Linux設備模型之input子系統的示例分析

這篇文章主要介紹Linux設備模型之input子系統的示例分析，文中介紹的非常詳細，具有一定的參考價值，感興趣的小伙伴們一定要看完！

本節重點：

•          輸入子系統的框架結構

•          各層對應內核中的文件位置

•          輸入子系統的事件處理機制

•          輸入子系統的驅動層基本操作流程

•          輸入子系統的驅動層常用函數

本節難點：

輸入子系統的事件處理機制

輸入子系統的驅動工作流程

1 初識linux輸入子系統

linux輸入子系統（linux input subsystem）從上到下由三層實現，分別為：輸入子系統事件處理層（EventHandler）、輸入子系統核心層（InputCore）和輸入子系統設備驅動層。

對于輸入子系統設備驅動層而言，主要實現對硬件設備的讀寫訪問，中斷設置，并把硬件產生的事件轉換為核心層定義的規范提交給事件處理層。

對于核心層而言，為設備驅動層提供了規范和接口。設備驅動層只要關心如何驅動硬件并獲得硬件數據（例如按下的按鍵數據），然后調用核心層提供的接口，核心層會自動把數據提交給事件處理層。

對于事件處理層而言，則是用戶編程的接口（設備節點），并處理驅動層提交的數據處理。

對于linux輸入子系統的框架結構如下圖1所示：

圖1 linux輸入子系統框架結構

由上圖所展現的內容就是linux輸入子系統的分層結構。

/dev/input目錄下顯示的是已經注冊在內核中的設備編程接口，用戶通過open這些設備文件來打開不同的輸入設備進行硬件操作。

事件處理層為不同硬件類型提供了用戶訪問及處理接口。例如當我們打開設備/dev/input/mice時，會調用到事件處理層的Mouse Handler來處理輸入事件，這也使得設備驅動層無需關心設備文件的操作，因為Mouse Handler已經有了對應事件處理的方法。

輸入子系統由內核代碼drivers/input/input.c構成，它的存在屏蔽了用戶到設備驅動的交互細節，為設備驅動層和事件處理層提供了相互通信的統一界面。

下圖2簡單描述了linux輸入子系統的事件處理機制：

圖2 linux輸入子系統事件處理機制

由上圖可知輸入子系統核心層提供的支持以及如何上報事件到input event drivers。

作為輸入設備的驅動開發者，需要做以下幾步：

1、在驅動加載模塊中，設置你的input設備支持的事件類型，類型參見表1設置 

2、 注冊中斷處理函數，例如鍵盤設備需要編寫按鍵的抬起、放下，觸摸屏設備需要編寫按下、抬起、絕對移動，鼠標設備需要編寫單擊、抬起、相對移動，并且需要在必要的時候提交硬件數據（鍵值/坐標/狀態等等） 

3、 將輸入設備注冊到輸入子系統中

表1 Linux輸入子系統支持的數據類型

EV_SYN     0x00    同步事件
EV_KEY     0x01    按鍵事件
EV_REL     0x02    相對坐標(如：鼠標移動，報告相對最后一次位置的偏移)
EV_ABS     0x03    絕對坐標(如：觸摸屏或操作桿，報告絕對的坐標位置)
EV_MSC     0x04    其它
EV_SW      0x05    開關
EV_LED     0x11    按鍵/設備燈
EV_SND     0x12    聲音/警報
EV_REP     0x14    重復
EV_FF      0x15    力反饋
EV_PWR    0x16    電源
EV_FF_STATUS    0x17   力反饋狀態
EV_MAX    0x1f    事件類型最大個數和提供位掩碼支持

由表1可知，設備所能表示的事件種類，一個設備可以選擇一個或多個事件類型上報給輸入子系統。

Linux輸入子系統提供了設備驅動層上報輸入事件的函數，在include/linux/input.h中：

voidinput_report_key(struct input_dev *dev, unsigned int code, int value);      //上報按鍵事件
voidinput_report_rel(struct input_dev *dev, unsigned int code, int value);       //上報相對坐標事件
voidinput_report_abs(struct input_dev *dev, unsigned int code, int value);              //上報絕對坐標事件

當提交輸入設備產生的輸入事件之后，需要調用下面的函數來通知輸入子系統，以處理設備產生的完整事件：

void input_sync(struct input_dev *dev);

2 輸入設備驅動的簡單案例

在Linux內核文檔的documentation/input下，有一個input-programming.txt文件，講解了編寫輸入設備驅動程序的核心步驟。

提供的案例代碼描述了一個button設備，產生的事件通過BUTTON_PORT引腳獲取，當有按下/釋放發生時，BUTTON_IRQ被觸發，以下是驅動的源代碼：

#include                                                                                                           
 #include   
 #include   
  
 #include   
 #include   
  
 static struct input_dev *button_dev;  
  
 static void button_interrupt(int irq, void*dummy, struct pt_regs *fp)  
 {  
        input_report_key(button_dev, BTN_1, inb(BUTTON_PORT) & 1);  
        input_sync(button_dev);  
 }        
  
 static int __init button_init(void)  
 {  
        int error;  
          
        if (request_irq(BUTTON_IRQ, button_interrupt, 0, "button",NULL)) {  
                 printk(KERN_ERR"button.c: Can't allocate irq %d\n", button_irq);  
                 return -EBUSY;  
        }        
          
         button_dev = input_allocate_device();  
        if (!button_dev) {  
                 printk(KERN_ERR"button.c: Not enough memory\n");  
                 error = -ENOMEM;  
                 goto err_free_irq;  
        }  
  
        button_dev->evbit[0] = BIT(EV_KEY);  
        button_dev->keybit[LONG(BTN_0)] = BIT(BTN_0);  
  
        error = input_register_device(button_dev);  
        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)  
 {  
       input_unregister_device(button_dev);  
        free_irq(BUTTON_IRQ, button_interrupt);  
}  
  
module_init(button_init);  
module_exit(button_exit);

編寫基于輸入子系統的設備驅動程序需要包含，因為它包含了輸入子系統的接口和所有的宏定義，這些內容在編寫輸入設備驅動程序時需要用到。

button_init函數說明：

當模塊加載（insmod）或內核引導過程中，button_init函數會被調用。首先做的工作是獲取能夠正確控制硬件設備的硬件資源（例如內存、IO內存、中斷和DMA），在代碼中BUTTON_IRQ作為BUTTON設備的中斷資源，通過request_irq（）函數被申請注冊。當有按鍵按下/釋放時，調用button_interrupt（）中斷處理函數獲取按鍵值BUTTON_PORT（BUTTON設備的I/O資源）。

那么輸入子系統怎么能夠知道這個設備為輸入設備呢？通過第8行為設備定義一個用于描述一個輸入設備對象。

static struct input_dev *button_dev;

定義了button_dev之后，如何通知輸入子系統有新的輸入設備了呢？或者說如何把一個新的輸入設備加入到輸入子系統中呢？可以通過輸入子系統核心層input.c中提供的函數分配一個輸入設備，在代碼的第25行。

button_dev= input_allocate_device();

有了輸入設備的描述，當事件產生時，輸入子系統怎么能夠知道設備產生的事件類型呢？通過32和33行的代碼。

button_dev->evbit[0]= BIT(EV_KEY);  
button_dev->keybit[LONG(BTN_0)]= BIT(BTN_0);

其中evbit和keybit成員分別代表設備產生的事件類型和上報的按鍵值。其中輸入子系統的一些位操作NBITS、BIT、LONG經常被用到：

#defineNBITS(x) (((x)/BITS_PER_LONG)+1)                 //通過位x獲取數組的長度  
#defineBIT(x)       (1UL<<((x)%BITS_PER_LONG))       //返回位x在數組中的位域  
#defineLONG(x) ((x)/BITS_PER_LONG)                        //返回位x的索引

以上的工作做完之后，即可注冊為輸入設備了，代碼的35行。

input_register_device(button_dev);

這個函數把button_dev輸入設備掛入輸入設備鏈表中，并且通知事件處理層調用connect函數完成設備和事件處理的綁定，當用戶打開設備時，便能夠調用到相應的事件處理接口獲得硬件上報的數據了。input_register_device（）函數是會睡眠的函數，因此不能夠在中斷上下文和持有自旋鎖的代碼中調用。

當我們把上面的工作做完之后，設備驅動中唯一值得關注的就是button_interrupt（）中斷處理函數了。當按鍵動作發生，button_interrupt（）函數被調用，完成事件的上報由其中的兩條語句完成。

input_report_key(button_dev, BTN_1, inb(BUTTON_PORT) & 1);  
input_sync(button_dev);

其中input_report_key上報了這是一個按鍵事件，且它的值為inb(BUTTON_PORT) & 1，由于案例代碼只產生一個按鍵的值，因此input_sync（）在這里不起關鍵作用。但如果是一個觸摸屏，即有x坐標和y坐標，則需要通過input_sync（）函數把x和y坐標完整地傳遞給輸入子系統。

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