Linux驱动-输入子系统框架

部分内容参考Linux学习之路,表示感谢.

输入子系统一般将该类驱动划分为3部分，事件处理层为纯软件的东西，设备层涉及底层硬件，它们通过核心层建立联系，对外提供open write等接口。

一、核心层 input.c向外界提供接口

① 在 input_init 中注册了字符设备驱动

err = register_chrdev(INPUT_MAJOR, "input", &input_fops);
static const struct file_operations input_fops = {
        .owner = THIS_MODULE,
        .open = input_open_file,
    };

② 在注册的fops中，仅仅只有1个open函数，下面我们来看这个open函数input_open_file

static int input_open_file(struct inode *inode, struct file *file)
{
// 定义一个input_handler指针，根据次设备号，从 input_table 数组中取出对应的 handler
struct input_handler *handler = input_table[iminor(inode) >> 5];
const struct file_operations *old_fops, *new_fops = NULL;
// 将 handler 的fops赋值给file->f_op,并用调用新的open函数
        old_fops = file->f_op;
        file->f_op = fops_get(handler->fops);
        err = file->f_op->open(inode, file);

那么，必定有个地方创建了handler并对它进行一定的设置，并提供fops函数，将它放入input_table。

就这样，Input.c 实现了一个通用对外接口。

二、事件处理层，注册input_handler

① 放入链表、数组（input_register_handler）

input.c/input_register_handler 函数中 创建了handler并对它进行一定的设置，提供fops函数，将它放入input_table

int input_register_handler(struct input_handler *handler)
 {
 // 将 handler 放入 input_table
 input_table[handler->minor >> 5] = handler;

        // 将 handler 放入 input_handler_list 链表
 list_add_tail(&handler->node, &input_handler_list);

        // 取出 input_dev_list 链表中的每一个 dev 与 该 handler 进行 比对
 list_for_each_entry(dev, &input_dev_list, node)
 input_attach_handler(dev, handler);
    }

以 Evdev.c 为例来更好的进行说明

static struct input_handler evdev_handler = {
        .event = evdev_event,
        .connect = evdev_connect,
        .disconnect = evdev_disconnect,
        .fops  = &evdev_fops,
        .minor = EVDEV_MINOR_BASE,
        .name  = "evdev",
        .id_table= evdev_ids,
    };
static int __init evdev_init(void)
    {
return input_register_handler(&evdev_handler);
    }

我们与核心层提供的接口对应一下，假设APP需要读按键：

app: read > ... > file->f_op->read == handler->fops->read == evdev_handler->evdev_fops->evdev_read

 /* 读函数中 如果没有事件上报休眠，等待上报事件 唤醒休眠，将事件传送到用户空间 */
static ssize_t evdev_read(struct file *file, char __user *buffer, size_t count, loff_t *ppos)
{
//如果无数据可读，且为非阻塞方式 立刻返回
if (client->head == client->tail && evdev->exist && (file->f_flags & O_NONBLOCK))
return -EAGAIN;
//否则，进入休眠
    retval = wait_event_interruptible(evdev->wait,
        client->head != client->tail || !evdev->exist);
//将内核空间数据拷贝到用户空间，略
return retval;
}

② 匹配 （input_attach_handler）

static int input_attach_handler(struct input_dev *dev, struct input_handler *handler)
    {
// 看 dev.id 是否存在于 handler->id_table 中
id = input_match_device(handler->id_table, dev);
if (!id)
return -ENODEV;
// 在的话，调用 handler->connect
        error = handler->connect(handler, dev, id);
    }

③ 建立连接

我们以 Evdev.c 为例，看一下connect函数

static int evdev_connect(struct input_handler *handler, struct input_dev *dev,
    const struct input_device_id *id)
    {
// 不要关心 evdev ，只看 evdev->handle 即可，这里构建了一个 handle ,注意不是handler
// handle 就是个 中间件，可以理解成胶带，它把 hander 与 dev 连在一起
        evdev = kzalloc(sizeof(struct evdev), GFP_KERNEL);

// 第一次建立联系，在 handle 中记录 dev 与 handle 的信息，这样通过handle就可以找到dev与handler
// 即是 实现 handle -> dev handle -> hander 的联系
        evdev->handle.dev = dev;
        evdev->handle.handler = handler;

// 申请设备号，创建设备节点
        devt = MKDEV(INPUT_MAJOR, EVDEV_MINOR_BASE + minor),
        dev_set_name(&evdev->dev, "event%d", minor);
// 在input 类下面创建设备,文件夹的名字是 evdev->name ->inputn ,设备名是 dev->cdev.dev.name -> eventn
        cdev = class_device_create(&input_class, &dev->cdev, devt,
        dev->cdev.dev, evdev->name);
// 注册 handle
        error = input_register_handle(&evdev->handle);
    }

④ 注册handle，第二次建立联系

int input_register_handle(struct input_handle *handle)
    {
        struct input_handler *handler = handle->handler;
// 将handle 记录在 dev->h_list 中
        list_add_tail(&handle->d_node, &handle->dev->h_list);
// 将handle 记录在 handler->h_list 中
        list_add_tail(&handle->h_node, &handler->h_list);
// 至此，dev 与 hander 也可以找到handle了，dev <-> handle <-> handler 之间畅通无阻
    }

小结：

事件处理层，构建 handler , 通过 input_register_handler 进行注册，注册时

1、将 handler 放入 input_handler_list 链表

2、将 handler 放入 input_table

3、取出 input_dev_list链表中的每一个dev 调用 input_attach_handler 进行id匹配

4、如果匹配成功，则调用 handler->connect 第一次建立连接

5、创建 handle 来进行第二次建立连接，在 handle 中记录 dev 与 handler 的信息，这样通过handle就可以找到dev与handler

6、在dev hander 中记录 handle的信息，实现 dev <-> handle <-> handler

三、设备层，注册input_dev

int input_register_device(struct input_dev *dev)
    {
// 将 dev 放入 input_dev_list
list_add_tail(&dev->node, &input_dev_list);
// 匹配 handler ,参考 ①、②
list_for_each_entry(handler, &input_handler_list, node)
input_attach_handler(dev, handler);
    }

建立设备层与设备处理层联系作用

以上面Evdev.c读按键为例：假设无按键按下进如休眠模式

wait_event_interruptible(evdev->wait,
client->head != client->tail || !evdev->exist);

那么谁来唤醒休眠呢？

static void evdev_event(struct input_handle *handle, unsigned int type, unsigned int code, int value)
{
    wake_up_interruptible(&evdev->wait);
}

这样我们似乎明白了，在设备层，我们写驱动的时候，比如按键按了一下，我们要上报event 到Handler层进行处理，然后提交给用户程序。

例如：Gpio_keys.c 中断处理函数中

static irqreturn_t gpio_keys_isr(int irq, void *dev_id)
    {
// 上报事件
        input_event(input, type, button->code, !!state);
        input_sync(input);
return IRQ_HANDLED;
    }

回看input.c/input_event函数

input_event(struct input_dev *dev, unsigned int type, unsigned int code, int value)
    struct input_handle *handle;

    list_for_each_entry(handle, &dev->h_list, d_node)
if (handle->open)
handle->handler->event(handle, type, code, value);

最终调用 handler->event(handle, type, code, value);

刚好与我们的例子对应：evdev_handler->evdev_event >> wake_up_interruptible(&evdev->wait);

四、写一个基于Input子系统的设备驱动

事件处理层不用我们管了，- -是暂时能力有限管不了。写写设备层的程序就好了。

软件设计流程：

/* 1. 分配一个Input_dev结构体 */

/* 2. 设置 支持哪一类事件，该类事件里的那些事件*/

/* 3.注册 */

/* 4.硬件相关操作 */

流程图：

设置事件的类型：

/*事件类型：*/

struct input_dev {  

void *private;                           //输入设备私有指针，一般指向用于描述设备驱动层的设备结构 

const char *name;                        //提供给用户的输入设备的名称 
const char *phys;                        //提供给编程者的设备节点的名称 
const char *uniq;                        //指定唯一的ID号，就像MAC地址一样 
struct input_id id;                      //输入设备标识ID，用于和事件处理层进行匹配 

unsigned long evbit[NBITS(EV_MAX)];      //位图，记录设备支持的事件类型 
/* 
 * #define EV_SYN 0x00 //同步事件 
 * #define EV_KEY 0x01 //按键事件 
 * #define EV_REL 0x02 //相对坐标 
 * #define EV_ABS 0x03 //绝对坐标 
 * #define EV_MSC 0x04 //其它 
 * #define EV_SW 0x05 //开关事件 
 * #define EV_LED 0x11 //LED事件 
 * #define EV_SND 0x12 
 * #define EV_REP 0x14<span style="white-space:pre"> </span>//重复上报 
 * #define EV_FF 0x15 
 * #define EV_PWR 0x16 
 * #define EV_FF_STATUS 0x17 
 * #define EV_MAX 0x1f 
 */  
unsigned long keybit[NBITS(KEY_MAX)];    //位图，记录设备支持的按键类型 
unsigned long relbit[NBITS(REL_MAX)];    //位图，记录设备支持的相对坐标 
unsigned long absbit[NBITS(ABS_MAX)];    //位图，记录设备支持的绝对坐标 
unsigned long mscbit[NBITS(MSC_MAX)];    //位图，记录设备支持的其他功能 
unsigned long ledbit[NBITS(LED_MAX)];    //位图，记录设备支持的指示灯 
unsigned long sndbit[NBITS(SND_MAX)];    //位图，记录设备支持的声音或警报 
unsigned long ffbit[NBITS(FF_MAX)];      //位图，记录设备支持的作用力功能 
unsigned long swbit[NBITS(SW_MAX)];      //位图，记录设备支持的开关功能 

unsigned int keycodemax;                //设备支持的最大按键值个数 
unsigned int keycodesize;               //每个按键的字节大小 
void *keycode;                          //指向按键池，即指向按键值数组首地址 
int (*setkeycode)(struct input_dev *dev, int scancode, int keycode);        //修改按键值 
int (*getkeycode)(struct input_dev *dev, int scancode, int *keycode);       //获取按键值 

struct ff_device *ff;                          

unsigned int repeat_key;                //支持重复按键 
struct timer_list timer;                //设置当有连击时的延时定时器 

int state;                  

int sync;       //同步事件完成标识，为1说明事件同步完成 

int abs[ABS_MAX + 1];                //记录坐标的值 
int rep[REP_MAX + 1];                //记录重复按键的参数值 

unsigned long key[NBITS(KEY_MAX)];   //位图，按键的状态 
unsigned long led[NBITS(LED_MAX)];   //位图，led的状态 
unsigned long snd[NBITS(SND_MAX)];   //位图，声音的状态 
unsigned long sw[NBITS(SW_MAX)];     //位图，开关的状态 

int absmax[ABS_MAX + 1];             //位图，记录坐标的最大值 
int absmin[ABS_MAX + 1];             //位图，记录坐标的最小值 
int absfuzz[ABS_MAX + 1];            //位图，记录坐标的分辨率 
int absflat[ABS_MAX + 1];            //位图，记录坐标的基准值 

int (*open)(struct input_dev *dev);                         //输入设备打开函数 
void (*close)(struct input_dev *dev);                       //输入设备关闭函数 
int (*flush)(struct input_dev *dev, struct file *file);     //输入设备断开后刷新函数 
int (*event)(struct input_dev *dev, unsigned int type, unsigned int code, int value);        //事件处理 

struct input_handle *grab;              

struct mutex mutex;                     //用于open、close函数的连续访问互斥 
unsigned int users;                  

struct class_device cdev;               //输入设备的类信息 
union {                                 //设备结构体 
struct device *parent;  
        } dev;  

struct list_head        h_list;         //handle链表 
struct list_head        node;           //input_dev链表 
};  

驱动函数:buttons_drv.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[3] = {
    {IRQ_EINT0, "s2",S3C2410_GPF0,KEY_L},
    {IRQ_EINT2, "s3",S3C2410_GPF2,KEY_S},
    {IRQ_EINT11,"s4",S3C2410_GPG3,KEY_ENTER},
};


static struct input_dev *buttons_dev; 
static struct pin_desc *irq_pd;
static struct timer_list buttons_timer;

static irqreturn_t buttons_irq(int irq, void *dev_id)
{
/* 设置定时器，发生中断后10ms后再去读电平值 */
    irq_pd = (struct pin_desc *)dev_id;
    mod_timer(&buttons_timer,jiffies+HZ/100);
return IRQ_RETVAL(IRQ_HANDLED);
}

static void buttons_timer_function(unsigned long data)
{
struct pin_desc *pindesc = irq_pd;
unsigned int pinval;

if(!pindesc)
return;
    pinval =  s3c2410_gpio_getpin(pindesc->pin);
if(pinval)
    {
/* 松开 : 最后一个参数: 0-松开，1-按下 */
        input_event(buttons_dev,EV_KEY,pindesc->key_val,0);
    }
else
    {
/* 按下 : 最后一个参数: 0-松开，1-按下 */
        input_event(buttons_dev,EV_KEY,pindesc->key_val,1);
    }

}

static int buttons_init(void)
{
int i;
/* 1. 分配一个input_dev结构体 */
    buttons_dev = input_allocate_device();

/* 2. 设置 */
/* 2.1 能产生哪类事件 */
    set_bit(EV_KEY,buttons_dev->evbit);
    set_bit(EV_REP, buttons_dev->evbit);//用于重复事件，按下按键不松开可一直输入

/* 2.2 能产生这类事件里的哪些操作:L,S,ENTER */
    set_bit(KEY_L,buttons_dev->keybit);
    set_bit(KEY_S,buttons_dev->keybit);
    set_bit(KEY_ENTER,buttons_dev->keybit);

/* 3. 注册 */
    input_register_device(buttons_dev);

/* 4. 硬件相关的操作 */
    init_timer(&buttons_timer);
    buttons_timer.function = buttons_timer_function;
    add_timer(&buttons_timer);

for(i = 0 ;i < 3;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 < 3;i++)
    {
        free_irq(pins_desc[i].irq,&pins_desc[i]);
    }
    del_timer(&buttons_timer);
    input_unregister_device(buttons_dev);
    input_free_device(buttons_dev);
}

module_init(buttons_init);
module_exit(buttons_exit);
MODULE_LICENSE("GPL");

测试方法：

① 通过控制台查看cat /dev/tty1

这里有个问题就是必须按下回车才会出现回显，因为我们默认的输出设备为串口，现在将他改为tty1，使用exec 0</dev/tty1

② 通过hexdump /dev/event1 查看用户得到的数据和驱动中的数据比对

---

硬件有数据产生时，调用input_event 上报时间（上报事件核心）
--》handle->handler->event(handle, type, code, value);//从输入设备的h_list里面找出handle，从handle得到handler，调用它的event函数
--》evdev_event//记录按键值-->发信号--》唤醒程序,因为之前read时没数据会休眠;

那么我们这里：
open(/dev/event1)–》read > ... > –》evdev_handler->evdev_fops->evdev_read–》evdev_event_to_user –》读到input_event -->

struct input_event {
struct timeval time;  时间
__u16 type; 类别（按键类、相对位移、绝对位移）
__u16 code;那个位置位置
__s32 value;
};//这个结构体可以支持所有的输入事件。

刚好一一对应测试成功。