作者:Hcamael****@知道创宇404实验室********
时间:2024年2月29日
经过上一篇文章的学习,对USB HID驱动有了更多的了解,但是也产生了许多疑问,在后续的学习中解决了一些疑问,本篇文章先对已经解决的问题进行讲解。
1 Nintendo 手柄驱动
参考资料
在上一篇文章中,提到过一个问题:Switch原装手柄没有USB接口,为什么在nintendo
中还要进行一些列处理?
在后续的研究中发现了这个问题的答案:首先查看hid-nintendo.c
驱动代码中nintendo_hid_devices
结构体的定义,如下所示:
static const struct hid_device_id nintendo_hid_devices[] = { { HID_USB_DEVICE(USB_VENDOR_ID_NINTENDO, USB_DEVICE_ID_NINTENDO_PROCON) }, { HID_BLUETOOTH_DEVICE(USB_VENDOR_ID_NINTENDO, USB_DEVICE_ID_NINTENDO_PROCON) }, { HID_USB_DEVICE(USB_VENDOR_ID_NINTENDO, USB_DEVICE_ID_NINTENDO_CHRGGRIP) }, { HID_BLUETOOTH_DEVICE(USB_VENDOR_ID_NINTENDO, USB_DEVICE_ID_NINTENDO_JOYCONL) }, { HID_BLUETOOTH_DEVICE(USB_VENDOR_ID_NINTENDO, USB_DEVICE_ID_NINTENDO_JOYCONR) }, { }};
仔细查看该结构体可以发现,对于Switch原装的左右手柄,使用的是HID_BLUETOOTH_DEVICE
宏定义,表示匹配的是蓝牙HID协议,并不匹配USB HID协议。这样,该问题的答案就很明显了,hid-nintendo.c
驱动适配了JOYCONR
和JOYCONL
手柄的蓝牙驱动。
第二个问题:为什么上一篇文章中模拟的Switch Pro手柄只创建了/dev/input/eventX
却没有/dev/input/jsX
?
关于该问题,我们就需要加深一点对内核input驱动的了解。
2 Linux内核INPUT子系统简述
参考资料
因为暂时没有开发input相关驱动的打算,所以并不会深入讲解input驱动的各项细节,本章节的目标是让读者读完以后,在心中能对input驱动的运作模式有个大致的了解。
用hid-nintendo.c
驱动作为例子进行讲解,首先看nintendo_hid_probe
函数,在上一篇文章中说过,当USB HID设备注册成功后,会在内核中匹配所有.id_tables
,当匹配到idVendor
和idProduct
为Switch Pro
手柄后,会调用nintendo_hid_probe
函数。
接着就是进行一系列的初始化,还会和手柄进行一些通信,或者手柄的一些信息,这期间没出错的话就会调用到joycon_input_create
函数,在该函数中通过input_set_abs_params
,input_set_capability
这类input驱动的函数,设置设备有哪些属性,比如有EV_KEY
,就是表示该设备有按键,使用input_set_abs_params
设置的就是坐标系,比如手柄的摇杆,鼠标的移动都需要使用该函数。
最后再调用input_register_device
函数,如果没有意外,一个input事件就注册成功了,我们就可以通过/dev/input/eventX
文件来进行通信,上一篇文章中提过,eventX
文件的结构体如下所示:
struct input_event { struct timeval time; __u16 type; __u16 code; __s32 value;};
如果我们按了手柄的一个按键,那么这个时候读取eventX
进行解析,我们会发现type
的值就是EV_KEY
,而code
的值表示的就是某个按键,value
表示的就是1
或0
(按下或者释放)。
我们能获取到的值同样也可以在hid-nintendo.c
驱动中看到实现的代码,可以查看nintendo_hid_event
函数,该函数为当接收到数据后,会调用的函数。
在nintendo_hid_probe
函数中,当成功注册完input事件后,会设置一个状态:ctlr->ctlr_state = JOYCON_CTLR_STATE_READ;
在nintendo_hid_event->joycon_ctlr_handle_event
函数会判断ctlr->ctlr_state
的值如果等于JOYCON_CTLR_STATE_READ
时,会调用ret = joycon_ctlr_read_handler(ctlr, data, size);
函数。
该函数就是处理手柄的输入(按键,摇杆)数据的主函数,接着通过input驱动的input_report_abs
,input_report_key
这类的函数对坐标的状态,按键的状态进行设置,最后调用input_sync
函数,就会把设置好的手柄输入传送到/dev/input/eventX
文件中,我们通过eventX
文件读取到的内容就是这么产生的。
从上面的内容可以知道,如果想要开发Linux下的Switch Pro
手柄的客户端,只需要操作eventX
文件,并且仔细阅读nintendo_hid_event
函数,了解传输数据的数据结构就能实现。
目前Linux下绝大部分手柄的客户端程序都是通过读取/dev/input/jsX
文件获取手柄输入的数据,在上一篇Paper中,我们模拟的XBox手柄就能成功生成/dev/input/jsX
驱动文件,但是Swtich Pro
手柄却无法生成手柄驱动文件,这是为什么呢?
经过研究发现,控制生成手柄驱动的代码位于drivers/input/joydev.c
文件中,对于驱动文件,首先关注的入口点同样是input_handler
结构体,joydev.c
驱动的input_handler
结构体如下所示:
static struct input_handler joydev_handler = { .event = joydev_event, .match = joydev_match, .connect = joydev_connect, .disconnect = joydev_disconnect, .legacy_minors = true, .minor = JOYDEV_MINOR_BASE, .name = "joydev", .id_table = joydev_ids,};
并且在joydev_connect
函数中可以发现代码:dev_set_name(&joydev->dev, "js%d", dev_no);
。
joydev.c
驱动实现细节请自行阅读代码,下面来概括一下手柄驱动的大致流程:
1. 跟其他驱动一样,当驱动被加载到内核当中后,会把.id_table
加入到内核的id_table
链表中。
2. 当一个新的input event
被注册成功,会对id_table
进行遍历,匹配合适的驱动。
3. 参见joydev.c
的joydev_ids
代码,如下所示:
static const struct input_device_id joydev_ids[] = { { .flags = INPUT_DEVICE_ID_MATCH_EVBIT | INPUT_DEVICE_ID_MATCH_ABSBIT, .evbit = { BIT_MASK(EV_ABS) }, .absbit = { BIT_MASK(ABS_X) }, }, { .flags = INPUT_DEVICE_ID_MATCH_EVBIT | INPUT_DEVICE_ID_MATCH_ABSBIT, .evbit = { BIT_MASK(EV_ABS) }, .absbit = { BIT_MASK(ABS_Z) }, }, { .flags = INPUT_DEVICE_ID_MATCH_EVBIT | INPUT_DEVICE_ID_MATCH_ABSBIT, .evbit = { BIT_MASK(EV_ABS) }, .absbit = { BIT_MASK(ABS_WHEEL) }, }, { .flags = INPUT_DEVICE_ID_MATCH_EVBIT | INPUT_DEVICE_ID_MATCH_ABSBIT, .evbit = { BIT_MASK(EV_ABS) }, .absbit = { BIT_MASK(ABS_THROTTLE) }, }, { .flags = INPUT_DEVICE_ID_MATCH_EVBIT | INPUT_DEVICE_ID_MATCH_KEYBIT, .evbit = { BIT_MASK(EV_KEY) }, .keybit = {[BIT_WORD(BTN_JOYSTICK)] = BIT_MASK(BTN_JOYSTICK) }, }, { .flags = INPUT_DEVICE_ID_MATCH_EVBIT | INPUT_DEVICE_ID_MATCH_KEYBIT, .evbit = { BIT_MASK(EV_KEY) }, .keybit = { [BIT_WORD(BTN_GAMEPAD)] = BIT_MASK(BTN_GAMEPAD) }, }, { .flags = INPUT_DEVICE_ID_MATCH_EVBIT | INPUT_DEVICE_ID_MATCH_KEYBIT, .evbit = { BIT_MASK(EV_KEY) }, .keybit = { [BIT_WORD(BTN_TRIGGER_HAPPY)] = BIT_MASK(BTN_TRIGGER_HAPPY) }, }, { } /* Terminating entry */};
从上面代码可以看出当input event
设置了EV_ABS
坐标系或者EV_KEY
按键属性的时候,就能匹配到该驱动。
4. 匹配到该驱动后,将会调用joydev_connect
函数,经过一系列初始化,然后创建/dev/input/jsX
驱动文件。
5. 当一个新的event
产生,将会调用joydev_event
函数,首先查看该函数的定义,代码如下所示:
static void joydev_event(struct input_handle *handle, unsigned int type, unsigned int code, int value){ struct joydev *joydev = handle->private; struct joydev_client *client; struct js_event event; switch (type) { case EV_KEY: if (code < BTN_MISC || value == 2) return; event.type = JS_EVENT_BUTTON; event.number = joydev->keymap[code - BTN_MISC]; event.value = value; break; case EV_ABS: event.type = JS_EVENT_AXIS; event.number = joydev->absmap[code]; event.value = joydev_correct(value, &joydev->corr[event.number]); if (event.value == joydev->abs[event.number]) return; joydev->abs[event.number] = event.value; break; default: return; } event.time = jiffies_to_msecs(jiffies); rcu_read_lock(); list_for_each_entry_rcu(client, &joydev->client_list, node) joydev_pass_event(client, &event); rcu_read_unlock(); wake_up_interruptible(&joydev->wait);}
joydev_event
的三个参数正好能和input_event
结构体对应,接着将会根据input_event
结构体的数据生成js_event
结构体。
在上一篇文章中,讲述的读取/dev/input/jsX
的数据,正好能和上面的代码对应上。
在了解了joydev.c
驱动的加载流程后,也并没有解决我们之前提出的疑问:为什么Switch Pro
手柄不能加载joydev
驱动呢?
因为还有一个joydev_match
函数,相关代码如下所示:
static bool joydev_match(struct input_handler *handler, struct input_dev *dev){ /* Disable blacklisted devices */ if (joydev_dev_is_blacklisted(dev)) return false; /* Avoid absolute mice */ if (joydev_dev_is_absolute_mouse(dev)) return false; return true;}static bool joydev_dev_is_blacklisted(struct input_dev *dev){ const struct input_device_id *id; for (id = joydev_blacklist; id->flags; id++) { if (input_match_device_id(dev, id)) { dev_dbg(&dev->dev, "joydev: blacklisting '%s'\n", dev->name); return true; } } return false;}static const struct input_device_id joydev_blacklist[] = { /* Avoid touchpads and touchscreens */ { .flags = INPUT_DEVICE_ID_MATCH_EVBIT | INPUT_DEVICE_ID_MATCH_KEYBIT, .evbit = { BIT_MASK(EV_KEY) }, .keybit = { [BIT_WORD(BTN_TOUCH)] = BIT_MASK(BTN_TOUCH) }, }, /* Avoid tablets, digitisers and similar devices */ { .flags = INPUT_DEVICE_ID_MATCH_EVBIT | INPUT_DEVICE_ID_MATCH_KEYBIT, .evbit = { BIT_MASK(EV_KEY) }, .keybit = { [BIT_WORD(BTN_DIGI)] = BIT_MASK(BTN_DIGI) }, }, /* Disable accelerometers on composite devices */ ACCEL_DEV(USB_VENDOR_ID_SONY, USB_DEVICE_ID_SONY_PS3_CONTROLLER), ACCEL_DEV(USB_VENDOR_ID_SONY, USB_DEVICE_ID_SONY_PS4_CONTROLLER), ACCEL_DEV(USB_VENDOR_ID_SONY, USB_DEVICE_ID_SONY_PS4_CONTROLLER_2), ACCEL_DEV(USB_VENDOR_ID_SONY, USB_DEVICE_ID_SONY_PS4_CONTROLLER_DONGLE), ACCEL_DEV(USB_VENDOR_ID_THQ, USB_DEVICE_ID_THQ_PS3_UDRAW), ACCEL_DEV(USB_VENDOR_ID_NINTENDO, USB_DEVICE_ID_NINTENDO_PROCON), ACCEL_DEV(USB_VENDOR_ID_NINTENDO, USB_DEVICE_ID_NINTENDO_CHRGGRIP), ACCEL_DEV(USB_VENDOR_ID_NINTENDO, USB_DEVICE_ID_NINTENDO_JOYCONL), ACCEL_DEV(USB_VENDOR_ID_NINTENDO, USB_DEVICE_ID_NINTENDO_JOYCONR), { /* sentinel */ }};
从函数的名称中就能得知该函数的作用,再执行joydev_connect
函数前会先运行joydev_match
函数,match
函数一般可以用来过滤或者对不同的设备进行不通的处理。
在joydev.c
驱动的代码定义了一个黑名单列表,而match
函数的作用是用来对这些黑名单中的设备进行过滤,Nintendo
手柄就正好在这个黑名单中,不仅有Nintendo
手柄,还是索尼的PS手柄也在黑名单中。
至于为什么Nintendo
手柄会在Linux手柄驱动的黑名单中无从得知,只能从代码的注释中猜测一二:一般手柄会带有加速度传感器,用来玩一些支持体感类的游戏,比如健身环,可能Nintendo
手柄的加速度传感器的功能在Linux驱动中还未实现,从joydev_event
可以看出,Linux的手柄驱动仅支持坐标系和按键功能,所以把支持加速度传感器的手柄给禁用了。
3 总结
参考资
到本篇文章结束,关于USB游戏手柄部分的研究就结束了,接下来就是研究其他USB设备,经过了USB游戏手柄的一番折腾,对USB HID驱动还有input驱动都有了一定的了解,对后续的研究也能有非常大的助力。
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