Part15: 内核的输入子系统(input-subsystem)【待完善】

本文链接：https://blog.youkuaiyun.com/qq_42800075/article/details/105852060

0 明确输入子系统组成、目的

对于内核的输入子系统，网上一堆文章。但是很少提及到输入子系统的目的何在？
此外，输入子系统三大层之间的划分缘由？(网上很多只是介绍是什么，而没提及分层的目的)
因此，在讲解之前，先阐明以上两点。
1）输入子系统的目的
	站在三个角度考虑：
	1.1）站在设备驱动程序角度
	设备驱动程序的目的很简单，它只想轻松融入进内核贡献它自己对硬件的操作功能，另外，它肯定不想
	与应用程序打交道(如数据交互)，它只想专注操作自己的硬件。在这种要求下，内核肯定不能因为
	自身的复杂性给设备驱动和应用程序带去麻烦，因此内核实现一个子系统，管理这些繁琐事。
	
	1.2）站在应用程序角度
	众所周知，Linux的“一切皆文件”的抽象，硬件设备也不例外。为做到操作设备也像操作文件一样，必须
	抽象出一个接口屏蔽硬件操作的细节(类似VFS)，这点很好理解。
	
	1.3）站在内核角度
	在设备驱动种类繁多的情况下，内核必须抽象出这些设备驱动的共性，即为驱动提供一个接口，方便
	注册进内核，实现动态加载以拓展内核功能。另外，在用户程序不想理众多繁琐的硬件操作，内核也必须
	对自己的承诺("一切皆文件")负责。因此在这两难的情形下，内核必须接管这些事情。而这也难不倒内核，
	毕竟抽象可是内核擅长的呀！(如虚拟内存/VFS等)，弄一个抽象的接口不就完事了吗？
	对的，输入子系统就诞生了！
	
2）输入子系统三层划分依据
	上面理清了输入子系统的目的/任务之后，开始干活！
	鉴于上面三个角度，需考虑几个问题：
	a. 如何方便内核驱动程序注册到内核？—— 设备驱动层(Input Driver)
	b. 如何通知用户程序？—— 事件处理层(Event Handler)
	c. 如何连接驱动程序与应用程序？—— 输入核心层(Input core)
	因此，输入子系统由三层组成：设备驱动层、输入核心层、事件处理层
	它们三个的目的也很明显，就是提问的内容。
	三者的联系一句话可理解：设备驱动层注册到内核后，把设备的输入(如按键/滑动/点击)当作事件处理，
	在输入核心层的传导下，交给事件处理层，由它负责通知用户程序，完成数据交互。
	(用户程序到硬件的数据传输反过来理解即可)

	接着，下面详细介绍这三层的作用、联系(重点)

1 输入子系统详解

对于输入子系统的讲解，我打算用问题引导的方式，以理清子系统整个系统。
1.输入子系统是什么？
源码组成：在drivers/input目录下，看下组成
输入子系统源码组成
2.直观理解
/dev/input&/sys/class/input
从上面两张图可以看出，输入子系统不仅支持很多设备，而且会自动在/dev创建设备节点。
其实，输入子系统提供了一种上传下达的机制，方便设备驱动程序注册到输入子系统，且给应用程序提供一套
抽象的接口(open/read/write/poll等)以屏蔽不同的硬件操作。这种机制在看完下文会有更深的体会，暂且记住。

2.输入子系统其实也是一种驱动，那输入子系统如何屏蔽硬件操作，提供一套抽象接口给用户呢？
在drivers/input/input.c 核心文件中，有如下函数(备注：err返回值还需有判断的，我去掉了，免得影响理解)
输入子系统的组成
备注：moduel_init 和 subsys_initcall本质都是一样的，即都是linux内核段属性机制，用于把input_init / input_exit放在
不同段而已。可参考https://blog.youkuaiyun.com/TongxinV/article/details/54754901

很奇怪的是，之前写的led/按键驱动程序的file_operations还有其它成员，如 .read .write .poll 等等，为啥这里只有 .open
那这样的话，应用程序如何通过open/read/write等接口访问硬件呢？

别急，先看看 input_open_file 函数做了什么
input_oepn_file
从上图可以看出，虽然前面的file_operations只有open函数，但最终调用的是input_table[8]这个数组里成员(类型：input_handler)的fops指向的open函数
可见，接下来肯定要看看input_table数组是哪里初始化的？成员有谁？

接着，看看谁调用了input_register_handler就清楚 input_table[] 数组的成员有谁了
谁调用input_register_handler
好了，从上面几张图可以总结出一些东西了，这里理清一下前面讲的
1.输入子系统是什么？
答：不过是一个驱动模块，跟之前写字符/按键驱动套路大体相同，区别在于不会立马创建设备节点(有驱动设备注册时才创建，如上面提到的input_table的成员，它们(evdev/mousedev/joydev/kbd等)通过input_register_handler注册时，就会创建
设备节点，如上图在 dev/input 目录下看到的event0/1/2/3/4 这些就是)

2.输入子系统其实也是一种驱动，那输入子系统如何屏蔽硬件操作，提供一套抽象接口给用户呢？
答：输入子系统–>input_init–>1.注册input类(在/sys/class/input) 2.在/proc目录下生成一堆文件
3. register_chrdev注册字符设备
在file_operations 成员.open = input_open_file()->input_table[x].handler->fops->open()
即input子系统的open函数最终会调用 input_table[x]结构体指针数组某个成员的fops所指向的open函数
好吧，有点绕：)
另外，input_table[]数组有8个元素，这个数组在input_register_handler被初始化，被谁呢？
evdev/mousedev/joydev/kbd等
即，input_table[] 的成员有evbug_handler、evdev_handler、joydev_handler、kbd_handler、mousedev_handler
、rfkill_handler、tsdev_handler7个，它们类型都是 input_handler结构体，如下
在这里插入图片描述
备注：红框的都是重点，理解了谁使用/调用它们，整个输入子系统就理解了。

其实，上面7个成员就是跟用户程序打交道的！只是它们作用不同
evdev_handler——事件处理层，它支持所有设备，并将输入事情通知用户程序，或反过来，通知驱动程序
joydev_handler——游戏杆设备处理，游戏杆有不同类型，它只处理支持joydev_handler类型的设备，并由它
负责与应用程序数据交互
mousedev_handler——同理，鼠标也有不同类型呀，它支持的鼠标类型设备才能处理，上传给用户程序
其它的一样，只是针对不同类型设备，处理不同而已。
这时候就可以引入输入子系统框架了，如下图

可见，evdev.c tsdev.c joydev.c…等等这些一同构成事件处理层，负责与用户程序打交道
声明一点：不要嫌我废话多，哈哈，因为我想讲清楚，讲解网上其它输入子系统博文没讲到的或讲得不够详细的
当然，这些都是我的理解，但我是在阅读源码的基础上才有信心说的，望理解：)

既然，输入子系统分了3层，那解决三个问题就可以理解整个子系统了。

事件处理层如何注册到核心层，及如何与用户程序进行数据交互
输入核心层如何连接设备驱动层与事件处理层
设备驱动层如何注册到核心层，及如何通知事件处理层

下面主要依次回答这三个问题
1）事件处理层如何注册到核心层，及如何与用户程序进行数据交互
前面不是说，evbug_handler、evdev_handler、joydev_handler、kbd_handler、mousedev_handler
、rfkill_handler、tsdev_handler通过input_register_handler()初始了input_table()表
这里以 evdev.c 注册为例，讲解最终如何与用户程序交互
evdev

这里，以一个例子回答上面三个问题把！

#include <linux/module.h>
#include <linux/version.h>
#include <linux/init.h>
#include <linux/fs.h>
#include <linux/interrupt.h>
#include <linux/irq.h>
#include <linux/sched.h>
#include <linux/pm.h>
#include <linux/sysctl.h>
#include <linux/proc_fs.h>
#include <linux/delay.h>
#include <linux/platform_device.h>
#include <linux/input.h>
#include <linux/irq.h>
#include <asm/gpio.h>
#include <asm/io.h>
#include <asm/arch/regs-gpio.h>

struct pin_desc{
	int irq;
	char *name;
	unsigned int pin;
	unsigned int key_val;
};

struct pin_desc pins_desc[4] = {
 	{IRQ_EINT0,  "S2", S3C2410_GPF0,   KEY_L},
	{IRQ_EINT2,  "S3", S3C2410_GPF2,   KEY_S},
	{IRQ_EINT11, "S4", S3C2410_GPG3,   KEY_ENTER},
        {IRQ_EINT19, "S5",  S3C2410_GPG11, KEY_LEFTSHIFT},
};

static struct input_dev *buttons_dev;
static struct pin_desc *irq_pd;
static struct timer_list buttons_timer;

static irqreturn_t buttons_irq(int irq, void *dev_id)
{
 	/* 10ms后启动定时器 */
 	irq_pd = (struct pin_desc *)dev_id;
 	mod_timer(&buttons_timer, jiffies+HZ/100);
 	return IRQ_RETVAL(IRQ_HANDLED);
}
static void buttons_timer_function(unsigned long data)
{
 	struct pin_desc * pindesc = irq_pd;
	unsigned int pinval;
 	if (!pindesc)
  		return;
	pinval = s3c2410_gpio_getpin(pindesc->pin);
 	if (pinval)
 	{
 	 	/* 松开 : 最后一个参数: 0-松开, 1-按下 */
 	 	input_event(buttons_dev, EV_KEY, pindesc->key_val, 0);
 	 	input_sync(buttons_dev);
 	}
 	else
 	{
  		/* 按下 */
  		input_event(buttons_dev, EV_KEY, pindesc->key_val, 1);
  		input_sync(buttons_dev);
 	}
}
static int buttons_init(void)
{
 	int i;
 	/* 1. 分配一个input_dev结构体 */
 	buttons_dev = input_allocate_device();
 	
 	/* 2. 设置 */
 	/* 2.1 能产生哪类事件 */
 	set_bit(EV_KEY, buttons_dev->evbit);
 	set_bit(EV_REP, buttons_dev->evbit);
 	
 	/* 2.2 能产生这类操作里的哪些事件: L,S,ENTER,LEFTSHIT */
 	set_bit(KEY_L, buttons_dev->keybit);
 	set_bit(KEY_S, buttons_dev->keybit);
 	set_bit(KEY_ENTER, buttons_dev->keybit);
 	set_bit(KEY_LEFTSHIFT, buttons_dev->keybit);
 	
 	/* 3. 注册 */
 	input_register_device(buttons_dev);
 	
 	/* 4. 硬件相关的操作 */
 	init_timer(&buttons_timer);
 	buttons_timer.function = buttons_timer_function;
 	add_timer(&buttons_timer);
 	for (i = 0; i < 4; i++)
 	{
  		request_irq(pins_desc[i].irq, buttons_irq, IRQT_BOTHEDGE, 
  		pins_desc[i].name, &pins_desc[i]);
 	}
 	return 0;
}

static void buttons_exit(void)
{
	int i;
 	for (i = 0; i < 4; i++)
 	{
  		free_irq(pins_desc[i].irq, &pins_desc[i]);
 	}
 	del_timer(&buttons_timer);
 	input_unregister_device(buttons_dev);
 	input_free_device(buttons_dev); 
}

module_init(buttons_init);
module_exit(buttons_exit);
MODULE_LICENSE("GPL");

备注：以上代码来自韦老师第2期的源码

测试结果如下
在这里插入图片描述
下面分析这个例子
例子分析1
接下来，两个结构体input_dev 与 input_handler 通过中间体 input_handle结构体建立连接

input_handle就是个粘合剂，连接了Input_dev 和 input_handler
这样不管是input_dev还是input_hander就可以通过input_handle找到彼此，
对于input_dev, 通过input_handle找到input_handler结构体，然后就可以调用它fops所指向的函数(与用户程序交互的函数)
对于input_handler, 通过input_handle找到input_dev即可调用input_dev结构体里函数(硬件相关函数)