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一、输入设备和输入系统

1.1、什么是输入设备？

⚫ 先来了解什么是输入设备？
常见的输入设备有键盘、鼠标、遥控杆、书写板、触摸屏等等,用户通过这些输入设备与 Linux 系统进行数据交换。

1.2、什么是输入系统？

⚫ 什么是输入系统？
输入设备种类繁多，能否统一它们的接口？既在驱动层面统一，也在应用程序层面统一？可以的。
Linux 系统为了统一管理这些输入设备，实现了一套能兼容所有输入设备的框架：输入系统。驱动开发人员基于这套框架开发出程序，应用开发人员就可以使用统一的 API 去使用设备。

二、输入系统框架及调试

2.1、框架概述

作为应用开发人员，可以只基于 API 使用输入子系统。但是了解内核中输入
子系统的框架、了解数据流程，有助于解决开发过程中碰到的硬件问题、驱动问
题。
输入系统框架如图所示：

假设用户程序直接访问/dev/input/event0 设备节点，或者使用 tslib 访问设备节点，数据的流程如下：
①APP 发起读操作，若无数据则休眠；
②用户操作设备，硬件上产生中断；
③输入系统驱动层对应的驱动程序处理中断：
读取到数据，转换为标准的输入事件，向核心层汇报。
所谓输入事件就是一个“struct input_event”结构体。
④核心层可以决定把输入事件转发给上面哪个 handler 来处理：
从 handler 的名字来看，它就是用来处输入操作的。有多种 handler，比如：evdev_handler、kbd_handler、joydev_handler 等等。
最常用的是 evdev_handler：它只是把 input_event 结构体保存在内核buffer 等，APP 来读取时就原原本本地返回。它支持多个 APP 同时访问输入设备，每个 APP 都可以获得同一份输入事件。
当 APP 正在等待数据时，evdev_handler 会把它唤醒，这样 APP 就可以返回数据。
⑤APP 对输入事件的处理：
APP 获 得 数 据 的 方 法 有 2 种 ： 直 接 访 问 设 备 节 点 ( 比如/dev/input/event0,1,2,…)，或者通过 tslib、libinput 这类库来间接访问设备节点。这些库简化了对数据的处理。

2.2、编写 APP 需要掌握的知识

基于编写应用程序的角度，只需要理解这些内容：

内核中怎么表示一个输入设备？

使用 input_dev 结构体来表示输入设备，它的内容如图：

APP 可以得到什么数据？

可以得到一系列的输入事件，就是一个一个“struct input_event”，它定义如图：

每个输入事件 input_event 中都含有发生时间：timeval 表示的是“自系
统启动以来过了多少时间”，它是一个结构体，含有“tv_sec、tv_usec”两项
(即秒、微秒)。
输入事件 input_event 中更重要的是：type(哪类事件)、code(哪个事件)、
value(事件值)，细讲如下：
type：表示哪类事件
比如 EV_KEY 表示按键类、EV_REL 表示相对位移(比如鼠标)，EV_ABS 表示
绝对位置(比如触摸屏)。参考 Linux 内核头文件：

code：表示该类事件下的哪一个事件
比如对于 EV_KEY(按键)类事件，它表示键盘。键盘上有很多按键，比如数字键 1、2、3，字母键 A、B、C 里等。所以可以有图这些事件：

对于触摸屏，它提供的是绝对位置信息，有 X 方向、Y 方向，还有压力值。
所以 code 值有图这些：

value：表示事件值
对于按键，它的 value 可以是 0(表示按键被按下)、1(表示按键被松开)、2(表示长按)；
对于触摸屏，它的 value 就是坐标值、压力值。
事件之间的界线
APP 读取数据时，可以得到一个或多个数据，比如一个触摸屏的一个触点会
上报 X、Y 位置信息，也可能会上报压力值。
◼ APP 怎么知道它已经读到了完整的数据？
驱动程序上报完一系列的数据后，会上报一个“同步事件”，表示数据上报完毕。APP 读到“同步事件”时，就知道已经读完了当前的数据。
同步事件也是一个 input_event 结构体，它的 type、code、value 三项都是 0。

输入子系统支持完整的 API 操作

支持这些机制：阻塞、非阻塞、POLL/SELECT、异步通知

2.3、调试技巧

确定设备信息

输入设备的设备节点名为/dev/input/eventX(也可能是/dev/eventX，X表示 0、1、2 等数字)。查看设备节点，可以执行以下命令：

ls /dev/input/* -l
ls /dev/event* -l

就会出现这样的信息：

怎么知道这些设备节点对应什么硬件呢？可以在板子上执行以下命令：

cat /proc/bus/input/devices

这条指令含义就是获取与 event 对应的相关设备信息，可以看到类似以下的结果：

那么这里的 I、N、P、S、U、H、B 对应的每一行是什么含义呢？


值得注意的是 B 位图，比如上图中“B: EV=b”用来表示该设备支持哪类输
入事件。b 的二进制是 1011，bit0、1、3 为 1，表示该设备支持 0、1、3 这三
类事件，即 EV_SYN、EV_KEY、EV_ABS。
再举一个例子，“B: ABS=2658000 3”如何理解？
它表示该设备支持 EV_ABS 这一类事件中的哪一些事件。这是 2 个 32 位的
数字：0x2658000、0x3，高位在前低位在后，组成一个 64 位的数字：
“0x2658000,00000003”，数值为 1 的位有：0、1、47、48、50、53、54，即：
0、1、0x2f、0x30、0x32、0x35、0x36，对应以下这些宏：

即 这 款 输 入 设 备 支 持 上 述 的 ABS_X 、 ABS_Y 、 ABS_MT_SLOT 、
ABS_MT_TOUCH_MAJOR 、 ABS_MT_WIDTH_MAJOR 、 ABS_MT_POSITION_X 、ABS_MT_POSITION_Y 这些绝对位置事件(它们的含义在后面讲解电容屏时再细讲)。

使用命令读取数据

调试输入系统时直接执行类似下面的命令，然后操作对应的输入设备即可读出据：

hexdump /dev/input/event1

在开发板上执行上述命令之后，点击按键或是点击触摸屏，就会打印如图信息：

图 7.11 中 的 type 为 3 ，对应 EV_ABS ； code 为 0x35 对 应ABS_MT_POSITION_X；code 为 0x36 对应 ABS_MT_POSITION_Y。
上图中还发现有 2 个同步事件：它的 type、code、value 都为 0。表示电容屏上报了 2 次完整的数据。

三、不使用库的应用程序示例

3.1、输入系统支持完整的 API 操作

支持这些机制：阻塞、非阻塞、POLL/SELECT、异步通知。

3.2、APP 访问硬件的 4 种方式：

举例：妈妈怎么知道孩子醒了

① 时不时进房间看一下：查询方式
简单，但是累
②进去房间陪小孩一起睡觉，小孩醒了会吵醒她：休眠-唤醒
不累，但是妈妈干不了活了
③妈妈要干很多活，但是可以陪小孩睡一会，定个闹钟：poll 方式
要浪费点时间，但是可以继续干活。
妈妈要么是被小孩吵醒，要么是被闹钟吵醒。
⑤妈妈在客厅干活，小孩醒了他会自己走出房门告诉妈妈：异步通知
妈妈、小孩互不耽误。
这 4 种方法没有优劣之分，在不同的场合使用不同的方法。

3.3、获取设备信息

通过 ioctl 获取设备信息，ioctl 的参数如下：

int ioctl(int fd, unsigned long request, ...);

有些驱动程序对 request 的格式有要求，它的格式如下：

比如 dir 为_IOC_READ(即 2)时，表示 APP 要读数据；为_IOC_WRITE(即 4)时，表示 APP 要写数据。
size 表示这个 ioctl 能传输数据的最大字节数。
⚫ type、nr 的含义由具体的驱动程序决定。
比如要读取输入设备的 evbit 时，ioctl 的 request 要写为“EVIOCGBIT(0, size)”，
⚫ size 的大小可以由你决定：你想读多少字节就设置为多少。这个宏的
定义如下：

3.4、查询方式

APP 调用 open 函数时，传入“O_NONBLOCK”表示“非阻塞”。
阻塞：没有数据可读时，系统自动休眠
非阻塞：没有数据可读时，系统不休眠
APP 调用 read 函数读取数据时，如果驱动程序中有数据，那么 APP 的 read
函数会返回数据，否则也会立刻返回错误。
代码如下：

#include <linux/input.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <sys/ioctl.h>
#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>/* ./01_get_input_info /dev/input/event0 noblock */
int main(int argc, char **argv)
{int fd;int err;int len;int i;unsigned char byte;int bit;struct input_id id;unsigned int evbit[2];struct input_event event;char *ev_names[] = {"EV_SYN ","EV_KEY ","EV_REL ","EV_ABS ","EV_MSC ","EV_SW	","NULL ","NULL ","NULL ","NULL ","NULL ","NULL ","NULL ","NULL ","NULL ","NULL ","NULL ","EV_LED ","EV_SND ","NULL ","EV_REP ","EV_FF	","EV_PWR ",};if (argc < 2){printf("Usage: %s <dev> [noblock]\n", argv[0]);return -1;}if (argc == 3 && !strcmp(argv[2], "noblock")){fd = open(argv[1], O_RDWR | O_NONBLOCK);}else{fd = open(argv[1], O_RDWR);}if (fd < 0){printf("open %s err\n", argv[1]);return -1;}err = ioctl(fd, EVIOCGID, &id);if (err == 0){printf("bustype = 0x%x\n", id.bustype );printf("vendor	= 0x%x\n", id.vendor  );printf("product = 0x%x\n", id.product );printf("version = 0x%x\n", id.version );}len = ioctl(fd, EVIOCGBIT(0, sizeof(evbit)), &evbit);if (len > 0 && len <= sizeof(evbit)){printf("support ev type: ");for (i = 0; i < len; i++){byte = ((unsigned char *)evbit)[i];for (bit = 0; bit < 8; bit++){if (byte & (1<<bit)) {printf("%s ", ev_names[i*8 + bit]);}}}printf("\n");}while (1){len = read(fd, &event, sizeof(event));if (len == sizeof(event)){printf("get event: type = 0x%x, code = 0x%x, value = 0x%x\n", event.type, event.code, event.value);}else{printf("read err %d\n", len);}}return 0;
}

根据传入的参数不同会以不同的方式Open（阻塞|不阻塞）
阻塞：

非阻塞：

3.5、POLL/SELECT 方式

（1）功能介绍

POLL 机制、SELECT 机制是完全一样的，只是 APP 接口函数不一样。简单地说，它们就是“定个闹钟”：在调用 poll、select 函数时可以传入“超时时间”。在这段时间内，条件合适时(比如有数据可读、有空间可写)就会立刻返回，否则等到“超时时间”结束时返回错误。
用法如下：


API函数代码使用演示：

（2）使用POL编程

第 61 行：打开设备文件。
第 96~98 行：设置 pollfd 结构体。
第 96 行：想查询哪个文件(fd)？
第 97 行：想查询什么事件(POLLIN)？
第 98 行：先清除“返回的事件”(revents)。
第 99 行：使用 poll 函数查询事件，指定超时时间为 5000(ms)。
第 100、110 行判断返回值：大于 0 表示期待的事件发生了，等于 0 表示超时。

（3）使用SELECT编程

#include <linux/input.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <sys/ioctl.h>
#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/select.h>/* According to earlier standards */
#include <sys/time.h>/* ./01_get_input_info /dev/input/event0 */
int main(int argc, char **argv)
{int fd;int err;int len;int ret;int i;unsigned char byte;int bit;struct input_id id;unsigned int evbit[2];struct input_event event;int nfds;struct timeval tv;fd_set readfds;char *ev_names[] = {"EV_SYN ","EV_KEY ","EV_REL ","EV_ABS ","EV_MSC ","EV_SW	","NULL ","NULL ","NULL ","NULL ","NULL ","NULL ","NULL ","NULL ","NULL ","NULL ","NULL ","EV_LED ","EV_SND ","NULL ","EV_REP ","EV_FF	","EV_PWR ",};if (argc != 2){printf("Usage: %s <dev>\n", argv[0]);return -1;}fd = open(argv[1], O_RDWR | O_NONBLOCK);if (fd < 0){printf("open %s err\n", argv[1]);return -1;}err = ioctl(fd, EVIOCGID, &id);if (err == 0){printf("bustype = 0x%x\n", id.bustype );printf("vendor	= 0x%x\n", id.vendor  );printf("product = 0x%x\n", id.product );printf("version = 0x%x\n", id.version );}len = ioctl(fd, EVIOCGBIT(0, sizeof(evbit)), &evbit);if (len > 0 && len <= sizeof(evbit)){printf("support ev type: ");for (i = 0; i < len; i++){byte = ((unsigned char *)evbit)[i];for (bit = 0; bit < 8; bit++){if (byte & (1<<bit)) {printf("%s ", ev_names[i*8 + bit]);}}}printf("\n");}while (1){/* 设置超时时间 */tv.tv_sec  = 5;tv.tv_usec = 0;/* 想监测哪些文件? */FD_ZERO(&readfds);    /* 先全部清零 */	FD_SET(fd, &readfds); /* 想监测fd *//* 函数原型为:int select(int nfds, fd_set *readfds, fd_set *writefds,fd_set *exceptfds, struct timeval *timeout);* 我们为了"read"而监测, 所以只需要提供readfds*/nfds = fd + 1; /* nfds 是最大的文件句柄+1, 注意: 不是文件个数, 这与poll不一样 */ ret = select(nfds, &readfds, NULL, NULL, &tv);if (ret > 0)  /* 有文件可以提供数据了 */{/* 再次确认fd有数据 */if (FD_ISSET(fd, &readfds)){while (read(fd, &event, sizeof(event)) == sizeof(event)){printf("get event: type = 0x%x, code = 0x%x, value = 0x%x\n", event.type, event.code, event.value);}}}else if (ret == 0)  /* 超时 */{printf("time out\n");}else   /* -1: error */{printf("select err\n");}}return 0;
}

3.6、异步通知方式

（1）功能介绍

所谓同步，就是“你慢我等你”。
那么异步就是：你慢那你就自己玩，我做自己的事去了，有情况再通知我。
所谓异步通知，就是 APP 可以忙自己的事，当驱动程序用数据时它会主动给APP 发信号，这会导致 APP 执行信号处理函数。
仔细想想“发信号”，这只有 3 个字，却可以引发很多问题：

⚫ 谁发：驱动程序发
⚫ 发什么：信号
⚫ 发什么信号：SIGIO
⚫ 怎么发：内核里提供有函数
⚫ 发给谁：APP，APP 要把自己告诉驱动
⚫ APP 收到后做什么：执行信号处理函数
⚫ 信号处理函数和信号，之间怎么挂钩：APP 注册信号处理函数

小孩通知妈妈的事情有很多：饿了、渴了、想找人玩。
Linux 系统中也有很多信号，在 Linux 内核源文件 include\uapi\asm-generic\signal.h 中，有很多信号的宏定义：
驱动程序通知 APP 时，它会发出“SIGIO”这个信号，表示有“IO 事件”要处理。
就 APP 而言，你想处理 SIGIO 信息，那么需要提供信号处理函数，并且要跟SIGIO 挂钩。这可以通过一个 signal 函数来“给某个信号注册处理函数”，用法如下：

（2）应用编程

应用程序要做的事情有这几件：
①编写信号处理函数：

static void sig_func(int sig)
{
int val;
read(fd, &val, 4);
printf("get button : 0x%x\n", val);
}

②注册信号处理函数：

signal(SIGIO, sig_func);

③打开驱动：

fd = open(argv[1], O_RDWR);

④把进程 ID 告诉驱动：

fcntl(fd, F_SETOWN, getpid());

⑤使能驱动的 FASYNC 功能：

flags = fcntl(fd, F_GETFL);
fcntl(fd, F_SETFL, flags | FASYNC);

编程：

#include <linux/input.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <sys/ioctl.h>
#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>
#include <signal.h>
#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>int fd;void my_sig_handler(int sig)
{struct input_event event;while (read(fd, &event, sizeof(event)) == sizeof(event)){printf("get event: type = 0x%x, code = 0x%x, value = 0x%x\n", event.type, event.code, event.value);		}
}/* ./05_input_read_fasync /dev/input/event0 */
int main(int argc, char **argv)
{int err;int len;int ret;int i;unsigned char byte;int bit;struct input_id id;unsigned int evbit[2];unsigned int flags;int count = 0;char *ev_names[] = {"EV_SYN ","EV_KEY ","EV_REL ","EV_ABS ","EV_MSC ","EV_SW	","NULL ","NULL ","NULL ","NULL ","NULL ","NULL ","NULL ","NULL ","NULL ","NULL ","NULL ","EV_LED ","EV_SND ","NULL ","EV_REP ","EV_FF	","EV_PWR ",};if (argc != 2){printf("Usage: %s <dev>\n", argv[0]);return -1;}/* 注册信号处理函数 */signal(SIGIO, my_sig_handler);/* 打开驱动程序 */fd = open(argv[1], O_RDWR | O_NONBLOCK);if (fd < 0){printf("open %s err\n", argv[1]);return -1;}err = ioctl(fd, EVIOCGID, &id);if (err == 0){printf("bustype = 0x%x\n", id.bustype );printf("vendor	= 0x%x\n", id.vendor  );printf("product = 0x%x\n", id.product );printf("version = 0x%x\n", id.version );}len = ioctl(fd, EVIOCGBIT(0, sizeof(evbit)), &evbit);if (len > 0 && len <= sizeof(evbit)){printf("support ev type: ");for (i = 0; i < len; i++){byte = ((unsigned char *)evbit)[i];for (bit = 0; bit < 8; bit++){if (byte & (1<<bit)) {printf("%s ", ev_names[i*8 + bit]);}}}printf("\n");}/* 把APP的进程号告诉驱动程序 */fcntl(fd, F_SETOWN, getpid());/* 使能"异步通知" */flags = fcntl(fd, F_GETFL);fcntl(fd, F_SETFL, flags | FASYNC);while (1){printf("main loop count = %d\n", count++);sleep(2);}return 0;
}

上机运行：