Linux gadget 模拟触控屏支持多点触控

通过gadget命令行生成hid设备

下面xxx自己根据需要修改，例如VID,PID，产品名称


const char *INSTALL_GADGET_CMDS[] = {
    "modprobe libcomposite",

    "mkdir /sys/kernel/config/usb_gadget/g1",

    "echo 'xxx' > /sys/kernel/config/usb_gadget/g1/idVendor",
    "echo 'xxx' > /sys/kernel/config/usb_gadget/g1/idProduct",

    "mkdir /sys/kernel/config/usb_gadget/g1/strings/0x409",                                  // 设备信息目录
    "echo 'xxx' > /sys/kernel/config/usb_gadget/g1/strings/0x409/serialnumber", // 产品序列号
    "echo 'xxx' > /sys/kernel/config/usb_gadget/g1/strings/0x409/manufacturer",             // 产品制造商
    "echo 'xxx' > /sys/kernel/config/usb_gadget/g1/strings/0x409/product",            // 产品名字

    "mkdir /sys/kernel/config/usb_gadget/g1/configs/c.1", // 配置目录
    "mkdir /sys/kernel/config/usb_gadget/g1/configs/c.1/strings/0x409",
    "echo 'config' > /sys/kernel/config/usb_gadget/g1/configs/c.1/strings/0x409/configuration",
    "echo 0x80 > /sys/kernel/config/usb_gadget/g1/configs/c.1/bmAttributes",
    "echo 100 > /sys/kernel/config/usb_gadget/g1/configs/c.1/MaxPower",

    // 下面这些functions下的目配置都是接口描述符配置，一个目录是一个接口

    // Touchscreen
    "mkdir -p /sys/kernel/config/usb_gadget/g1/functions/hid.usb0", // 功能描述
    "echo 1 > /sys/kernel/config/usb_gadget/g1/functions/hid.usb0/subclass",
    "echo 0 > /sys/kernel/config/usb_gadget/g1/functions/hid.usb0/protocol",
    "echo 12 > /sys/kernel/config/usb_gadget/g1/functions/hid.usb0/report_length", // hid report max size
    "echo '050d0904a1018501050d0922a102050d9501750609511500253f810209422501750195018102750195018103050195017510550e65110930260040350046a6148142093126004046a40b8142c0050d0922a102050d9501750609511500253f810209422501750195018102750195018103050195017510550e65110930260040350046a6148142093126004046a40b8142c0050d0954257f95017508810285020955250a75089501b102c0' | xxd " XXD_ARGS " > /sys/kernel/config/usb_gadget/g1/functions/hid.usb0/report_desc", // hid desc
    "ln -s /sys/kernel/config/usb_gadget/g1/functions/hid.usb0 /sys/kernel/config/usb_gadget/g1/configs/c.1", // 关联配置和功能文件
    "ls /sys/class/udc > /sys/kernel/config/usb_gadget/g1/UDC", // 启动设备
};

const char *UNINSTALL_GADGET_CMDS[] = {
    "echo '' > /sys/kernel/config/usb_gadget/g1/UDC",

    "rm /sys/kernel/config/usb_gadget/g1/configs/c.1/hid.usb0",
    "rmdir /sys/kernel/config/usb_gadget/g1/configs/c.1/strings/0x409",
    "rmdir /sys/kernel/config/usb_gadget/g1/configs/c.1",
    "rmdir /sys/kernel/config/usb_gadget/g1/functions/hid.usb0",
    "rmdir /sys/kernel/config/usb_gadget/g1/strings/0x409",
    "rmdir /sys/kernel/config/usb_gadget/g1",
};

里面很长的那个字符串，是hid报告描述符，下面详细讲。

hid报告描述符

把上面hid报告描述符贴到 https://www.usbzh.com/tool/usb.html，可以分析出结构，我已经在关键位置加了注释。

0x05, 0x0D,        // Usage Page (Digitizer)
0x09, 0x04,        // Usage (Touch Screen)	//触控屏
	0xA1, 0x01,        // Collection (Application)	//每一个collection相当于c++里面的花括号，里面是一个集合
	0x85, 0x01,        //   Report ID (1)
	0x05, 0x0D,        //   Usage Page (Digitizer)
	0x09, 0x22,        //   Usage (Finger)
		//下面是一个触控点的数据包，也就是第一个手指
		0xA1, 0x02,        //   Collection (Logical)	//这里主要描述到时候上报数据的数据格式，例如触控id/坐标xy,占用几个bit这些信息
			0x05, 0x0D,        //     Usage Page (Digitizer)
			0x95, 0x01,        //     Report Count (1)  一段
			0x75, 0x06,        //     Report Size (6)	每段占用6个bit
			0x09, 0x51,        //     Usage (Contact Identifier)	每个触控点的触控ID
			0x15, 0x00,        //     Logical Minimum (0)	最小值
			0x25, 0x3F,        //     Logical Maximum (63)	最大值
			0x81, 0x02,        //     Input (Data,Var,Abs,No Wrap,Linear,Preferred State,No Null Position) 需要用户输出
			
			0x09, 0x42,        //     Usage (Tip Switch)	这个点是按下还是松开
			0x25, 0x01,        //     Logical Maximum (1) 最大值1，前面定义了最小是0
			0x75, 0x01,        //     Report Size (1)	每段占用1bit
			0x95, 0x01,        //     Report Count (1)	一段
			0x81, 0x02,        //     Input (Data,Var,Abs,No Wrap,Linear,Preferred State,No Null Position) 需要用户输入
			
			0x75, 0x01,        //     Report Size (1) 	每段占用1bit
			0x95, 0x01,        //     Report Count (1)	一段
			0x81, 0x03,        //     Input (Const,Var,Abs,No Wrap,Linear,Preferred State,No Null Position) const值，需要用户输入
			//上面 6+1+1刚好一个byte
			
			0x05, 0x01,        //     Usage Page (Generic Desktop Ctrls)
			0x95, 0x01,        //     Report Count (1)	一段
			0x75, 0x10,        //     Report Size (16)	每段占用16bit
			0x55, 0x0E,        //     Unit Exponent (-2)
			0x65, 0x11,        //     Unit (System: SI Linear, Length: Centimeter)
			0x09, 0x30,        //     Usage (X)		x坐标
			0x26, 0x00, 0x40,  //     Logical Maximum (16384)
			0x35, 0x00,        //     Physical Minimum (0)
			0x46, 0xA6, 0x14,  //     Physical Maximum (5286)
			0x81, 0x42,        //     Input (Data,Var,Abs,No Wrap,Linear,Preferred State,Null State)	用户输入
			
			0x09, 0x31,        //     Usage (Y)	y坐标
			0x26, 0x00, 0x40,  //     Logical Maximum (16384)
			0x46, 0xA4, 0x0B,  //     Physical Maximum (2980)
			0x81, 0x42,        //     Input (Data,Var,Abs,No Wrap,Linear,Preferred State,Null State)	用户输入
			//上面是xy坐标，每个占用2byte
		0xC0,              //   End Collection
		//下面也是一个触控点的数据包，也就是第二个手指，可以定义多个手指，这里只会影响一次发送给主机多少个数据，不影响多点触控
		//如果你10点同时触控，定义了两个手指，就会2-2-2-2-2发5次包，每次发两个手指，不影响多点触控
		0x05, 0x0D,        //   Usage Page (Digitizer)
		0x09, 0x22,        //   Usage (Finger)
			0xA1, 0x02,        //   Collection (Logical)
				0x05, 0x0D,        //     Usage Page (Digitizer)
				0x95, 0x01,        //     Report Count (1)
				0x75, 0x06,        //     Report Size (6)
				0x09, 0x51,        //     Usage (0x51)
				0x15, 0x00,        //     Logical Minimum (0)
				0x25, 0x3F,        //     Logical Maximum (63)
				0x81, 0x02,        //     Input (Data,Var,Abs,No Wrap,Linear,Preferred State,No Null Position)
				0x09, 0x42,        //     Usage (Tip Switch)
				0x25, 0x01,        //     Logical Maximum (1)
				0x75, 0x01,        //     Report Size (1)
				0x95, 0x01,        //     Report Count (1)
				0x81, 0x02,        //     Input (Data,Var,Abs,No Wrap,Linear,Preferred State,No Null Position)
				0x75, 0x01,        //     Report Size (1)
				0x95, 0x01,        //     Report Count (1)
				0x81, 0x03,        //     Input (Const,Var,Abs,No Wrap,Linear,Preferred State,No Null Position)
				0x05, 0x01,        //     Usage Page (Generic Desktop Ctrls)
				0x95, 0x01,        //     Report Count (1)
				0x75, 0x10,        //     Report Size (16)
				0x55, 0x0E,        //     Unit Exponent (-2)
				0x65, 0x11,        //     Unit (System: SI Linear, Length: Centimeter)
				0x09, 0x30,        //     Usage (X)
				0x26, 0x00, 0x40,  //     Logical Maximum (16384)
				0x35, 0x00,        //     Physical Minimum (0)
				0x46, 0xA6, 0x14,  //     Physical Maximum (5286)
				0x81, 0x42,        //     Input (Data,Var,Abs,No Wrap,Linear,Preferred State,Null State)
				0x09, 0x31,        //     Usage (Y)
				0x26, 0x00, 0x40,  //     Logical Maximum (16384)
				0x46, 0xA4, 0x0B,  //     Physical Maximum (2980)
				0x81, 0x42,        //     Input (Data,Var,Abs,No Wrap,Linear,Preferred State,Null State)
			0xC0,              //   End Collection
	//下面是其他信息，安卓主机不需要这些信息也能正常多点触控，可是windows主机就一定需要这些
	0x05, 0x0D,        //   Usage Page (Digitizer)
	0x09, 0x54,        //   Usage (Contact Count)	//这一帧总共多少个触控点
	0x25, 0x7F,        //   Logical Maximum (127)
	0x95, 0x01,        //   Report Count (1)
	0x75, 0x08,        //   Report Size (8)		8bit
	0x81, 0x02,        //   Input (Data,Var,Abs,No Wrap,Linear,Preferred State,No Null Position)	需要用户输入
	
	0x85, 0x02,        //   Report ID (2)
	0x09, 0x55,        //   Usage (Contact Count Maximum)	//最大支持多少点触控，这个很重要，没有这个你发多少个点去windows都不响应
	0x25, 0x0A,        //   Logical Maximum (10)	
	0x75, 0x08,        //   Report Size (8)	8bit
	0x95, 0x01,        //   Report Count (1)
	0xB1, 0x02,        //   Feature (Data,Var,Abs,No Wrap,Linear,Preferred State,No Null Position,Non-volatile) 特性描述，这个下面详细分析
0xC0,              // End Collection

// 171 bytes

发送数据

按照上面的报告描述符，我们上报触控点的数据应该如下

buf[0]：报告ID
buf[1]：第一点ID(低6位) + 第一点触摸状态(bit 6)：有触摸为1，无触摸为0，bit7不用管
buf[2]：第一点X坐标低8位
buf[3]：第一点X坐标高8位
buf[4]：第一点Y坐标低8位
buf[5]：第一点Y坐标高8位
buf[6]：第二点ID + 第二点触摸状态：有触摸为1，无触摸为0
buf[7]：第二点X坐标低8位
buf[8]：第二点X坐标高8位
buf[9]：第二点Y坐标低8位
buf[10]：第二点Y坐标高8位
buf[11]：第一个报告最后一个字节表示有效的触摸点数（包含按下状态和第一次松开），其他报告最后一个字节为0

可以看到这个buf长度12，也就是我们上面gadget配置的，这两个要对应，不然HID交互会异常

"echo 12 > /sys/kernel/config/usb_gadget/g1/functions/hid.usb0/report_length", // hid report max size

Windows支持多点触控

对于Windows支持多点触控，官网有详细描述：
https://learn.microsoft.com/zh-cn/windows-hardware/design/component-guidelines/touchscreen-required-hid-top-level-collections

在这里插入图片描述

所以最大触摸点数量的特性报告是必须要的

可是按上面报告描述符写了Contact Count Maximum，逻辑最大值10，windows还是不支持多点响应
0x25, 0x0A, // Logical Maximum (10)

通过Bus Hound抓包分析，左边是增加Contact Count Maximum描述的，右边是没有Contact Count Maximum描述的，
左边主机会发送一个GET REPORT包给设备，设备回复了00 00。
在这里插入图片描述
我猜测逻辑是：设备报告描述符里面有最大支持点数特性，所以主机询问设备支持多少点，设备需要回复值。可是我们设备回复了0，所以就不支持多点了，单点都不支持了。
找了个正常支持多点触控的平台，抓出来包如下，别人真的回复了02 0a，02就是报告ID，0a就是10点触控。证实了我的猜想。
在这里插入图片描述

如何发送这个最大支持点数？

由于我的代码使用的是命令行 gadget初始化设备，网上找了很久都没找到应用层如何设置这个回复包。
最后是在kernel代码里面，这个文件找到了回复逻辑
在这里插入图片描述
可以看到hid收到 HID_REQ_GET_REPORT 包后，直接回复了个全0的包。我不知道为什么kernel的逻辑这样写。
尝试把这里改成回复 02 0a，主机就响应多点了！！！