linux input 子系统分析 三

一.  输入子系统核心分析。

    1.输入子系统核心对应与/drivers/input/input.c文件,这个也是作为一个模块注册到内核的。所以首先分析模块初始化函数。

static int __init input_init(void)
{
    int err;

    input_init_abs_bypass();
        //这个暂时没有发现是做什么的
    err = class_register(&input_class);
        //向内核注册一个类，用于linux设备模型。注册后会在/sys/class下面出现input目录
    if (err) {
        printk(KERN_ERR "input: unable to register input_dev class\n");
        return err;
    }

    err = input_proc_init();
        //和proc文件系统有关，暂时不管
    if (err)
        goto fail1;


    err = register_chrdev(INPUT_MAJOR, "input", &input_fops);
        //注册字符设备，接口是2.4内核的。以主设备号INPUT_MAJOR,次设备号0-255,注册266个设备，说明input设备最大只能有255个
    if (err) {
        printk(KERN_ERR "input: unable to register char major %d", INPUT_MAJOR);
        goto fail2;
    }

    return 0;

 fail2: input_proc_exit();
 fail1: class_unregister(&input_class);
    return err;
}

    这个函数主要是注册了字符设备，这里和杂项设备的原理是一样，所以input设备也是一类字符设备，只不过操作方法交给了输入子系统。从这里可以看出无论linux设备驱动这块有多复杂，他们都是由一些基本的组件构成的，都是ldd3所讲的基本驱动程序模型。 
    2. 输入子系统的核心其他部分都是提供的接口，向上连接事件处理层，向下连接驱动层。
    向下对驱动层的接口主要有：
    input_allocate_device    这个函数主要是分配一个input_dev接口，并初始化一些基本的成员，这就是我们不能简单用kmalloc分配input_dev结构的原因，因为缺少了一些初始化。
    input_unregister_device  注册一个input设备
    input_event              这个函数很重要，是驱动层向input子系统核心报告事件的函数，在事件传递过程中再分析。
    input_allocate_device    分配并初始化一个input_dev结构
    向上对事件处理层接口主要有：
    input_register_handler   注册一个事件处理器
    input_register_handle    注册一个input_handle结构
二.  事件处理层分析（以evdev事件处理器为例）
    1.事件处理层与用户程序和输入子系统核心打交道，是他们两层的桥梁。一般内核有好几个事件处理器，像evdev mousedev jotdev。evdev事件处理器可以处理所有的事件，触摸屏驱动就是用的这个，所以下面分析这个事件处理器的实现。它也是作为模块注册到内核中的，首先分析它的模块初始化函数。

static int __init evdev_init(void)
{
    return input_register_handler(&evdev_handler);
}

   模块初始化函数就调用一个注册handler函数，将evdev_handler注册到系统中。
    2.主要数据结构
    （1） evdev设备结构

struct evdev {
    int exist;
    int open;           //打开标志
    int minor;          //次设备号
    struct input_handle handle;  //关联的input_handle
    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
    struct evdev_client *grab;   //强制绑定的evdev_client结构，这个结构后面再分析
    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
    spinlock_t client_lock; /* protects client_list */
    struct mutex mutex;
    struct device dev;       //device结构，说明这是一个设备结构
};

    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/class/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/class/input/input0。这个设备结构生成之后保存在evdev_table中，
    索引值是minor
   （2） evdev用户端结构

struct evdev_client {
    struct input_event buffer[EVDEV_BUFFER_SIZE];
        //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）
    int head;              //针对buffer数组的索引
    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
    spinlock_t buffer_lock; /* protects access to buffer, head and tail */
    struct fasync_struct *fasync;  //异步通知函数
    struct evdev *evdev;           //evdev设备
    struct list_head node;         // evdev_client 链表项
};

   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。
   3.主要函数
   （1）evdev设备打开函数

static int evdev_open(struct inode *inode, struct file *file)
{
    struct evdev *evdev;
    struct evdev_client *client;
    int i = iminor(inode) - EVDEV_MINOR_BASE;
    int error;


    if (i >= EVDEV_MINORS)
        return -ENODEV;


    error = mutex_lock_interruptible(&evdev_table_mutex);
    if (error)
        return error;
    evdev = evdev_table[i];
        //得到evdev设备结构,每次调用evdev_connect配对成功后都会把分配的evdev结构以minor为索引，保存在evdev_table数组中
    if (evdev)
        get_device(&evdev->dev);  //增加device引用计数
    mutex_unlock(&evdev_table_mutex);


    if (!evdev)
        return -ENODEV;


    client = kzalloc(sizeof(struct evdev_client), GFP_KERNEL);  //分配用户端结构
    if (!client) {
        error = -ENOMEM;
        goto err_put_evdev;
    }


    spin_lock_init(&client->buffer_lock);
    client->evdev = evdev;    //使用户端与evdev设备结构联系起来
    evdev_attach_client(evdev, client);
        //这个函数所做的就是把client连接到evdev的client链表中
    error = evdev_open_device(evdev);
        //这个函数打开设备，有很多层调用，后面详细分析
    if (error)
        goto err_free_client;


    file->private_data = client;
    return 0;


 err_free_client:
    evdev_detach_client(evdev, client);
    kfree(client);
 err_put_evdev:
    put_device(&evdev->dev);
    return error;
}

   （2）evdev设备打开函数evdev_open_device，由evdev_open调用。

static int evdev_open_device(struct evdev *evdev)
{
    int retval;


    retval = mutex_lock_interruptible(&evdev->mutex);
    if (retval)
        return retval;


    if (!evdev->exist)
        retval = -ENODEV;
        //判断设备结构是否存在，在evdev_connect中初始话此成员为1
    else if (!evdev->open++) {
        retval = input_open_device(&evdev->handle);
        if (retval)
            evdev->open--;
    }
        //evdev->open分配结构的时候没有初始化，默认为0，也就是没有打开，每次打开都会加1
    mutex_unlock(&evdev->mutex);
    return retval;
}

    此函数在判断结构存在与否后，主要调用了input_open_device，这个函数是子系统核心函数，定义在input.c中，下面分析这个函数：

int input_open_device(struct input_handle *handle)
{
    struct input_dev *dev = handle->dev;
    int retval;


    retval = mutex_lock_interruptible(&dev->mutex);
    if (retval)
        return retval;


    if (dev->going_away) {
        retval = -ENODEV;
        goto out;
    }


    handle->open++;
        //将handle的打开计数加1，注意和evdev的open的区别
    if (!dev->users++ && dev->open)
        retval = dev->open(dev);
        //如果此input_dev没有进程在引用，并且定义了open方法，就调用open方法
    if (retval) {    //retval = 1 说明没有打开成功
        dev->users--;
        if (!--handle->open) {  //说明有其他的进程已经打开了这个handle
            /*
             * Make sure we are not delivering any more events
             * through this handle
             */
            synchronize_rcu();
        }
    }


 out:
    mutex_unlock(&dev->mutex);
    return retval;
}

   （3）读操作函数 evdev_read

static ssize_t evdev_read(struct file *file, char __user *buffer,
              size_t count, loff_t *ppos)
{
    struct evdev_client *client = file->private_data;    //这个客户端结构在打开的时候分配并保存在file->private_data中
    struct evdev *evdev = client->evdev;
    struct input_event event;
    int retval;


    if (count < input_event_size())
        return -EINVAL;
        //这条语句提示，用户进程每次读取设备的字节数，不要少于input_event结构的大小
    if (client->head == client->tail && evdev->exist &&
        (file->f_flags & O_NONBLOCK))
        return -EAGAIN;
        //head等于tail说明目前还没有事件传回来，如果设置了非阻塞操作，则会立刻返回
    retval = wait_event_interruptible(evdev->wait,
        client->head != client->tail || !evdev->exist);
        //没有事件就会睡在evdev的等待队列上了，等待条件是有事件到来或者设备不存在了（设备关闭的时候，清这个标志）
    if (retval)
        return retval;
        //如果能执行上面这条语句说明有事件传来或者，设备被关闭了，或者内核发过来终止信号
    if (!evdev->exist)
        return -ENODEV;


    while (retval + input_event_size() <= count &&
           evdev_fetch_next_event(client, &event)) {
        // evdev_fetch_next_event这个函数遍历client里面的input_event buffer数组
        if (input_event_to_user(buffer + retval, &event))
        //将事件复制到用户空间
            return -EFAULT;


        retval += input_event_size();
    }

    return retval;   //返回复制的数据字节数
}

三. 事件传递过程（以s3c2410_ts为例）
   1. 事件产生
    当按下触摸屏时，进入触摸屏按下中断，开始ad转换，ad转换完成进入ad完成中断，在这个终端中将事件发送出去，调用
    input_report_abs(dev, ABS_X, xp);
    input_report_abs(dev, ABS_Y, yp); 这两个函数调用了 input_event(dev, EV_ABS, code, value)
    所有的事件报告函数都调用这个函数。
   2. 事件报告
   （1） input_event 函数分析，这个函数定义在input.c中

void input_event(struct input_dev *dev,
         unsigned int type, unsigned int code, int value)
{
    unsigned long flags;


    if (is_event_supported(type, dev->evbit, EV_MAX)) {
        //判断是否支持此种事件类型和事件类型中的编码类型
        spin_lock_irqsave(&dev->event_lock, flags);
        add_input_randomness(type, code, value);
        //对系统随机熵池有贡献，因为这个也是一个随机过程
        input_handle_event(dev, type, code, value);
        //这个函数是事件处理的关键函数，下面详细分析
        spin_unlock_irqrestore(&dev->event_lock, flags);
    }
}

   （2） input_handle_event 函数分析，这个函数定义在input.c中

static void input_handle_event(struct input_dev *dev,
                   unsigned int type, unsigned int code, int value)
{
    int disposition = INPUT_IGNORE_EVENT;


    switch (type) {
        ......
    case EV_KEY:
        if (is_event_supported(code, dev->keybit, KEY_MAX) &&
            !!test_bit(code, dev->key) != value) {


            if (value != 2) {
                __change_bit(code, dev->key);
                if (value)
                    input_start_autorepeat(dev, code);
                else
                    input_stop_autorepeat(dev);
            }
            disposition = INPUT_PASS_TO_HANDLERS;
        }
        break;
        ......
    if (disposition != INPUT_IGNORE_EVENT && type != EV_SYN)
        dev->sync = 0;


    if ((disposition & INPUT_PASS_TO_DEVICE) && dev->event)
        dev->event(dev, type, code, value);


    if (disposition & INPUT_PASS_TO_HANDLERS)
        input_pass_event(dev, type, code, value);
}

   这个函数主要是根据事件类型的不同，做相应的处理。这里之关心EV_KEY类型，其他函数和事件传递关系不大，只要关心，disposition这个是事件处理的方式，默认的是INPUT_IGNORE_EVENT，忽略这个事件，如果是INPUT_PASS_TO_HANDLERS则是传递给事件处理器，如果是INPUT_PASS_TO_DEVICE，则是传递给设备处理，触摸屏驱动没有定义这个。下面分析input_pass_event函数。

static void input_pass_event(struct input_dev *dev,
                 unsigned int type, unsigned int code, int value)
{
    struct input_handle *handle;


    rcu_read_lock();


    handle = rcu_dereference(dev->grab);  //如果是绑定的handle，则调用绑定的handler->event函数
    if (handle)
        handle->handler->event(handle, type, code, value);
    else
        //如果没有绑定，则遍历dev的h_list链表，寻找handle，如果handle已经打开，说明有进程读取设备关联的evdev。
        list_for_each_entry_rcu(handle, &dev->h_list, d_node)
            if (handle->open)
                handle->handler->event(handle,
                            type, code, value);
        // 调用相关的事件处理器的event函数，进行事件的处理
    rcu_read_unlock();
}

下面分析 evdev事件处理器的event函数

static void evdev_event(struct input_handle *handle,
            unsigned int type, unsigned int code, int value)
{
    struct evdev *evdev = handle->private;
    struct evdev_client *client;
    struct input_event event;


    do_gettimeofday(&event.time);
    event.type = type;
    event.code = code;
    event.value = value;
        //将传过来的事件，赋值给input_event结构
    rcu_read_lock();


    client = rcu_dereference(evdev->grab);
        //如果evdev绑定了client那么，处理这个客户端，触摸屏驱动没有绑定
    if (client)
        evdev_pass_event(client, &event);
    else
        //遍历client链表，调用evdev_pass_event函数
        list_for_each_entry_rcu(client, &evdev->client_list, node)
            evdev_pass_event(client, &event);


    rcu_read_unlock();


    wake_up_interruptible(&evdev->wait); //唤醒等待的进程
}

下面分析 evdev_pass_event 函数

static void evdev_pass_event(struct evdev_client *client,
                 struct input_event *event)
{
    /*
     * Interrupts are disabled, just acquire the lock
     */
    spin_lock(&client->buffer_lock);
    client->buffer[client->head++] = *event;   //将事件赋值给客户端的input_event 数组
    client->head &= EVDEV_BUFFER_SIZE - 1;
    spin_unlock(&client->buffer_lock);


    kill_fasync(&client->fasync, SIGIO, POLL_IN);
}

可以看出， evdev_pass_event函数最终将事件传递给了用户端的client结构中的input_event数组中，只需将这个input_event数组复制给用户空间，进程就能收到触摸屏按下的信息了。具体处理由具体的应用程序来完成。