详细了解Linux设备模型中的input子系统
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：
[cpp]view plaincopy
voidinput_sync(structinput_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：
[cpp]view plaincopy
#include
#include
#include
#include
#include
staticstructinput_dev*button_dev;
staticvoidbutton_interrupt(intirq,void*dummy,structpt_regs*fp)
{
input_report_key(button_dev,btn_1,inb(button_port)&1);
input_sync(button_dev);
}
staticint__initbutton_init(void)
{
interror;
if(request_irq(button_irq,button_interrupt,0,button,null)){
printk(kern_errbutton.c:can'tallocateirq%d\n,button_irq);
return-ebusy;
}
button_dev=input_allocate_device();
if(!button_dev){
printk(kern_errbutton.c:notenoughmemory\n);
error=-enomem;
gotoerr_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_errbutton.c:failedtoregisterdevice\n);
gotoerr_free_dev;
}
return0;
err_free_dev:
input_free_device(button_dev);
err_free_irq:
free_irq(button_irq,button_interrupt);
returnerror;
}
staticvoid__exitbutton_exit(void)
{
input_unregister_device(button_dev);
free_irq(button_irq,button_interrupt);
}
module_init(button_init);
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。
[cpp]view plaincopy
staticstructinput_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。
[cpp]view plaincopy
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。
[cpp]view plaincopy
button_dev->evbit[0]=bit(ev_key);
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：
[cpp]view plaincopy
#definenbits(x)(((x)/bits_per_long)+1)//通过位x获取数组的长度
#definebit(x)(1ul<<((x)%bits_per_long))//返回位x在数组中的位域
#definelong(x)((x)/bits_per_long)//返回位x的索引
以上的工作做完之后，即可注册为输入设备了，代码的35行。
[cpp]view plaincopy
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。
[cpp]view plaincopy
input_report_key(button_dev,btn_1,inb(button_port)&1);
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。
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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
……
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[cpp]view plaincopy
voidinput_sync(structinput_dev*dev);
2 输入设备驱动的简单案例
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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：
[cpp]view plaincopy
#include
#include
#include
#include
#include
staticstructinput_dev*button_dev;
staticvoidbutton_interrupt(intirq,void*dummy,structpt_regs*fp)
{
input_report_key(button_dev,btn_1,inb(button_port)&1);
input_sync(button_dev);
}
staticint__initbutton_init(void)
{
interror;
if(request_irq(button_irq,button_interrupt,0,button,null)){
printk(kern_errbutton.c:can'tallocateirq%d\n,button_irq);
return-ebusy;
}
button_dev=input_allocate_device();
if(!button_dev){
printk(kern_errbutton.c:notenoughmemory\n);
error=-enomem;
gotoerr_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_errbutton.c:failedtoregisterdevice\n);
gotoerr_free_dev;
}
return0;
err_free_dev:
input_free_device(button_dev);
err_free_irq:
free_irq(button_irq,button_interrupt);
returnerror;
}
staticvoid__exitbutton_exit(void)
{
input_unregister_device(button_dev);
free_irq(button_irq,button_interrupt);
}
module_init(button_init);
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。
[cpp]view plaincopy
staticstructinput_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。
[cpp]view plaincopy
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。
[cpp]view plaincopy
button_dev->evbit[0]=bit(ev_key);
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：
[cpp]view plaincopy
#definenbits(x)(((x)/bits_per_long)+1)//通过位x获取数组的长度
#definebit(x)(1ul<<((x)%bits_per_long))//返回位x在数组中的位域
#definelong(x)((x)/bits_per_long)//返回位x的索引
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input_register_device(button_dev);
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