《I.MX6U嵌入式Linux C应用编程指南》第十八章输入设备应用编程

正点原子 · 发表于 2021-8-21 16:12:05

本帖最后由正点原子于 2021-8-21 16:12 编辑

1）实验平台：正点原子i.MX6ULL Linux阿尔法开发板
2) 章节摘自【正点原子】I.MX6U嵌入式Linux C应用编程指南
3）购买链接:https://item.taobao.com/item.htm?&id=603672744434
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第十八章输入设备应用编程

   本章学习输入设备的应用编程，首先要知道什么是输入设备？输入设备其实就是能够产生输入事件的设备就称为输入设备，常见的输入设备包括鼠标、键盘、触摸屏、按钮等等，它们都能够产生输入事件，产生输入数据给计算机系统。
   对于输入设备的应用编程其主要是获取输入设备上报的数据、输入设备当前状态等，譬如获取触摸屏当前触摸点的X、Y轴位置信息以及触摸屏当前处于按下还是松开状态。    本章将会讨论如下主题内容。
   什么是输入设备；
   如何读取输入设备的数据；
   如何解析从输入设备中获取到的数据；
   按键、触摸屏设备如何解析数据。

1.1输入类设备编程介绍
1.1.1什么是输入设备
   先来了解什么是输入设备（也称为input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。
1.1.2input子系统
   由上面的介绍可知，输入设备种类非常多，每种设备上报的数据又不一样，那么Linux系统如何管理呢？Linux系统为了统一管理这些输入设备，实现了一套能够兼容所有输入设备的框架，那么这个框架就是input子系统。驱动开发人员基于input子系统开发输入设备的驱动程序，input子系统可以屏蔽硬件的差异，向应用层提供一套统一的接口。
   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），通过读取这些设备节点可以获取输入设备上报的数据。
1.1.3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。
   当无数据可读时，程序会进入休眠状态（也就是阻塞），譬如应用程序读触摸屏，当前我们并没有去触摸触摸屏，所以自然无数据可读；当我们用手指触摸触摸屏时，此时就有数据可读了，应用程序会被唤醒，成功读取到数据。那么对于其它输入设备亦是如此，无数据可读时应用程序会进入休眠状态，当然我们这里说的是在阻塞式I/O方式下，当有数据可读时才会被唤醒。
1.1.4应用程序如何解析数据
      首先我们要知道，应用程序打开输入设备的设备文件，向其发起读操作，那么这个读操作获取到的是什么样的数据呢？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：
示例代码 18.1.1 struct input_event结构体

struct input_event {
struct timeval time;
__u16 type;
__u16 code;
__s32 value;
};

复制代码

结构体中的time成员变量是一个struct timeval类型的变量，该结构体在前面给大家介绍过，每个输入事件struct input_event中都包含了其发生的时间，就通过这个struct timeval类型的变量time来描述。时间参数通常不是很重要，而其它3个成员变量type、code、value更为重要。
type：type用于描述发生了哪类事件，Linux系统所支持的输入事件类型如下所示：

/*
* Event types
*/
#define EV_SYN 0x00 //同步事件，用于分隔事件
#define EV_KEY 0x01 //按键事件
#define EV_REL 0x02 //相对位移事件(譬如鼠标)
#define EV_ABS 0x03 //绝对位移事件(譬如触摸屏)
#define EV_MSC 0x04 //其它杂类
#define EV_SW 0x05
#define EV_LED 0x11
#define EV_SND 0x12
#define EV_REP 0x14
#define EV_FF 0x15
#define EV_PWR 0x16
#define EV_FF_STATUS 0x17
#define EV_MAX 0x1f
#define EV_CNT (EV_MAX+1)

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以上这些宏定义也是在<linux/input.h>头文件中，所以在应用程序当中需要包含该头文件；一种输入设备通常可以产生多种不同类型的事件，譬如鼠标点击按键（左键、右键，或鼠标上的其它按键）时会上报按键事件，移动鼠标时则会上报相对位移事件。
code：code表示该类事件下的哪一个具体的事件，每一种事件类型都有对应的一系列事件。不同的事件类型所包含的事件是不同的，譬如对于按键事件来说，一个键盘上有很多的按键，譬如字母A、B、C、D或者数字1、2、3、4等，这每一个不同的按键都会对应一个具体的事件，如下所示：

#define KEY_RESERVED 0
#define KEY_ESC 1 //ESC键
#define KEY_1 2 //数字1键
#define KEY_2 3 //数字2键
#define KEY_TAB 15 //TAB键
#define KEY_Q 16 //字母Q键
#define KEY_W 17 //字母W键
#define KEY_E 18 //字母E键
#define KEY_R 19 //字母R键
……

复制代码

相对位移事件的code值

#define REL_X 0x00 //X轴
#define REL_Y 0x01 //Y轴
#define REL_Z 0x02 //Z轴
#define REL_RX 0x03
#define REL_RY 0x04
#define REL_RZ 0x05
#define REL_HWHEEL 0x06
#define REL_DIAL 0x07
#define REL_WHEEL 0x08
#define REL_MISC 0x09
#define REL_MAX 0x0f
#define REL_CNT (REL_MAX+1)

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绝对位移事件的code值
譬如对于触摸屏设备来说，一个触摸点有X轴坐标和Y轴坐标，甚至一个触摸点还有压力值等这些信息，这每一种信息都会对应一个具体的事件，也就是code值。

#define ABS_X 0x00 //X轴
#define ABS_Y 0x01 //Y轴
#define ABS_Z 0x02 //Z轴
#define ABS_RX 0x03
#define ABS_RY 0x04
#define ABS_RZ 0x05
#define ABS_THROTTLE 0x06
#define ABS_RUDDER 0x07
#define ABS_WHEEL 0x08
#define ABS_GAS 0x09
#define ABS_BRAKE 0x0a
#define ABS_HAT0X 0x10
#define ABS_HAT0Y 0x11
#define ABS_HAT1X 0x12
#define ABS_HAT1Y 0x13
#define ABS_HAT2X 0x14
#define ABS_HAT2Y 0x15
#define ABS_HAT3X 0x16
#define ABS_HAT3Y 0x17
#define ABS_PRESSURE 0x18
#define ABS_DISTANCE 0x19
#define ABS_TILT_X 0x1a
#define ABS_TILT_Y 0x1b
#define ABS_TOOL_WIDTH 0x1c
......

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   除了以上列举出来的之外，还有很多，大家可以自己浏览<linux/input.h>头文件（这些宏其实是定义在input-event-codes.h头文件中，该头文件被<linux/input.h>所包含了），关于这些具体的事件，后面再给大家进行介绍。
   value：value表示事件值，对value值的解释随着code类型的变化而变化。譬如对于按键事件来说，如果code表示按键1，那么value等于1表示按键1按下，value等于0表示按键1被松开，如果value等于2则表示按键被长按。譬如在绝对位移事件中，如果code表示X轴坐标ABS_X，那么value值就表示触摸点在X轴坐标的位置。所以对value值的解释需要根据不同的code类型而定！
事件之间的分隔、同步
   上面我们提到了同步事件EV_SYN，同步事件用于对不同事件进行分隔、实现同步操作。应用程序读取输入设备的数据时，一次read操作只能读取一个struct input_event类型数据，譬如对于触摸屏来说，一个触摸点会上报X轴坐标位置、Y轴坐标位置，还有可能会上报压力值，对于这样情况，那么应用程序需要执行3次read操作才能把一个触摸点上报的数据全部读取到；这还只是单个触摸点的情况，如果触摸屏设备支持多点触摸，同一时间触摸屏上有多个触摸点，那么程序当中需要把所有触摸点的数据读取出来，这样才算完整。
   那么应用程序如何知道已经读取到完整数据了呢？其实就是通过同步事件来实现的，驱动程序中将完整数据上报完之后（譬如触摸点的X轴、Y轴以及压力等之类的数据），会上报一个同步事件，以告知应用程序数据已经完整、进行同步。
   同步事件类型也包含了多种不同的事件，也就是code值，如下所示：

/*
* Synchronization events.
*/
#define SYN_REPORT 0
#define SYN_CONFIG 1
#define SYN_MT_REPORT 2
#define SYN_DROPPED 3
#define SYN_MAX 0xf
#define SYN_CNT (SYN_MAX+1)

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   上报的同步事件通常是第一个SYN_REPORT（code值），而value值通常为0。对于同步事件，应用程序通常不需要去管是哪个具体的同事事件，只需知道type等于EV_SYN则表示数据完整了。
1.2编写程序读取输入设备的数据
   本例程源码对应的路径为：开发板光盘->11、Linux C应用编程例程源码->18_input->read_input.c。
   根据前面的介绍，我们编写一个简单地示例代码进行测试，示例代码如下所示：
   示例代码 18.2.1 读取输入设备的数据

#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;
/* 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);
}
printf("type:%d code:%d value:%d\n",
in_ev.type, in_ev.code, in_ev.value);
}
}

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执行程序时需要传入参数，这个参数就是对应的输入设备的设备节点（设备文件），程序中会对传参进行校验。程序中首先调用open()函数打开设备文件，之后在for循环中调用read()函数读取文件，将读取到的数据存放在struct input_event结构体对象中，之后将结构体对象中的各个成员变量打印出来。注意，程序中使用了阻塞式I/O方式读取设备文件，所以当无数据可读时read调用会被阻塞，知道有数据可读时才会被唤醒！
使用交叉编译工具编译上述代码得到可执行文件testApp：

图 18.2.1 编译示例代码

1.3在开发板上测试
将上小节编译得到的可执行文件testApp拷贝到开发板根文件系统中，譬如拷贝到开发板Linux系统的家目录下：

图 18.3.1 将testApp文件拷贝到开发板家目录

在阿尔法Linux开发板上有一个用户按键KEY0，它就是一个典型的输入设备，如下图所示：

图 18.3.2 用户按键KEY0

该按键是提供给用户使用的一个GPIO按键，底层驱动基于Linux input输入子系统而实现，所以在/dev/input目录下存在该按键设备的设备节点，具体是哪个设备节点，可以使用13.1.1小节介绍的方法进行判断，这里不再重述！也可以通过查看/proc/bus/input/devices文件得知，查看该文件可以获取到系统中注册的所有输入设备相关的信息，如下所示：

图 18.3.3 查看/proc/bus/input/devices文件

需要注意的是，当按键KEY0被按下时，底层驱动会上报按键事件（EV_KEY），并且对应的事件为KEY_VOLUMEDOWN（也就是键盘上的VOLUMEDOWN按键，普通键盘上貌似没有这个按键，笔记本自带的键盘有这个按键），该事件到code值等于114，大家可以对比<linux/input.h>头文件进行查找。这个是阿尔法开发板出厂系统已经配置好的。
接下来我们使用这个按键进行测试，执行下面的命令（笔者测试使用的开发板按键KEY0对应的设备节点为/dev/input/event2），然后对KEY0按键执行按下、松开等操作：

图 18.3.4 测试

第一行中type等于1，表示上报的是按键事件EV_KEY，code等于114，也就是上面说的KEY_VOLUMEDOWN按键，value等于1，表示按下，所以整个第一行的意思就是按键KEY_VOLUMEDOWN被按下。
第二行，type等于0，表示上报的是同步事件EV_SYN，表示前面上报的数据已经是完整的了，因为对于按键来说，只有按下和松开两种状态，所以只要获取到了EV_KEY事件的value值就表示数据已经完整了。
第三行，type等于1，表示按键事件，code等于114、value等于0，所以表示按键KEY_VOLUMEDOWN被松开。
第四行，又上报了同步事件。
所以整个上面4行的打印信息就是开发板上的KEY0按键被按下以及松开这个过程，底层驱动所上报的数据。
我们试试长按按键KEY0，按住不放，如下所示：

图 18.3.5 长按按键KEY0

可以看到上报按键事件时，对应的value等于2，表示长按状态。
接下来我们对示例代码 17.2.1进行修改，不直接打印struct input_event数据结构中各个成员变量，而是通过对这些数据进行解析，判断按键当前是按下、松开或长按状态，并将结果打印出来，修改之后的代码如下所示：
本例程源码对应的路径为：开发板光盘->11、Linux C应用编程例程源码->18_input->read_key.c。
示例代码 18.3.1 判断按键KEY0当前的状态

#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);
}
switch (in_ev.type) {
case EV_KEY: //按键事件
if (KEY_VOLUMEDOWN == in_ev.code)
value = in_ev.value;
break;
case EV_SYN: //同步事件
switch (value) {
case 0:
printf("按键松开\n");
break;
case 1:
printf("按键按下\n");
break;
case 2:
printf("按键长按\n");
break;
}
value = -1;
break;
}
}
}

复制代码

上述程序中没有直接打印读取到的数据，而是对数据进行了解析，从而判断按键KEY0当前的状态。当上报按键事件时，将value值保存起来，当上报同步事件时，表示上报的数据已经是完整数据了，接着便判断value值等于0、1、还是2，以此来判断按键KEY0当前的状态是松开、按下还是长按。
将上述代码进行编译，拷贝到开发板家目录下进行测试：

图 18.3.6 测试结果

1.4读取触摸屏数据
本小节介绍如何解析触摸屏设备上报的数据，触摸屏设备是一个绝对位移设备，可以上报绝对位移事件，可以上报的绝对位移事件如下：

#define ABS_X 0x00 //X轴坐标
#define ABS_Y 0x01 //Y轴坐标
#define ABS_Z 0x02 //Z轴坐标
#define ABS_RX 0x03
#define ABS_RY 0x04
#define ABS_RZ 0x05
#define ABS_THROTTLE 0x06
#define ABS_RUDDER 0x07
#define ABS_WHEEL 0x08
#define ABS_GAS 0x09
#define ABS_BRAKE 0x0a
#define ABS_HAT0X 0x10
#define ABS_HAT0Y 0x11
#define ABS_HAT1X 0x12
#define ABS_HAT1Y 0x13
#define ABS_HAT2X 0x14
#define ABS_HAT2Y 0x15
#define ABS_HAT3X 0x16
#define ABS_HAT3Y 0x17
#define ABS_PRESSURE 0x18 //按压力
#define ABS_DISTANCE 0x19
#define ABS_TILT_X 0x1a
#define ABS_TILT_Y 0x1b
#define ABS_TOOL_WIDTH 0x1c
#define ABS_VOLUME 0x20
#define ABS_MISC 0x28
#define ABS_MT_SLOT 0x2f /* MT slot being modified */
#define ABS_MT_TOUCH_MAJOR 0x30 /* Major axis of touching ellipse */
#define ABS_MT_TOUCH_MINOR 0x31 /* Minor axis (omit if circular) */
#define ABS_MT_WIDTH_MAJOR 0x32 /* Major axis of approaching ellipse */
#define ABS_MT_WIDTH_MINOR 0x33 /* Minor axis (omit if circular) */
#define ABS_MT_ORIENTATION 0x34 /* Ellipse orientation */
#define ABS_MT_POSITION_X 0x35 /* Center X touch position */ //X轴坐标
#define ABS_MT_POSITION_Y 0x36 /* Center Y touch position */ //Y轴坐标
#define ABS_MT_TOOL_TYPE 0x37 /* Type of touching device */
#define ABS_MT_BLOB_ID 0x38 /* Group a set of packets as a blob */
#define ABS_MT_TRACKING_ID 0x39 /* Unique ID of initiated contact */
#define ABS_MT_PRESSURE 0x3a /* Pressure on contact area */ //按压力
#define ABS_MT_DISTANCE 0x3b /* Contact hover distance */
#define ABS_MT_TOOL_X 0x3c /* Center X tool position */
#define ABS_MT_TOOL_Y 0x3d /* Center Y tool position */
#define ABS_MAX 0x3f
#define ABS_CNT (ABS_MAX+1)

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   一般常用的是ABS_X、ABS_Y、ABS_PRESSURE、ABS_MT_POSITION_X、ABS_MT_POSITION_Y、ABS_MT_PRESSURE，后面三个带有MT的事件通常在支持多点触摸的设备中被使用到，阿尔法开发板配套使用的触摸屏支持5点触摸，10.1寸屏甚至支持多达10点触摸，如果在应用程序中需要获取多个触摸点的坐标信息，则需要捕获设备上报的ABS_MT_POSITION_X、ABS_MT_POSITION_Y事件，获取事件对应的value值。
   触摸屏除了可以上报绝对位移事件之外，还可以上报按键事件，当我们的手指点击触摸屏或手指从触摸屏上松开时，底层驱动都会上报按键事件，对应的按键事件为BTN_TOUCH（code等于0x14a），按下时上报的BTN_TOUCH事件对应的value等于1，松开时value等于0；在触摸屏上滑动不会上报BTN_TOUCH事件。
   以下示例代码演示了如何读取单个触摸点，包括触摸点的X轴坐标位置和Y轴坐标位置。读取单个触摸点的X轴坐标位置和Y轴坐标位置，只需捕获设备上报的ABS_X、ABS_Y事件，获取对应的value数据即可！
   本例程源码对应的路径为：开发板光盘->11、Linux C应用编程例程源码->18_input->read_ts.c。
   示例代码 18.4.1 读取触摸屏数据

#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_val, y_val, key_val;
int fd = -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);
}
x_val = y_val = key_val = -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);
}
switch (in_ev.type) {
case EV_KEY: //按键事件
if (BTN_TOUCH == in_ev.code)
key_val = in_ev.value; //保存BTN_TOUCH的value
break;
case EV_ABS: //绝对位移事件
if (ABS_X == in_ev.code) //X轴
x_val = in_ev.value; //保存X轴坐标位置
else if (ABS_Y == in_ev.code)//Y轴
y_val = in_ev.value; //保存Y轴坐标位置
break;
case EV_SYN: //同步事件
if (1 == key_val) //按下
printf("按下, X=%d Y=%d\n", x_val, y_val);
else if (0 == key_val)
printf("松开\n");
else
printf("X=%d Y=%d\n", x_val, y_val);
key_val = -1;
break;
}
}
}

复制代码

程序中首先校验传参，通过传参的方式将设备文件路径传入到程序中，接着调用open()打开文件，在for循环读取设备文件，将读取到的数据存放在struct input_event数据结构中。在switch…case语句中对读取到的数据进行解析，判断上报的BTN_TOUCH事件，判断触摸屏是按下还是松开状态，捕获ABS_X和ABS_Y事件获取对应的value变量，则可以获取到触摸点的X轴坐标位置和Y轴坐标位置。
硬件连接
阿尔法I.MX6U开发板出厂系统配套支持多种不同分辨率的LCD屏，包括4.3寸480*272、4.3寸800*480、7寸800*480、7寸1024*600以及10.1寸1280*800，在启动开发板之前需要将LCD屏通过软排线连接到开发板的LCD接口，开发板连接好LCD屏之后上电启动开发板运行开发板出厂烧录的系统。

图 18.4.1 硬件连接

   触摸屏与LCD液晶屏面板是粘合在一起的，也就是说触摸屏是直接贴在了LCD液晶屏上面，我们可以直接通过手指或其它可用于触摸的物体对安装在LCD液晶屏上面的触摸屏进行触摸、滑动等操作。
为了测试方便，可以将出厂系统的GUI应用程序退出，如何退出呢？点击屏幕进入设置页面，可以看到在该页面下有一个退出按钮选项，直接点击即可！
   编译测试
   使用交叉编译工具编译示例代码 17.4.1将其拷贝到开发板家目录下，执行程序（笔者测试使用的开发板触摸屏对应的设备节点为/dev/input/event1），程序执行之后，接着可以对触摸屏进行触摸、松开、滑动等操作，串口终端将会打印出相应的信息：

图 18.4.2 测试结果

当手指点击触摸屏时会打印"按下, X=xxx Y=yyy"，松开时会打印"松开"，手指在触摸屏上滑动时只会打印坐标信息。大家可以自己动手测试，对代码不理解的，可以对照测试结果进行对比。

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