本節(jié)從整體上講解了輸入子系統(tǒng)的框架結(jié)構(gòu)。有助于讀者從整體上認(rèn)識(shí)linux的輸入子系統(tǒng)。在陷入代碼分析的過(guò)程中，通過(guò)本節(jié)的知識(shí)能夠找準(zhǔn)方向，明白原理。
本節(jié)重點(diǎn)：
- 輸入子系統(tǒng)的框架結(jié)構(gòu)
- 各層對(duì)應(yīng)內(nèi)核中的文件位置
- 輸入子系統(tǒng)的事件處理機(jī)制
- 輸入子系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)層基本操作流程
- 輸入子系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)層常用函數(shù)
本節(jié)難點(diǎn)：
輸入子系統(tǒng)的事件處理機(jī)制
輸入子系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)工作流程
1 初識(shí)linux輸入子系統(tǒng)
linux輸入子系統(tǒng)（linux input subsystem）從上到下由三層實(shí)現(xiàn)，分別為：輸入子系統(tǒng)事件處理層（EventHandler）、輸入子系統(tǒng)核心層（InputCore）和輸入子系統(tǒng)設(shè)備驅(qū)動(dòng)層。
對(duì)于輸入子系統(tǒng)設(shè)備驅(qū)動(dòng)層而言，主要實(shí)現(xiàn)對(duì)硬件設(shè)備的讀寫訪問(wèn)，中斷設(shè)置，并把硬件產(chǎn)生的事件轉(zhuǎn)換為核心層定義的規(guī)范提交給事件處理層。
對(duì)于核心層而言，為設(shè)備驅(qū)動(dòng)層提供了規(guī)范和接口。設(shè)備驅(qū)動(dòng)層只要關(guān)心如何驅(qū)動(dòng)硬件并獲得硬件數(shù)據(jù)（例如按下的按鍵數(shù)據(jù)），然后調(diào)用核心層提供的接口，核心層會(huì)自動(dòng)把數(shù)據(jù)提交給事件處理層。
對(duì)于事件處理層而言，則是用戶編程的接口（設(shè)備節(jié)點(diǎn)），并處理驅(qū)動(dòng)層提交的數(shù)據(jù)處理。
對(duì)于linux輸入子系統(tǒng)的框架結(jié)構(gòu)如下圖1所示：
圖1 linux輸入子系統(tǒng)框架結(jié)構(gòu)
由上圖所展現(xiàn)的內(nèi)容就是linux輸入子系統(tǒng)的分層結(jié)構(gòu)。
/dev/input目錄下顯示的是已經(jīng)注冊(cè)在內(nèi)核中的設(shè)備編程接口，用戶通過(guò)open這些設(shè)備文件來(lái)打開不同的輸入設(shè)備進(jìn)行硬件操作。
事件處理層為不同硬件類型提供了用戶訪問(wèn)及處理接口。例如當(dāng)我們打開設(shè)備/dev/input/mice時(shí)，會(huì)調(diào)用到事件處理層的Mouse Handler來(lái)處理輸入事件，這也使得設(shè)備驅(qū)動(dòng)層無(wú)需關(guān)心設(shè)備文件的操作，因?yàn)镸ouse Handler已經(jīng)有了對(duì)應(yīng)事件處理的方法。
輸入子系統(tǒng)由內(nèi)核代碼drivers/input/input.c構(gòu)成，它的存在屏蔽了用戶到設(shè)備驅(qū)動(dòng)的交互細(xì)節(jié)，為設(shè)備驅(qū)動(dòng)層和事件處理層提供了相互通信的統(tǒng)一界面。
下圖2簡(jiǎn)單描述了linux輸入子系統(tǒng)的事件處理機(jī)制：
圖2 linux輸入子系統(tǒng)事件處理機(jī)制
由上圖可知輸入子系統(tǒng)核心層提供的支持以及如何上報(bào)事件到input event drivers。
作為輸入設(shè)備的驅(qū)動(dòng)開發(fā)者，需要做以下幾步：
1、在驅(qū)動(dòng)加載模塊中，設(shè)置你的input設(shè)備支持的事件類型，類型參見表1設(shè)置
2、 注冊(cè)中斷處理函數(shù)，例如鍵盤設(shè)備需要編寫按鍵的抬起、放下，觸摸屏設(shè)備需要編寫按下、抬起、絕對(duì)移動(dòng)，鼠標(biāo)設(shè)備需要編寫單擊、抬起、相對(duì)移動(dòng)，并且需要在必要的時(shí)候提交硬件數(shù)據(jù)（鍵值/坐標(biāo)/狀態(tài)等等）
3、 將輸入設(shè)備注冊(cè)到輸入子系統(tǒng)中
表1 Linux輸入子系統(tǒng)支持的數(shù)據(jù)類型
EV_SYN 0x00 同步事件
EV_KEY 0x01 按鍵事件
EV_REL 0x02 相對(duì)坐標(biāo)(如：鼠標(biāo)移動(dòng)，報(bào)告相對(duì)最后一次位置的偏移)
EV_ABS 0x03 絕對(duì)坐標(biāo)(如：觸摸屏或操作桿，報(bào)告絕對(duì)的坐標(biāo)位置)
EV_MSC 0x04 其它
EV_SW 0x05 開關(guān)
EV_LED 0x11 按鍵/設(shè)備燈
EV_SND 0x12 聲音/警報(bào)
EV_REP 0x14 重復(fù)
EV_FF 0x15 力反饋
EV_PWR 0x16 電源
EV_FF_STATUS 0x17 力反饋狀態(tài)
EV_MAX 0x1f 事件類型最大個(gè)數(shù)和提供位掩碼支持
由表1可知，設(shè)備所能表示的事件種類，一個(gè)設(shè)備可以選擇一個(gè)或多個(gè)事件類型上報(bào)給輸入子系統(tǒng)。
Linux輸入子系統(tǒng)提供了設(shè)備驅(qū)動(dòng)層上報(bào)輸入事件的函數(shù)，在include/linux/input.h中：
voidinput_report_key(struct input_dev *dev, unsigned int code, int value); //上報(bào)按鍵事件
voidinput_report_rel(struct input_dev *dev, unsigned int code, int value); //上報(bào)相對(duì)坐標(biāo)事件
voidinput_report_abs(struct input_dev *dev, unsigned int code, int value); //上報(bào)絕對(duì)坐標(biāo)事件
當(dāng)提交輸入設(shè)備產(chǎn)生的輸入事件之后，需要調(diào)用下面的函數(shù)來(lái)通知輸入子系統(tǒng)，以處理設(shè)備產(chǎn)生的完整事件：
void input_sync(struct input_dev *dev);
2 輸入設(shè)備驅(qū)動(dòng)的簡(jiǎn)單案例
在Linux內(nèi)核文檔的documentation/input下，有一個(gè)input-programming.txt文件，講解了編寫輸入設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序的核心步驟。
提供的案例代碼描述了一個(gè)button設(shè)備，產(chǎn)生的事件通過(guò)BUTTON_PORT引腳獲取，當(dāng)有按下/釋放發(fā)生時(shí)，BUTTON_IRQ被觸發(fā)，以下是驅(qū)動(dòng)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(tǒng)的設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序需要包含，因?yàn)樗溯斎胱酉到y(tǒng)的接口和所有的宏定義，這些內(nèi)容在編寫輸入設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序時(shí)需要用到。
button_init函數(shù)說(shuō)明：
當(dāng)模塊加載（insmod）或內(nèi)核引導(dǎo)過(guò)程中，button_init函數(shù)會(huì)被調(diào)用。首先做的工作是獲取能夠正確控制硬件設(shè)備的硬件資源（例如內(nèi)存、IO內(nèi)存、中斷和DMA），在代碼中BUTTON_IRQ作為BUTTON設(shè)備的中斷資源，通過(guò)request_irq（）函數(shù)被申請(qǐng)注冊(cè)。當(dāng)有按鍵按下/釋放時(shí)，調(diào)用button_interrupt（）中斷處理函數(shù)獲取按鍵值BUTTON_PORT（BUTTON設(shè)備的I/O資源）。
那么輸入子系統(tǒng)怎么能夠知道這個(gè)設(shè)備為輸入設(shè)備呢？通過(guò)第8行為設(shè)備定義一個(gè)用于描述一個(gè)輸入設(shè)備對(duì)象。
static struct input_dev *button_dev;
定義了button_dev之后，如何通知輸入子系統(tǒng)有新的輸入設(shè)備了呢？或者說(shuō)如何把一個(gè)新的輸入設(shè)備加入到輸入子系統(tǒng)中呢？可以通過(guò)輸入子系統(tǒng)核心層input.c中提供的函數(shù)分配一個(gè)輸入設(shè)備，在代碼的第25行。
button_dev= input_allocate_device();
有了輸入設(shè)備的描述，當(dāng)事件產(chǎn)生時(shí)，輸入子系統(tǒng)怎么能夠知道設(shè)備產(chǎn)生的事件類型呢？通過(guò)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(shè)備產(chǎn)生的事件類型和上報(bào)的按鍵值。其中輸入子系統(tǒng)的一些位操作NBITS、BIT、LONG經(jīng)常被用到：
#defineNBITS(x) (((x)/BITS_PER_LONG)+1) //通過(guò)位x獲取數(shù)組的長(zhǎng)度
#defineBIT(x) (1UL((x)%BITS_PER_LONG)) //返回位x在數(shù)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(cè)為輸入設(shè)備了，代碼的35行。
input_register_device(button_dev);
這個(gè)函數(shù)把button_dev輸入設(shè)備掛入輸入設(shè)備鏈表中，并且通知事件處理層調(diào)用connect函數(shù)完成設(shè)備和事件處理的綁定，當(dāng)用戶打開設(shè)備時(shí)，便能夠調(diào)用到相應(yīng)的事件處理接口獲得硬件上報(bào)的數(shù)據(jù)了。input_register_device（）函數(shù)是會(huì)睡眠的函數(shù)，因此不能夠在中斷上下文和持有自旋鎖的代碼中調(diào)用。
當(dāng)我們把上面的工作做完之后，設(shè)備驅(qū)動(dòng)中唯一值得關(guān)注的就是button_interrupt（）中斷處理函數(shù)了。當(dāng)按鍵動(dòng)作發(fā)生，button_interrupt（）函數(shù)被調(diào)用，完成事件的上報(bào)由其中的兩條語(yǔ)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(bào)了這是一個(gè)按鍵事件，且它的值為inb(BUTTON_PORT) 1，由于案例代碼只產(chǎn)生一個(gè)按鍵的值，因此input_sync（）在這里不起關(guān)鍵作用。但如果是一個(gè)觸摸屏，即有x坐標(biāo)和y坐標(biāo)，則需要通過(guò)input_sync（）函數(shù)把x和y坐標(biāo)完整地傳遞給輸入子系統(tǒng)。
用于測(cè)試的應(yīng)用層代碼：
testkeyread_jb51.rar
