static ssize_t evdev_read(struct file *file, char __user *buffer,

2: size_t count, loff_t *ppos)

3: {

4: struct evdev_client *client = file->private_data;

5: struct evdev *evdev = client->evdev;

6: struct input_event event;

7: int retval;

9: if (count < input_event_size())

10: return -EINVAL;

11:

12: if (client->head == client->tail && evdev->exist &&

13: (file->f_flags & O_NONBLOCK))

14: return -EAGAIN;

15:

16: retval = wait_event_interruptible(evdev->wait,

17: client->head != client->tail || !evdev->exist);

18: if (retval)

19: return retval;

20:

21: if (!evdev->exist)

22: return -ENODEV;

23:

24: while (retval + input_event_size() <= count &&

25: evdev_fetch_next_event(client, &event)) {

26:

27: if (input_event_to_user(buffer + retval, &event))

28: return -EFAULT;

29:

30: retval += input_event_size();

31: }

32:

33: return retval;

34: }

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