原文:Documentation/input/input-programming.txt
翻译:@wengpingbo
校订:@lzufalcon

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INPUT 驱动编程

1. 创建一个 INPUT 设备驱动

1.0 最简单的例子

这有一个非常简单的 INPUT 设备驱动例子。这个设备只有一个按钮,该按钮能通过 BUTTON_PORT 端口来访问。当按下或者释放时,设备会产生一个 BUTTON_IRQ 中断。驱动代码看上去像这样:

#include <linux/input.h>
#include <linux/module.h>
#include <linux/init.h>

#include <asm/irq.h>
#include <asm/io.h>

static struct input_dev *button_dev;

static irqreturn_t button_interrupt(int irq, void *dummy)
{
    input_report_key(button_dev, BTN_0, inb(BUTTON_PORT) & 1);
    input_sync(button_dev);
    return IRQ_HANDLED;
}

static int __init button_init(void)
{
    int error;

    if (request_irq(BUTTON_IRQ, button_interrupt, 0, "button", NULL)) {
                printk(KERN_ERR "button.c: Can't allocate irq %d\n", button_irq);
                return -EBUSY;
        }

    button_dev = input_allocate_device();
    if (!button_dev) {
        printk(KERN_ERR "button.c: Not enough memory\n");
        error = -ENOMEM;
        goto err_free_irq;
    }

    button_dev->evbit[0] = BIT_MASK(EV_KEY);
    button_dev->keybit[BIT_WORD(BTN_0)] = BIT_MASK(BTN_0);

    error = input_register_device(button_dev);
    if (error) {
        printk(KERN_ERR "button.c: Failed to register device\n");
        goto err_free_dev;
    }

    return 0;

 err_free_dev:
    input_free_device(button_dev);
 err_free_irq:
    free_irq(BUTTON_IRQ, button_interrupt);
    return error;
}

static void __exit button_exit(void)
{
        input_unregister_device(button_dev);
    free_irq(BUTTON_IRQ, button_interrupt);
}

module_init(button_init);
module_exit(button_exit);

1.1 这个例子做了什么

首先,它包含了 <linux/input.h> 头文件,这是 INPUT 子系统的接口。该头文件提供了所有需要的定义。

初始化函数 _init 会在模块加载或者内核启动过程中调用,它分配必要的资源(它同时也应该检测相应设备是否存在)。

然后它通过 input_allocate_device() 分配一个新的 INPUT 设备结构体,并且设定相应位字段。设备驱动通过这个结构体告诉 INPUT 系统的其他模块:该设备是什么,它产生或者接受什么事件。我们的设备只能够产生 EV_KEY 类型事件,所以也只能有一个 BTN_0 事件编码。因此,我们只需要设置这两个位。我们可以使用下面两种形式来设置

set_bit(EV_KEY, button_dev.evbit);
set_bit(BTN_0, button_dev.keybit);

但是若不止一个位,第一种方法更简单一点。

然后示例驱动通过如下调用注册该 INPUT 设备结构体

input_register_device(&button_dev);

这会把 button_dev 架构体加入 INPUT 驱动链表里,然后调用设备处理模块 _connect 函数,来告诉他们一个新 INPUT 设备出现了。input_register_device() 调用可能会导致进程睡眠,因此不能在中断上下文或者自旋锁上下文调用。

在使用过程中,这个驱动唯一使用的函数是

button_interrupt()

该函数会在每一次按钮中断到来时,检测它的状态,并通过 input_report_key() 调用把该事件上报给 INPUT 系统。这里不需要在中断处理函数中检测是否上报了两个相同的值(例如,连续两次按下),因为 input_report_* 函数会检测这些。

然后这有一个

input_sync()

调用来告诉接收这个事件的模块:我们已经发送了一个完整的事件。在只有一个按钮情况下,这看上去并不是很重要。但是对于那些像鼠标移动事件来说,这种调用就非常重要了。因为你不想单独处理 X 和 Y 值,这会导致异常的鼠标移动。

1.2 dev->open()dev->close()

假设该驱动需要不断轮询设备,因为它没有中断信号。但是长时间轮询代价很大,或者该设备占用了关键资源(例如,中断),不能长久占用。它可以利用 close 回调函数来暂停轮询,或者释放中断,利用 open 回调函数再次恢复轮询,注册中断。为了达到这样的效果,我们可以在驱动中加入如下代码:

static int button_open(struct input_dev *dev)
{
    if (request_irq(BUTTON_IRQ, button_interrupt, 0, "button", NULL)) {
                printk(KERN_ERR "button.c: Can't allocate irq %d\n", button_irq);
                return -EBUSY;
        }

        return 0;
}

static void button_close(struct input_dev *dev)
{
        free_irq(IRQ_AMIGA_VERTB, button_interrupt);
}

static int __init button_init(void)
{
    ...
    button_dev->open = button_open;
    button_dev->close = button_close;
    ...
}

这里要注意的是 INPUT 系统核心会跟踪当前使用该设备的用户数,并且保证 dev->open() 只会在第一个用户连接该设备时调用,dev->close() 只会在最后一个用户断开连接时调用。对这两个回调函数的调用都是串行化的。(注:互斥??)

open() 回调函数应该在成功时返回 0,错误时返回负值。close() 回调函数总是成功的(返回类型为 void)。

1.3 基本事件类型

最简单的事件类型是 EV_KEY,用于按键和按钮。它通过如下调用上报给 INPUT 系统:

input_report_key(struct input_dev *dev, int code, int value)

查看 linux/input.h 文件获取 code 所有可能的取值(0 ~ KEY_MAX)。value 被翻译为真实的值,例如非零值是按键被按下,零值代表按键被释放。INPUT 系统只会在当前值不同于上一次报的值时,才会生成事件。

除了 EV_KEY,这还有两种事件类型:EV_RELEV_ABS。它们用于设备产生的相对值和绝对值。相对值就像鼠标在 X 轴移动那样。因为它没有绝对的坐标系统做参照,只能上报相对于上一个位置的相对值。绝对值用于那些有绝对坐标系统做参照的设备,像游戏杆和数字转换器。

让设备上报 EV_REL 类型事件,跟上报 EV_KEY 类型事件一样简单,只需要设置相应的位,然后调用

input_report_rel(struct input_dev *dev, int code, int value)

函数。这里只会对非零值才会生成事件。

但是 EV_ABS 事件有一点特殊。在调用 input_register_device 之前,你必须在 input_dev 结构体中为该设备的每一个绝对类型的轴填充一些区域。如果按钮设备有一个 ABS_X 轴,我们需要做如下设置:

button_dev.absmin[ABS_X] = 0;
button_dev.absmax[ABS_X] = 255;
button_dev.absfuzz[ABS_X] = 4;
button_dev.absflat[ABS_X] = 8;

或者,我们可以简单调用:

input_set_abs_params(button_dev, ABS_X, 0, 255, 4, 8);

这种设定适合游戏杆的 X axis,最小值为 0,最大值为 255(游戏杆必须能够达到这个范围内的数值,偶尔超出这个范围也是没问题的,但是这个范围内的数值得能上报),数据的噪声为 +/- 4,点大小距中心位置为 8(原文:with a center flat position of size 8)。

如果你不需要 absfuzzabsflat,你可以把它们设为 0,这意味着报的值是非常精准的,并且每次都是在点的中心位置。

1.4 BITS_TO_LONGS(), BIT_WORD(), BIT_MASK()

这 3 个在 bitops.h 中的宏用于简化一些位计算:

  • BITS_TO_LONGS(x) - 返回 x 位在 long 类型位域数组中的长度
  • BIT_WORD(x) - 返回第 x 位在 long 类型数组中的位置
  • BIT_MASK(x) - 返回第 x 位在 long 中的位置掩码

1.5 id*name 字段

dev->name 必须在 INPUT 设备注册之前在驱动中设置。name 字段包含一个用户友好的设备名字,就像 “Generic button device” 一样。

id* 字段包含总线 ID(PCI,USB),以及该设备的 PID 和 VID。总线 ID 是在 input.h 文件中定义的。设备的 PID 和 VID 是在 pci_ids.husb_ids.h 等类似的头文件中定义的。这些字段应该在注册之前由设备驱动设置。

idtype 字段能够用于存储 INPUT 设备驱动的特殊信息。(注:最新的内核代码中已经没有该字段)

idname 字段能够通过 evdev 接口传递给上层应用。

1.6 keycode,keycodemax 和 keycodesize 字段

有很多按键映射的 INPUT 设备应该使用这三个字段。 keycode 是一个数组,用于映射从扫码(scancode)到 INPUT 系统的按键码(keycode)。keycodemax 应该包含该数组的大小,而 keycodesize 则是数组里每一项的大小(字节数)。

用户空间程序可以通过对应的 evdev 接口,使用 EVIOCGKEYCODEEVIOCSKEYCODE ioctl 操作来查询和修改当前扫码到按键码的映射关系。当一个设备填充了前面提到的三个字段,其驱动应该基于内核默认的实现,设置和查询按键码映射。

1.7 dev->getkeycode()dev->setkeycode()

getkeycode()setkeycode() 回调函数允许驱动覆盖 INPUT 核心提供的默认 keycode/keycodesize/keycodemax 映射机制,实现稀疏的按键映射。

1.8 按键自动重复

按键自动重复比较简单。它是在 input.c 模块中处理的。硬件自动重复并没有被使用,因为并不是所有的设备都有这个功能,而且该功能不是很稳定(Toshiba 笔记本上的键盘)。要使能设备的自动重复功能,只需设置 dev->evbit 中的 EV_REP。INPUT 系统会处理所有的工作。

1.9 处理输出事件的特殊事件类型

到目前为止,特殊事件类型有:

  • EV_LED - 用于键盘灯
  • EV_SND - 用于键盘蜂鸣器

注:EV_LEDEV_SND 并不只是局限于键盘,对于其他设备的 LED 和 声音输出,也是可以使用的)

注:在最新的内核代码里,除了这两个,还有 EV_FFEV_FF_STATUS,和 EV_PWR,具体见 event-codes.txt)

他们和普通的按键事件非常类似,但是他们的方向是相反的 - 从系统到 INPUT 设备驱动。如果你的 INPUT 设备驱动能够处理这些事件,驱动中必须设置 evbit 中相应的位,和回调函数:

    button_dev->event = button_event;

int button_event(struct input_dev *dev, unsigned int type, unsigned int code, int value);
{
    if (type == EV_SND && code == SND_BELL) {
        outb(value, BUTTON_BELL);
        return 0;
    }
    return -1;
}

这个回调函数能够在中断上下文或者中断下半部中调用(尽管没有这个规则),因此这个回调函数里不能睡下去,也不能消耗过长的时间。

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