linux input输入子系统应用分析

Posted 2020-08-15 yuxi_o

输入设备（如按键、键盘、触摸屏、鼠标等）是典型的字符设备，其一般的工作机理是底层在按键、触摸等动作发送时产生一个中断（或驱动通过timer定时查询），然后CPU通过SPI、I2 C或外部存储器总线读取键值、坐标等数据，放入1个缓冲区，字符设备驱动管理该缓冲区，而驱动的read()接口让用户可以读取键值、坐标等数据。

显然，在这些工作中，只是中断、读值是设备相关的，而输入事件的缓冲区管理以及字符设备驱动的file_operations接口则对输入设备是通用的。基于此，内核设计了输入子系统，由核心层处理公共的工作。硬件驱动层处理中断、读值相关（中断中上报读值）。

input子系统分层设计，共三层：硬件驱动层、子系统核心层、事件处理层。

驱动层由驱动程序员完成，主要处理中断（上报事件-读值）。

子系统核心层是链接其他两个层之间的纽带和桥梁，向下提供驱动层的接口，向上提供事件处理层的接口。

事件处理层负责与用户程序打交道，将硬件驱动层传来的事件报告给用户程序。

设备驱动并不创建文件节点，它只负责将采集到数据通过input.c中的函数input_event() 向上一层汇报；而各个事件驱动则分别将他们各自感兴趣的事件信息提取出来，通过文件节点，提供给用户。在这个过程中，input 子系统的核心负责这两层的交互工作，并管理和维护着记录了他们各自信息的链表。

驱动程序中上报的事件，input子系统已规定好，在linux/input.h中。支持的事件类型（Event types）有EV_CNT个（EV_SYN同步事件，EV_KEY按键事件，EV_REL相对坐标事件，EV_ABS绝对坐标事件，EV_MSC零散事件，EV_SW开关事件，EV_LED LED事件，EV_SND，EV_REP重复事件，EV_FF，EV_PWR，EV_FF_STATUS，EV_MAX，EV_CNE）（后几项用于服务事件类型，不代表实际事件），在代码中用“type”表示。每种事件类型都有多种属性（或选项，或编码），代码中用“code”表示，每种属性所对应的值就是要上报的数据（上面所说的“读值”）。“事件-属性-属性值”（type-code-value）唯一表征一个上报事件，“type-code”输入子系统有完整的规定，代码中通过“位掩码”表示支持该事件，该属性。举个简单例子，触摸设备支持绝对坐标事件EV_ABS，EV_ABS有ABS_CNT个code，其中ABS_X代表X坐标，ABS_Y代表Y坐标。
input_dev结构体自带事件相关数组，如下：
unsigned long evbit[BITS_TO_LONGS(EV_CNT)];
unsigned long keybit[BITS_TO_LONGS(KEY_CNT)];
unsigned long relbit[BITS_TO_LONGS(REL_CNT)];
unsigned long absbit[BITS_TO_LONGS(ABS_CNT)];
unsigned long mscbit[BITS_TO_LONGS(MSC_CNT)];
unsigned long ledbit[BITS_TO_LONGS(LED_CNT)];
unsigned long sndbit[BITS_TO_LONGS(SND_CNT)];
unsigned long ffbit[BITS_TO_LONGS(FF_CNT)];
unsigned long swbit[BITS_TO_LONGS(SW_CNT)];
所有输入事件，内核都用统一的数据结构来描述，这个数据结构是input_event。
struct input_event {
struct timeval time;
__u16 type;
__u16 code;
__s32 value;
};
----------------------------------------------------------------------------------------------------
设备支持的事件在驱动模块加载函数中设置，一般设置方法为：
button_dev->evbit[0] = BIT_MASK(EV_KEY); //直接位赋值（兼容性差）
static inline void __set_bit(int nr, volatile unsigned long *addr); // 函数设置，非原子
static inline void set_bit(int nr, volatile unsigned long *addr); //函数设置，原子，asm/bitops/atomic.h
中断上报事件用input_event()，此外还有3个变体函数分别用于报告EV_KEY、EV_REL、EV_ABS事件。
void input_event(struct input_dev *dev, unsigned int type, unsigned int code, int value);
static inline void input_report_key(struct input_dev *dev, unsigned int code, int value);
static inline void input_report_rel(struct input_dev *dev, unsigned int code, int value);
static inline void input_report_abs(struct input_dev *dev, unsigned int code, int value);
input_sync()用于事件同步，告知事件接收者驱动已发出一个完整的报告。
static inline void input_sync(struct input_dev *dev)
{
input_event(dev, EV_SYN, SYN_REPORT, 0);
}
在宋宝华的《linux设备驱动开发详解》中，介绍了通过input子系统增加输入设备的驱动工作。
>>在模块加载函数中告知input子系统设备可以报告的事情。（set_bit()）
>>在模块加载函数中注册输入设备。（int input_register_device(struct input_dev *dev);）
>>在键被按下/抬起、触摸屏被触摸/抬起/移动、鼠标被移动/单击/抬起时通过input_report_xxx()报告发生的事情及对应的键值/坐标等状态。
>>在模块卸载函数中注销输入设备。（void input_unregister_device(struct input_dev *dev);）
---------------------------------------------------------------------------------------------------
事件处理层与用户程序和输入子系统核心打交道，是两层的桥梁。一般内核有好几个事件处理器，像evdev，mousedev，joydev。evdev事件处理器可以处理所有的事情。
evdev用户端结构：

1.    struct evdev_client {  
2.        struct input_event buffer[EVDEV_BUFFER_SIZE];    
3.            //这个是一个input_event数据结构的数组，input_event代表一个事件，基本成员：类型（type），编码（code），值（value）   
4.        int head;              //针对buffer数组的索引   
5.        int tail;              //针对buffer数组的索引，当head与tail相等的时候，说明没有事件   
6.        spinlock_t buffer_lock; /* protects access to buffer, head and tail */  
7.        struct fasync_struct *fasync;  //异步通知函数   
8.        struct evdev *evdev;           //evdev设备   
9.        struct list_head node;         // evdev_client 链表项   
10.    }; 

这个结构在进程打开event0设备的时候调用evdev的open方法，在open中创建这个结构，并初始化。在关闭设备文件的时候释放这个结构。在read时复制到用户空间。
用户空间的应用程序如何访问设备呢，设备文件是？

1.    struct evdev {  
2.        int exist;  
3.        int open;           //打开标志   
4.        int minor;          //次设备号   
5.        struct input_handle handle;  //关联的input_handle   
6.        wait_queue_head_t wait;      //等待队列，当进程读取设备，而没有事件产生的时候，进程就会睡在其上面   
7.        struct evdev_client *grab;   //强制绑定的evdev_client结构，这个结构后面再分析   
8.        struct list_head client_list;  //evdev_client 链表，这说明一个evdev设备可以处理多个evdev_client，可以有多个进程访问evdev设备   
9.        spinlock_t client_lock; /* protects client_list */  
10.        struct mutex mutex;  
11.        struct device dev;       //device结构，说明这是一个设备结构   
12.    };  

evdev结构体在配对成功的时候生成，由handler->connect生成，对应设备文件为/dev/input/event(n)，如触摸屏驱动的event0，这个设备是用户空间要访问的设备，可以理解它是一个虚拟设备，因为没有对应的硬件，但是通过handle->dev 就可以找到input_dev结构，而它对应着触摸屏，设备文件为/dev/input/input0。这个设备结构生成之后保存在 evdev_table中，索引值是minor。设备文件通过设备号关联。
在evdev_connect()中，有设备文件初始化过程：
…
dev_set_name(&evdev->dev, "event%d", minor);
…
evdev->dev.devt = MKDEV(INPUT_MAJOR, EVDEV_MINOR_BASE + minor);
evdev->dev.class = &input_class;
evdev->dev.parent = &dev->dev;
evdev->dev.release = evdev_free;
device_initialize(&evdev->dev);
…
也可通过/proc/bus/input/devices查看设备文件，PC虚拟机下测试如下：
cat /proc/bus/input/devices
I: Bus=0019 Vendor=0000 Product=0001 Version=0000
N: Name="Power Button"
P: Phys=LNXPWRBN/button/input0
S: Sysfs=/devices/LNXSYSTM:00/LNXPWRBN:00/input/input0
U: Uniq=
H: Handlers=kbd event0
B: PROP=0
B: EV=3
B: KEY=100000 0 0 0
…
I: Bus=0011 Vendor=0002 Product=0005 Version=0000
N: Name="ImPS/2 Generic Wheel Mouse"
P: Phys=isa0060/serio1/input0
S: Sysfs=/devices/platform/i8042/serio1/input/input3
U: Uniq=
H: Handlers=mouse1 event3
B: PROP=0
B: EV=7
B: KEY=70000 0 0 0 0 0 0 0 0
B: REL=103
通过比较VID、PID来找到对应的usb mouse设备，然后找到对应的mouse1、event3
其实也可以不写应用程序，直接通过cat /dev/input/mouse1 | hexdump来获取鼠标数据。
一个网上示例如下：

1.    /* 
2.    20150101 
3.    just a simple input test code 
4.    lei_wang 
5.    */  
6.      
7.    #include <stdio.h>  
8.    #include <stdlib.h>  
9.    #include <unistd.h>  
10.    #include <fcntl.h>  
11.    #include <string.h>  
12.    #include <linux/input.h>  
13.      
14.    int main()  
15.    {  
16.        int fd;  
17.        int version;  
18.        int ret;  
19.        struct input_event ev;  
20.          
21.        fd = open("/dev/input/event1", O_RDONLY);  
22.        if (fd < 0) {  
23.            printf("open file failed\n");  
24.            exit(1);  
25.        }  
26.      
27.        ioctl(fd, EVIOCGVERSION, &version);  
28.        printf("evdev driver version is 0x%x: %d.%d.%d\n",  
29.                        version, version>>16, (version>>8) & 0xff, version & 0xff);  
30.      
31.        while (1) {  
32.            ret = read(fd, &ev, sizeof(struct input_event));  
33.            if (ret < 0) {  
34.                printf("read event error!\n");  
35.                exit(1);  
36.            }  
37.              
38.            if (ev.type == EV_KEY)  
39.                printf("type %d,code %d, value %d\n", ev.type, ev.code, ev.value);  
40.        }  
41.          
42.        return 0;  
43.    }  

 

参考：

1. http://www.linuxidc.com/Linux/2011-09/43187.htm   input子系统分析
2. http://blog.csdn.net/zhangxizhicn/article/details/6642062  linux input子系统分析
3. http://blog.csdn.net/21cnbao/article/details/5615493  linux设备驱动的分层设计思想
4. linux设备驱动详解    宋宝华
5. http://blog.csdn.net/luckywang1103/article/details/42324229   input子系统—架构、驱动、应用程序
6. http://www.cnblogs.com/leaven/archive/2011/02/12/1952793.html   linux input子系统io控制字段