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。
2.1 注册input event
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。
2.2 注册手柄驱动
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。
