原子学习笔记2——输入设备应用编程

news2024/11/17 7:16:24

一、输入类设备介绍

1、输入设备

常见的输入设备有鼠标、键盘、触摸屏、遥控器、电脑画图板等，用户通过输入设备与系统进行交互。

2、input子系统

常见的输入设备有鼠标、键盘、触摸屏、遥控器、电脑画图板等，用户通过输入设备与系统进行交互。
基于 input 子系统注册成功的输入设备，都会在/dev/input 目录下生成对应的设备节点（设备文件），设备节点名称通常为 eventX（X 表示一个数字编号 0、1、2、3 等），譬如/dev/input/even 、/dev/input/event1、/dev/input/event2等，通过读取这些设备节点可以获取输入设备上报的数据。

3、读取数据的流程

如果我们要读取触摸屏的数据，假设触摸屏设备对应的设备节点为/dev/input/event0，那么数据读取流程如下：
①、应用程序打开/dev/input/event0 设备文件；
②、应用程序发起读操作（譬如调用 read），如果没有数据可读则会进入休眠（阻塞 I/O 情况下）；
③、当有数据可读时，应用程序会被唤醒，读操作获取到数据返回；
④、应用程序对读取到的数据进行解析。

4、解析数据

应用程序打开输入设备对应的设备文件，向其发起读操作，其实每一次 read 操作获取的都是一个 struct input_event 结构体类型数据，该结构体定义在<linux/input.h>头文件中，它的定义如下：

struct input_event {
 struct timeval time;
 __u16 type;
 __u16 code;
 __s32 value;
};
  • type：type 用于描述发生了哪一种类型的事件（对事件的分类）。点击鼠标按键（左键、右键，或鼠标上的其它按键）时会上报按键类事件，移动鼠标时则会上报相对位移类事件。
  • code：code 表示该类事件中的哪一个具体事件，以上列举的每一种事件类型中都包含了一系列具体事件，譬如一个键盘上通常有很多按键，譬如字母 A、B、C、D 或者数字 1、2、3、4 等，而 code变量则告知应用程序是哪一个按键发生了输入事件。
  • value：内核每次上报事件都会向应用层发送一个数据 value，对 value 值的解释随着 code 的变化而变化。譬如对于按键事件（type=1）来说，如果 code=2（键盘上的数字键 1，也就是KEY_1），那么如果 value 等于 1，则表示 KEY_1 键按下；value 等于 0 表示 KEY_1 键松开

二、按键应用编程

编写按键应用程序，读取按键状态并将结果打印出来。
如果是按下，则上报 KEY_A 事件时，value=1；如果是松开，则 value=0；如果是长按，则 value=2。

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>
#include <linux/input.h>
int main(int argc, char *argv[])
{
    struct input_event in_ev = {0};
    int fd = -1;
    int value = -1;
    // /* 校验传参 
    if (2 != argc) {
        fprintf(stderr, "usage: %s <input-dev>\n", argv[0]);
        exit(-1);
    }
    /* 打开文件 */
    if (0 > (fd = open(argv[1], O_RDONLY))) {
        perror("open error");
        exit(-1);
    }
    for ( ; ; ) {
        // /* 循环读取数据 
        if (sizeof(struct input_event) !=
            read(fd, &in_ev, sizeof(struct input_event))) {
            perror("read error");
            exit(-1);
        }
        if (EV_KEY == in_ev.type) { //按键事件
            switch (in_ev.value) {
                case 0:
                    printf("code<%d>: 松开\n", in_ev.code);
                    break;
                case 1:
                    printf("code<%d>: 按下\n", in_ev.code);
                    break;
                case 2:
                    printf("code<%d>: 长按\n", in_ev.code);
                    break;
            }
        }
    }
}

在这里插入图片描述
可以看出开发板下的设备节点是event1，结果如下：
在这里插入图片描述

三、触摸屏应用编程

触摸屏分为多点触摸设备和单点触摸设备。单点触摸设备只支持单点触摸，一轮（笔者把一个同步事件称为一轮）完整的数据只包含一个触摸点信息；多点触摸设备，一轮完整的数据可能包含多个触摸点信息。

1、获取触摸屏信息

首先介绍ioctl()函数,ioctl()是一个文件 I/O 操作的杂物箱，可以处理的事情非常杂、不统一，一般用于操作特殊文件或设备文件。

#include <sys/ioctl.h>
int ioctl(int fd, unsigned long request, ...);

第一个参数 fd 对应文件描述符；第二个参数 request 与具体要操作的对象有关，没有统一值，表示向文件描述符请求相应的操作，也就是请求指令；此函数是一个可变参函数，第三个参数需要根据 request 参数来决定，配合 request 来使用。
下面代码用于获取触摸屏支持的最大触摸点数：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>
#include <linux/input.h>
int main(int argc, char *argv[])
{
    struct input_absinfo info;
    int fd = -1;
    int max_slots;
    //  /* 校验传参 
    if (2 != argc) {
        fprintf(stderr, "usage: %s <input-dev>\n", argv[0]);
        exit(EXIT_FAILURE);
    }
    //  /* 打开文件 
    if (0 > (fd = open(argv[1], O_RDONLY))) {
        perror("open error");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }
    //  /* 获取 slot 信息 
    if (0 > ioctl(fd, EVIOCGABS(ABS_MT_SLOT), &info)) {
        perror("ioctl error");
        close(fd);
        exit(EXIT_FAILURE);
    }
    max_slots = info.maximum + 1 - info.minimum;
    printf("max_slots: %d\n", max_slots);
    //  /* 关闭、退出 
    close(fd);
    exit(EXIT_SUCCESS);
}

可以看到ioctl函数第二个参数

#define EVIOCGABS(abs)		_IOR('E', 0x40 + (abs), struct input_absinfo)

通过这个宏可以获取到触摸屏 slot（slot<0>表示触摸点 0、slot<1>表示触摸点 1、slot<2>表示触摸点 2，以此类推！）的取值范围，可以看到使用该宏需要传入一个 abs 参数，该参数表示为一个 ABS_XXX 绝对位移事件，譬如 EVIOCGABS(ABS_MT_SLOT)表示获取触摸屏的 slot 信息，此时 ioctl()函数的第三个参数是一个 struct input_absinfo *的指针，指向一个 struct input_absinfo 对象，调用 ioctl()会将获取到的信息写入到struct input_absinfo 对象中。struct input_absinfo 结构体如下所示：

struct input_absinfo {
 __s32 value; //最新的报告值
 __s32 minimum; //最小值
 __s32 maximum; //最大值
 __s32 fuzz;
 __s32 flat;
 __s32 resolution;
};

拷贝到开发板执行程序可以看到这个屏是这个屏是一个 5 点触摸屏
在这里插入图片描述

2、单点触摸屏应用编程

编写一个单点触摸应用程序，获取一个触摸点的坐标信息，并将其打印出来。

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>
#include <linux/input.h>
int main(int argc, char *argv[])
{
    struct input_event in_ev;
    int x, y; //触摸点 x 和 y 坐标
    int down; //用于记录 BTN_TOUCH 事件的 value,1 表示按下,0 表示松开,-1 表示移动
    int valid; //用于记录数据是否有效(我们关注的信息发生更新表示有效,1 表示有效,0 表示无效)
    int fd = -1;
    // /* 校验传参 
    if (2 != argc) {
        fprintf(stderr, "usage: %s <input-dev>\n", argv[0]);
        exit(EXIT_FAILURE);
    }
    // /* 打开文件 
    if (0 > (fd = open(argv[1], O_RDONLY))) {
        perror("open error");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }
    x = y = 0; //初始化 x 和 y 坐标值
    down = -1; //初始化<移动>
    valid = 0;//初始化<无效>
    for ( ; ; ) {
        // /* 循环读取数据 
        if (sizeof(struct input_event) !=
            read(fd, &in_ev, sizeof(struct input_event))) {
            perror("read error");
            exit(EXIT_FAILURE);
        }
        switch (in_ev.type) {
            case EV_KEY: //按键事件
                if (BTN_TOUCH == in_ev.code) {
                    down = in_ev.value;
                    valid = 1;
                }
                break;
            case EV_ABS: //绝对位移事件
                switch (in_ev.code) {
                    case ABS_X: //X 坐标
                        x = in_ev.value;
                        valid = 1;
                        break;
                    case ABS_Y: //Y 坐标
                        y = in_ev.value;
                        valid = 1;
                        break;
                }
                break;
            case EV_SYN: //同步事件
                if (SYN_REPORT == in_ev.code) {
                    if (valid) {//判断是否有效
                        switch (down) {//判断状态
                            case 1:
                                printf("按下(%d, %d)\n", x, y);
                                break;
                            case 0:
                                printf("松开\n");
                                break;
                            case -1:
                                printf("移动(%d, %d)\n", x, y);
                                break;
                        }
                        valid = 0; //重置 valid
                        down = -1; //重置 down
                    }
                }
            break;
        }
    }
}

观察几个宏定义，通过input_event结构体的type成员判断事件类型

#define EV_SYN 0x00 //同步类事件，用于同步事件
#define EV_KEY 0x01 //按键类事件
#define EV_ABS 0x03 //绝对位移类事件(譬如触摸屏)

再通过code成员判断是时间类型中的哪种具体事件

#define BTN_TOUCH		0x14a
#define ABS_X			0x00  //X坐标
#define ABS_Y			0x01  //Y坐标

最后是数据同步
同步事件用于实现同步操作、告知接收者本轮上报的数据已经完整。应用程序读取输入设备上报的数据时，一次 read 操作只能读取一个 struct input_event 类型数据，对于触摸屏来说，一个触摸点的信息包含了 X 坐标、Y 坐标以及其它信息，对于这样情况，应用程序需要执行多次 read 操作才能把一个触摸点的信息全部读取出来，这样才能得到触摸点的完整信息。所以使用for循环一直读结构体的值。
内核将本轮需要上报、发送给接收者的数据全部上报完毕后，接着会上报一个同步事件，以告知应用程序本轮数据已经完整、可以进行同步了。

#define SYN_REPORT		0     //同步事件

输入设备都需要上报同步事件，上报的同步事件通常是 SYN_REPORT，而 value 值通常为 0。
打印信息如下：
在这里插入图片描述

3、多点触摸屏应用编程

编写一个打印各个触摸点信息的程序：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <sys/ioctl.h>
#include <unistd.h>
#include <string.h>
#include <linux/input.h>
/* 用于描述 MT 多点触摸每一个触摸点的信息 */
struct ts_mt {
    int x; //X 坐标
    int y; //Y 坐标
    int id; //对应 ABS_MT_TRACKING_ID
    int valid; //数据有效标志位(=1 表示触摸点信息发生更新)
};
/* 一个触摸点的 x 坐标和 y 坐标 */
struct tp_xy {
    int x;
    int y;
};
static int ts_read(const int fd, const int max_slots,struct ts_mt *mt)
{
    struct input_event in_ev;
    static int slot = 0;//用于保存上一个 slot
    static struct tp_xy xy[12] = {0};//用于保存上一次的 x 和 y 坐标值,假设触摸屏支持的最大触摸点数不会超过 12
    int i;
    /* 对缓冲区初始化操作 */
    memset(mt, 0x0, max_slots * sizeof(struct ts_mt)); //清零
    for (i = 0; i < max_slots; i++)
        mt[i].id = -2;//将 id 初始化为-2, id=-1 表示触摸点删除, id>=0 表示创建
    for ( ; ; ) {
        if (sizeof(struct input_event) !=
            read(fd, &in_ev, sizeof(struct input_event))) {
            perror("read error");
            return -1;
        }
        switch (in_ev.type) {
            case EV_ABS:
                switch (in_ev.code) {
                    case ABS_MT_SLOT:
                        slot = in_ev.value;
                        break;
                    case ABS_MT_POSITION_X:
                        xy[slot].x = in_ev.value;
                        mt[slot].valid = 1;
                        break;
                    case ABS_MT_POSITION_Y:
                        xy[slot].y = in_ev.value;
                        mt[slot].valid = 1;
                        break;
                    case ABS_MT_TRACKING_ID:
                        mt[slot].id = in_ev.value;
                        mt[slot].valid = 1;
                        break;
                }
                break;
            //case EV_KEY://按键事件对单点触摸应用比较有用
            // break;
            case EV_SYN:
                if (SYN_REPORT == in_ev.code) {
                    for (i = 0; i < max_slots; i++) {
                        mt[i].x = xy[i].x;
                        mt[i].y = xy[i].y;
                    }
                }
                return 0;
        }
    }
}
int main(int argc, char *argv[])
{
    struct input_absinfo slot;
    struct ts_mt *mt = NULL;
    int max_slots;
    int fd;
    int i;
    /* 参数校验 */
    if (2 != argc) {
        fprintf(stderr,"usage: %s <input_dev>\n", argv[0]);
        exit(EXIT_FAILURE);
    }
    /* 打开文件 */
    fd = open(argv[1], O_RDONLY);
    if (0 > fd) {
        perror("open error");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }
    /* 获取触摸屏支持的最大触摸点数 */
    if (0 > ioctl(fd, EVIOCGABS(ABS_MT_SLOT), &slot)) {
        perror("ioctl error");
        close(fd);
        exit(EXIT_FAILURE);
    }
    max_slots = slot.maximum + 1 - slot.minimum;
    printf("max_slots: %d\n", max_slots);
    /* 申请内存空间并清零 */
    mt = calloc(max_slots, sizeof(struct ts_mt));
    /* 读数据 */
    for ( ; ; ) {
        if (0 > ts_read(fd, max_slots, mt))
            break;
        for (i = 0; i < max_slots; i++) {
            if (mt[i].valid) {//判断每一个触摸点信息是否发生更新（关注的信息发生更新）
                if (0 <= mt[i].id)
                    printf("slot<%d>, 按下(%d, %d)\n", i, mt[i].x, mt[i].y);
                else if (-1 == mt[i].id)
                    printf("slot<%d>, 松开\n", i);
                else
                    printf("slot<%d>, 移动(%d, %d)\n", i, mt[i].x, mt[i].y);
            }
        }
    }
    /* 关闭设备、退出 */
    close(fd);
    free(mt);
    exit(EXIT_FAILURE);
}

可以看出程序先通过ioct()函数获取触摸屏支持的最大触摸点数，重点关注ts_read()函数，然后在for循环中打印出各个触摸点信息。
在 Linux 内核中，多点触摸设备使用多点触摸（MT）协议上报各个触摸点的数据，MT 协议分为两种类型：Type A 和 Type B，我们使用的是 Type B协议。
首先硬件能够为每一个识别到的触摸点与一个 slot 进行关联，这个 slot 就是一个编号，触摸点 0、触摸点 1、触摸点 2 等。底层驱动向应用层上报 ABS_MT_SLOT 事件，此事件会告诉接收者当前正在更新的是哪个触摸点的数据，ABS_MT_SLOT 事件中对应的 value 数据存放的便是一个 slot、以告知应用层当前正在更新 slot关联的触摸点对应的信息。
其次除了ABS_MT_SLOT 事 件 之 外 ， Type B 协 议 还 会 使 用 到 ABS_MT_TRACTKING_ID 事 件 ，ABS_MT_TRACTKING_ID 事件则用于触摸点的创建、替换和销毁工作，ABS_MT_TRACTKING_ID 事件携带的数据 value 表示一个 ID，一个非负数的 ID（ID>=0）表示一个有效的触摸点，如果 ID 等于-1 表示该触摸点已经不存在、被移除了；一个以前不存在的 ID 表示这是一个新的触摸点。
然后得到X,Y的坐标值
最后进行数据同步
上报流程如下：

ABS_MT_SLOT 0
ABS_MT_TRACKING_ID 10
ABS_MT_POSITION_X
ABS_MT_POSITION_Y
ABS_MT_SLOT 1
ABS_MT_TRACKING_ID 11
ABS_MT_POSITION_X
ABS_MT_POSITION_Y
SYN_REPORT

可以看出5个触摸点信息如下：
在这里插入图片描述

4、鼠标应用编程

与触摸屏类似

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>
#include <linux/input.h>

int main(int argc, char *argv[])
{
    struct input_event in_ev = {0};
    int x, y; //触摸点 x 和 y 坐标
    int down; //用于记录事件的 value,1 表示按下,0 表示松开,-1 表示移动
    int valid; //用于记录数据是否有效(我们关注的信息发生更新表示有效,1 表示有效,0 表示无效)
    int fd = -1;
    int value = -1;

    if(2 != argc){
        fprintf(stderr, "usage: %s <input-dev>\n", argv[0]);
        exit(-1);
    }

    if(0 > (fd = open(argv[1], O_RDONLY))){
        perror("open error");
        exit(-1);
    }
    x = y = 0; //初始化 x 和 y 坐标值
    down = -1; //初始化<移动>
    valid = 0;//初始化<无效>
    for( ; ;){
        if(sizeof(struct input_event) != 
            read(fd, &in_ev, sizeof(struct input_event))){
                perror("read error");
                exit(-1);
        }
        switch(in_ev.type){
            case EV_KEY:
                down = in_ev.value;
                valid = 1;
                break;
            case EV_REL://相对位移事件(鼠标)
                switch(in_ev.code){
                    case REL_X:
                        x = in_ev.value;
                        valid = 1;
                        break;
                    case REL_Y:
                        y = in_ev.value;
                        valid = 1;
                        break;
                }
                break;
            case EV_SYN:
                if(SYN_REPORT == in_ev.code){
                    if(valid){
                        switch(down){
                            case 1:
                                printf("按下\n");
                                break;
                            case 0:
                                printf("松开\n");
                                break;
                            case -1:
                                printf("移动(%d, %d)\n", x, y);
                                break;
                        }
                        valid = 0;
                        down = -1;
                    }
                }
                break;
        }
    }
}

结果如下：
在这里插入图片描述

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