Linux设备驱动剖析之Input（一）
前言
以前在移植Qt到开发板上时只知道在配置文件中需要指定触摸屏的设备文件/dev/input/event0，仅此而已。直到一年半前突然想到用红外遥控器控制Tiny6410开发板上的Android系统，从而代替物理按键。实现原理是很简单的，就是首先解码红外信号，然后根据解码出的键值模拟一个按键信号。既然要模拟按键信号，那得首先找到按键信号产生的地方，通过查看内核编译生成的文件知道drivers/input/keyboard/gpio_keys.c文件是产生按键信号的源头，这是一个通用的用IO口模拟键盘的驱动程序。别小看这样一个功能，这是开发Android机顶盒、Android盒子必须要接触到的。
虽说当时功能是实现了，但是对Linux的整个Input子系统的了解一点都不深入，本文就是来解决这个问题的。基于Linux-2.6.36版本，本文讲解的Input子系统的主线是这样的：和前面讲SPI、IIC子系统的方法类似，先讲Input核心的初始化，再从底层往上，分别是Input设备驱动程序（以drivers/input/keyboard/gpio_keys.c为例）、Input核心、Input事件驱动程序（以drivers/input/evdev.c为例）。按照输入信号的产生以及在内核中的传递过程，最后到应用程序这条线路，从而深入理解Linux的Input子系统。
先给出Linux Input子系统的架构图，如下图所示。
Linux Input子系统架构图
下面开始进入Input子系统的学习。
首先找到Input子系统的初始化函数，它是位于drivers/input/input.c中的input_init函数：
00002052 static int __init input_init(void) 00002053 { 00002054 int err; 00002055 00002056 err = class_register(&input_class); 00002057 if (err) { 00002058 printk(KERN_ERR "input: unable to register input_dev class "); 00002059 return err; 00002060 } 00002061 00002062 err = input_proc_init(); 00002063 if (err) 00002064 goto fail1; 00002065 00002066 err = register_chrdev(INPUT_MAJOR, "input", &input_fops); 00002067 if (err) { 00002068 printk(KERN_ERR "input: unable to register char major %d", INPUT_MAJOR); 00002069 goto fail2; 00002070 } 00002071 00002072 return 0; 00002073 00002074 fail2: input_proc_exit(); 00002075 fail1: class_unregister(&input_class); 00002076 return err; 00002077 }
2056行，向系统注册input_class这么一个类，以后向Input子系统注册设备时，所注册的设备都会从属于这个类。
2062行，proc文件系统相关的，不细讲，但可以看下它的定义：
00001110 static int __init input_proc_init(void) 00001111 { 00001112 struct proc_dir_entry *entry; 00001113 00001114 proc_bus_input_dir = proc_mkdir("bus/input", NULL); 00001115 if (!proc_bus_input_dir) 00001116 return -ENOMEM; 00001117 00001118 entry = proc_create("devices", 0, proc_bus_input_dir, 00001119 &input_devices_fileops); 00001120 if (!entry) 00001121 goto fail1; 00001122 00001123 entry = proc_create("handlers", 0, proc_bus_input_dir, 00001124 &input_handlers_fileops); 00001125 if (!entry) 00001126 goto fail2; 00001127 00001128 return 0; 00001129 00001130 fail2: remove_proc_entry("devices", proc_bus_input_dir); 00001131 fail1: remove_proc_entry("bus/input", NULL); 00001132 return -ENOMEM; 00001133 }
1114行，很明显，在/proc下创建一个目录bus/input。
1118行，在/proc/bus/input目录下创建proc文件，文件名为devices。
1123行，在/proc/bus/input目录下创建proc文件，文件名为handlers。
回到input_init函数，2066行，注册字符设备，主设备号为INPUT_MAJOR，它的值为13，该设备的文件操集作实例为input_fops，它的定义为：
00002047 static const struct file_operations input_fops = { 00002048 .owner = THIS_MODULE, 00002049 .open = input_open_file, 00002050 };
可以看到，里面只将open函数指针指向input_open_file函数，这个函数放到最后再说。
input_init函数说完了，下面进入Input设备驱动程序，也就是Input子系统的最底层部分。首先看drivers/input/keyboard/gpio_keys.c驱动程序的初始化函数gpio_keys_init的定义：
00000632 static int __init gpio_keys_init(void) 00000633 { 00000634 return platform_driver_register(&gpio_keys_device_driver); 00000635 }
这是一个平台驱动，关于平台设备和平台驱动绑定过程应该都很了解了吧，634行，platform_driver_register函数参数gpio_keys_device_driver的定义：
00000620 static struct platform_driver gpio_keys_device_driver = { 00000621 .probe = gpio_keys_probe, 00000622 .remove = __devexit_p(gpio_keys_remove), 00000623 .driver = { 00000624 .name = "gpio-keys", 00000625 .owner = THIS_MODULE, 00000626 #ifdef CONFIG_PM 00000627 .pm = &gpio_keys_pm_ops, 00000628 #endif 00000629 } 00000630 };
注意，该结构体实例里没有为id_table变量赋值，因此写平台设备结构体实例的时候name成员的值要设置为gpio-keys，这样才能与该驱动匹配和绑定，从而该驱动中的probe函数才会被调用。下面看gpio_keys_probe函数的定义：
00000443 static int __devinit gpio_keys_probe(struct platform_device *pdev) 00000444 { 00000445 struct gpio_keys_platform_data *pdata = pdev->dev.platform_data; 00000446 struct gpio_keys_drvdata *ddata; 00000447 struct device *dev = &pdev->dev; 00000448 struct input_dev *input; 00000449 int i, error; 00000450 int wakeup = 0; 00000451 00000452 ddata = kzalloc(sizeof(struct gpio_keys_drvdata) + 00000453 pdata->nbuttons * sizeof(struct gpio_button_data), 00000454 GFP_KERNEL); 00000455 input = input_allocate_device(); 00000456 if (!ddata || !input) { 00000457 dev_err(dev, "failed to allocate state "); 00000458 error = -ENOMEM; 00000459 goto fail1; 00000460 } 00000461 00000462 ddata->input = input; 00000463 ddata->n_buttons = pdata->nbuttons; 00000464 ddata->enable = pdata->enable; 00000465 ddata->disable = pdata->disable; 00000466 mutex_init(&ddata->disable_lock); 00000467 00000468 platform_set_drvdata(pdev, ddata); 00000469 input_set_drvdata(input, ddata); 00000470 00000471 input->name = pdev->name; 00000472 input->phys = "gpio-keys/input0"; 00000473 input->dev.parent = &pdev->dev; 00000474 input->open = gpio_keys_open; 00000475 input->close = gpio_keys_close; 00000476 00000477 input->id.bustype = BUS_HOST; 00000478 input->id.vendor = 0x0001; 00000479 input->id.product = 0x0001; 00000480 input->id.version = 0x0100; 00000481 00000482 /* Enable auto repeat feature of Linux input subsystem */ 00000483 if (pdata->rep) 00000484 __set_bit(EV_REP, input->evbit); 00000485 00000486 for (i = 0; i < pdata->nbuttons; i++) { 00000487 struct gpio_keys_button *button = &pdata->buttons[i]; 00000488 struct gpio_button_data *bdata = &ddata->data[i]; 00000489 unsigned int type = button->type ?: EV_KEY; 00000490 00000491 bdata->input = input; 00000492 bdata->button = button; 00000493 00000494 error = gpio_keys_setup_key(pdev, bdata, button); 00000495 if (error) 00000496 goto fail2; 00000497 00000498 if (button->wakeup) 00000499 wakeup = 1; 00000500 00000501 input_set_capability(input, type, button->code); 00000502 } 00000503 00000504 error = sysfs_create_group(&pdev->dev.kobj, &gpio_keys_attr_group); 00000505 if (error) { 00000506 dev_err(dev, "Unable to export keys/switches, error: %d ", 00000507 error); 00000508 goto fail2; 00000509 } 00000510 00000511 error = input_register_device(input); 00000512 if (error) { 00000513 dev_err(dev, "Unable to register input device, error: %d ", 00000514 error); 00000515 goto fail3; 00000516 } 00000517 00000518 /* get current state of buttons */ 00000519 for (i = 0; i < pdata->nbuttons; i++) 00000520 gpio_keys_report_event(&ddata->data[i]); 00000521 input_sync(input); 00000522 00000523 device_init_wakeup(&pdev->dev, wakeup); 00000524 00000525 return 0; 00000526 00000527 fail3: 00000528 sysfs_remove_group(&pdev->dev.kobj, &gpio_keys_attr_group); 00000529 fail2: 00000530 while (--i >= 0) { 00000531 free_irq(gpio_to_irq(pdata->buttons[i].gpio), &ddata->data[i]); 00000532 if (ddata->data[i].timer_debounce) 00000533 del_timer_sync(&ddata->data[i].timer); 00000534 cancel_work_sync(&ddata->data[i].work); 00000535 gpio_free(pdata->buttons[i].gpio); 00000536 } 00000537 00000538 platform_set_drvdata(pdev, NULL); 00000539 fail1: 00000540 input_free_device(input); 00000541 kfree(ddata); 00000542 00000543 return error; 00000544 }
445行，获取平台设备数据。
452行，为struct gpio_keys_drvdata对象分配内存，注意，另外还分配pdata->nbuttons * sizeof(struct gpio_button_data)内存，pdata->nbuttons的值为按键的个数。struct gpio_keys_platform_data的定义在include/linux/gpio_keys.h：
00000016 struct gpio_keys_platform_data { 00000017 struct gpio_keys_button *buttons; 00000018 int nbuttons; 00000019 unsigned int rep:1; /* enable input subsystem auto repeat */ 00000020 int (*enable)(struct device *dev); 00000021 void (*disable)(struct device *dev); 00000022 };
17行，buttons，指向板文件中定义的struct gpio_keys_button数组。
18行，nbuttons，按键的个数。
19行，rep，是否支持按键自动重复。
20、21行，使能和失能按键的函数指针。
下面看一下struct gpio_keys_drvdata的定义：
00000038 struct gpio_keys_drvdata { 00000039 struct input_dev *input; 00000040 struct mutex disable_lock; 00000041 unsigned int n_buttons; 00000042 int (*enable)(struct device *dev); 00000043 void (*disable)(struct device *dev); 00000044 struct gpio_button_data data[0]; 00000045 };
39行，input，当前Input设备。
41行，n_buttons，按键的个数。
44行，是一个变长数组，当获取到平台数据时才能确定该数组的长度。看下该数组类型struct gpio_button_data的定义：
00000029 struct gpio_button_data { 00000030 struct gpio_keys_button *button; 00000031 struct input_dev *input; 00000032 struct timer_list timer; 00000033 struct work_struct work; 00000034 int timer_debounce; /* in msecs */ 00000035 bool disabled; 00000036 };
先看31行，input，设备的指针。
32行，timer，用来延时的定时器。
33行，work，工作队列。
34行，timer_debounce，定时器的定时时间，单位为ms。
35行，disabled，按键是否已经使能。
看回30行，struct gpio_keys_button的定义在include/linux/gpio_keys.h中：
00000004 struct gpio_keys_button { 00000005 /* Configuration parameters */ 00000006 int code; /* input event code (KEY_*, SW_*) */ 00000007 int gpio; 00000008 int active_low; 00000009 char *desc; 00000010 int type; /* input event type (EV_KEY, EV_SW) */ 00000011 int wakeup; /* configure the button as a wake-up source */ 00000012 int debounce_interval; /* debounce ticks interval in msecs */ 00000013 bool can_disable; 00000014 };
6行，code，键值。
7行，gpio，所使用的IO口。
8行，active_low，1表示低电平有效。
9行，desc，按键的名字。
10行，type，按键的事件类型。
11行，wakeup，1表示按键作为唤醒源。
12行，debounce_interval，延时消抖所需要的时间，单位为ms。
13行，can_disable，按键是否可以失能。
回到gpio_keys_probe函数，455行，分配Input设备，input_allocate_device函数在drivers/input/input.c里定义：
00001555 struct input_dev *input_allocate_device(void) 00001556 { 00001557 struct input_dev *dev; 00001558 00001559 dev = kzalloc(sizeof(struct input_dev), GFP_KERNEL); 00001560 if (dev) { 00001561 dev->dev.type = &input_dev_type; 00001562 dev->dev.class = &input_class; 00001563 device_initialize(&dev->dev); 00001564 mutex_init(&dev->mutex); 00001565 spin_lock_init(&dev->event_lock); 00001566 INIT_LIST_HEAD(&dev->h_list); 00001567 INIT_LIST_HEAD(&dev->node); 00001568 00001569 __module_get(THIS_MODULE); 00001570 } 00001571 00001572 return dev; 00001573 }
1557行，看下struct input_dev结构体在include/linux/input.h中的定义：
00001150 struct input_dev { 00001151 const char *name; 00001152 const char *phys; 00001153 const char *uniq; 00001154 struct input_id id; 00001155 00001156 unsigned long evbit[BITS_TO_LONGS(EV_CNT)]; 00001157 unsigned long keybit[BITS_TO_LONGS(KEY_CNT)]; 00001158 unsigned long relbit[BITS_TO_LONGS(REL_CNT)]; 00001159 unsigned long absbit[BITS_TO_LONGS(ABS_CNT)]; 00001160 unsigned long mscbit[BITS_TO_LONGS(MSC_CNT)]; 00001161 unsigned long ledbit[BITS_TO_LONGS(LED_CNT)]; 00001162 unsigned long sndbit[BITS_TO_LONGS(SND_CNT)]; 00001163 unsigned long ffbit[BITS_TO_LONGS(FF_CNT)]; 00001164 unsigned long swbit[BITS_TO_LONGS(SW_CNT)]; 00001165 00001166 unsigned int hint_events_per_packet; 00001167 00001168 unsigned int keycodemax; 00001169 unsigned int keycodesize; 00001170 void *keycode; 00001171 int (*setkeycode)(struct input_dev *dev, 00001172 unsigned int scancode, unsigned int keycode); 00001173 int (*getkeycode)(struct input_dev *dev, 00001174 unsigned int scancode, unsigned int *keycode); 00001175 00001176 struct ff_device *ff; 00001177 00001178 unsigned int repeat_key; 00001179 struct timer_list timer; 00001180 00001181 int rep[REP_CNT]; 00001182 00001183 struct input_mt_slot *mt; 00001184 int mtsize; 00001185 int slot; 00001186 00001187 struct input_absinfo *absinfo; 00001188 00001189 unsigned long key[BITS_TO_LONGS(KEY_CNT)]; 00001190 unsigned long led[BITS_TO_LONGS(LED_CNT)]; 00001191 unsigned long snd[BITS_TO_LONGS(SND_CNT)]; 00001192 unsigned long sw[BITS_TO_LONGS(SW_CNT)]; 00001193 00001194 int (*open)(struct input_dev *dev); 00001195 void (*close)(struct input_dev *dev); 00001196 int (*flush)(struct input_dev *dev, struct file *file); 00001197 int (*event)(struct input_dev *dev, unsigned int type, unsigned int code, int value); 00001198 00001199 struct input_handle *grab; 00001200 00001201 spinlock_t event_lock; 00001202 struct mutex mutex; 00001203 00001204 unsigned int users; 00001205 bool going_away; 00001206 00001207 bool sync; 00001208 00001209 struct device dev; 00001210 00001211 struct list_head h_list; 00001212 struct list_head node; 00001213 };
1151行，name，设备的名字。
1152行，phys，设备在系统层次结构中的路径。
1153行，uniq，设备的识别码。
1154行，id，还是ID，直接看它的定义更直接。
00000043 struct input_id { 00000044 __u16 bustype; 00000045 __u16 vendor; 00000046 __u16 product; 00000047 __u16 version; 00000048 };