yangyefeng820803 阅读(47) 评论(0)

本节从整体上讲解了输入子系统的框架结构。有助于读者从整体上认识linux的输入子系统。在陷入代码分析的过程中,通过本节的知识能够找准方向,明白原理。

本节重点:


  •          输入子系统的框架结构
  •          各层对应内核中的文件位置
  •          输入子系统的事件处理机制
  •          输入子系统的驱动层基本操作流程
  •          输入子系统的驱动层常用函数


本节难点:

  •          输入子系统的事件处理机制
  •          输入子系统的驱动工作流程


1    初识linux输入子系统

linux输入子系统(linux input subsystem)从上到下由三层实现,分别为:输入子系统事件处理层(EventHandler)、输入子系统核心层(InputCore)和输入子系统设备驱动层。

对于输入子系统设备驱动层而言,主要实现对硬件设备的读写访问,中断设置,并把硬件产生的事件转换为核心层定义的规范提交给事件处理层。

对于核心层而言,为设备驱动层提供了规范和接口。设备驱动层只要关心如何驱动硬件并获得硬件数据(例如按下的按键数据),然后调用核心层提供的接口,核心层会自动把数据提交给事件处理层。

对于事件处理层而言,则是用户编程的接口(设备节点),并处理驱动层提交的数据处理。

对于linux输入子系统的框架结构如下图1所示:


图1  linux输入子系统框架结构

 

由上图所展现的内容就是linux输入子系统的分层结构。

/dev/input目录下显示的是已经注册在内核中的设备编程接口,用户通过open这些设备文件来打开不同的输入设备进行硬件操作。

事件处理层为不同硬件类型提供了用户访问及处理接口。例如当我们打开设备/dev/input/mice时,会调用到事件处理层的Mouse Handler来处理输入事件,这也使得设备驱动层无需关心设备文件的操作,因为Mouse Handler已经有了对应事件处理的方法。

输入子系统由内核代码drivers/input/input.c构成,它的存在屏蔽了用户到设备驱动的交互细节,为设备驱动层和事件处理层提供了相互通信的统一界面。

下图2简单描述了linux输入子系统的事件处理机制:


图2  linux输入子系统事件处理机制

 

由上图可知输入子系统核心层提供的支持以及如何上报事件到input event drivers。

作为输入设备的驱动开发者,需要做以下几步:

?           在驱动加载模块中,设置你的input设备支持的事件类型,类型参见表1设置

?           注册中断处理函数,例如键盘设备需要编写按键的抬起、放下,触摸屏设备需要编写按下、抬起、绝对移动,鼠标设备需要编写单击、抬起、相对移动,并且需要在必要的时候提交硬件数据(键值/坐标/状态等等)

?           将输入设备注册到输入子系统中

 

表1  Linux输入子系统支持的数据类型

EV_SYN     0x00    同步事件

EV_KEY     0x01    按键事件

EV_REL     0x02    相对坐标(如:鼠标移动,报告相对最后一次位置的偏移)

EV_ABS     0x03    绝对坐标(如:触摸屏或操作杆,报告绝对的坐标位置)

EV_MSC     0x04    其它

EV_SW      0x05    开关

EV_LED     0x11    按键/设备灯

EV_SND     0x12    声音/警报

EV_REP     0x14    重复

EV_FF      0x15    力反馈

EV_PWR    0x16    电源

EV_FF_STATUS    0x17   力反馈状态

EV_MAX    0x1f    事件类型最大个数和提供位掩码支持

由表1可知,设备所能表示的事件种类,一个设备可以选择一个或多个事件类型上报给输入子系统。

Linux输入子系统提供了设备驱动层上报输入事件的函数,在include/linux/input.h中:

voidinput_report_key(struct input_dev *dev, unsigned int code, int value);      //上报按键事件

voidinput_report_rel(struct input_dev *dev, unsigned int code, int value);       //上报相对坐标事件

voidinput_report_abs(struct input_dev *dev, unsigned int code, int value);              //上报绝对坐标事件

……

当提交输入设备产生的输入事件之后,需要调用下面的函数来通知输入子系统,以处理设备产生的完整事件:


  1. void input_sync(struct input_dev *dev);  


2    输入设备驱动的简单案例

在Linux内核文档的documentation/input下,有一个input-programming.txt文件,讲解了编写输入设备驱动程序的核心步骤。

提供的案例代码描述了一个button设备,产生的事件通过BUTTON_PORT引脚获取,当有按下/释放发生时,BUTTON_IRQ被触发,以下是驱动的源代码:


  1. #include                                                                                                           
  2.  #include   
  3.  #include   
  4.   
  5.  #include   
  6.  #include   
  7.   
  8.  static struct input_dev *button_dev;  
  9.   
  10.  static void button_interrupt(int irq, void*dummy, struct pt_regs *fp)  
  11.  {  
  12.         input_report_key(button_dev, BTN_1, inb(BUTTON_PORT) & 1);  
  13.         input_sync(button_dev);  
  14.  }        
  15.   
  16.  static int __init button_init(void)  
  17.  {  
  18.         int error;  
  19.           
  20.         if (request_irq(BUTTON_IRQ, button_interrupt, 0, "button",NULL)) {  
  21.                  printk(KERN_ERR"button.c: Can't allocate irq %d\n", button_irq);  
  22.                  return -EBUSY;  
  23.         }        
  24.           
  25.          button_dev = input_allocate_device();  
  26.         if (!button_dev) {  
  27.                  printk(KERN_ERR"button.c: Not enough memory\n");  
  28.                  error = -ENOMEM;  
  29.                  goto err_free_irq;  
  30.         }  
  31.   
  32.         button_dev->evbit[0] = BIT(EV_KEY);  
  33.         button_dev->keybit[LONG(BTN_0)] = BIT(BTN_0);  
  34.   
  35.         error = input_register_device(button_dev);  
  36.         if (error) {  
  37.                  printk(KERN_ERR"button.c: Failed to register device\n");  
  38.                  goto err_free_dev;  
  39.         }  
  40.   
  41.         return 0;  
  42.   
  43.  err_free_dev:  
  44.         input_free_device(button_dev);  
  45.  err_free_irq:  
  46.         free_irq(BUTTON_IRQ, button_interrupt);  
  47.         return error;  
  48.  }  
  49.   
  50.  static void __exit button_exit(void)  
  51.  {  
  52.        input_unregister_device(button_dev);  
  53.         free_irq(BUTTON_IRQ, button_interrupt);  
  54. }  
  55.   
  56. module_init(button_init);  
  57. module_exit(button_exit);  

编写基于输入子系统的设备驱动程序需要包含,因为它包含了输入子系统的接口和所有的宏定义,这些内容在编写输入设备驱动程序时需要用到。

button_init函数说明:

当模块加载(insmod)或内核引导过程中,button_init函数会被调用。首先做的工作是获取能够正确控制硬件设备的硬件资源(例如内存、IO内存、中断和DMA),在代码中BUTTON_IRQ作为BUTTON设备的中断资源,通过request_irq()函数被申请注册。当有按键按下/释放时,调用button_interrupt()中断处理函数获取按键值BUTTON_PORT(BUTTON设备的I/O资源)。

那么输入子系统怎么能够知道这个设备为输入设备呢?通过第8行为设备定义一个用于描述一个输入设备对象。


  1. static struct input_dev *button_dev;  


定义了button_dev之后,如何通知输入子系统有新的输入设备了呢?或者说如何把一个新的输入设备加入到输入子系统中呢?可以通过输入子系统核心层input.c中提供的函数分配一个输入设备,在代码的第25行。


  1. button_dev= input_allocate_device();  


有了输入设备的描述,当事件产生时,输入子系统怎么能够知道设备产生的事件类型呢?通过32和33行的代码。


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


其中evbit和keybit成员分别代表设备产生的事件类型和上报的按键值。其中输入子系统的一些位操作NBITS、BIT、LONG经常被用到:


  1. #defineNBITS(x) (((x)/BITS_PER_LONG)+1)                 //通过位x获取数组的长度  
  2. #defineBIT(x)       (1UL<<((x)%BITS_PER_LONG))       //返回位x在数组中的位域  
  3. #defineLONG(x) ((x)/BITS_PER_LONG)                        //返回位x的索引  


以上的工作做完之后,即可注册为输入设备了,代码的35行。


  1. input_register_device(button_dev);  


这个函数把button_dev输入设备挂入输入设备链表中,并且通知事件处理层调用connect函数完成设备和事件处理的绑定,当用户打开设备时,便能够调用到相应的事件处理接口获得硬件上报的数据了。input_register_device()函数是会睡眠的函数,因此不能够在中断上下文和持有自旋锁的代码中调用。

当我们把上面的工作做完之后,设备驱动中唯一值得关注的就是button_interrupt()中断处理函数了。当按键动作发生,button_interrupt()函数被调用,完成事件的上报由其中的两条语句完成。


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


其中input_report_key上报了这是一个按键事件,且它的值为inb(BUTTON_PORT) & 1,由于案例代码只产生一个按键的值,因此input_sync()在这里不起关键作用。但如果是一个触摸屏,即有x坐标和y坐标,则需要通过input_sync()函数把x和y坐标完整地传递给输入子系统。

用于测试的应用层代码:
test_key_write.rar
test_key_read.rar