LV15-03-输入类设备-01-基础知识

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本文主要是输入类设备控制——基础知识的相关笔记，若笔记中有错误或者不合适的地方，欢迎批评指正😃。

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一、输入类设备编程简介  

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。

2. input 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类型又不一样，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）， 设备节点名称通常为 eventX（X 表示一个数字编号 0、 1、 2、 3 等），例如 /dev/input/event0、 /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（例如调用 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），例如应用程序读触摸屏数据， 如果当前并没有去触碰触摸屏， 自然是无数据可读； 当我们用手指触摸触摸屏或者在屏上滑动时，此时就会产生触摸数据、应用程序就有数据可读了，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（阻塞式 I/O 方式下）， 当有数据可读时才会被唤醒。

4. 应用程序如何解析数据

先我们要知道，应用程序打开输入设备对应的设备文件，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： 

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

结构体中的 time 成员变量是一个 struct timeval 类型的变量， 内核会记录每个上报的事件其发生的时间，并通过变量 time 返回给应用程序。时间参数通常不是那么重要，而其它3 个成员变量 type、 code、 value 更为重要。

4.1 type

type 用于描述发生了哪一种类型的事件（对事件的分类） ， Linux 系统所支持的输入事件类型如下所示：

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/*
 * Event types
 */
#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_REL 0x02 // 相对位移类事件(譬如鼠标)
#define EV_ABS 0x03 // 绝对位移类事件(譬如触摸屏)
#define EV_MSC 0x04 // 其它杂类事件
#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)

以上这些宏定义也是在<linux/input.h>头文件中，所以在应用程序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，例如点击鼠标按键（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。

在type成员中，我们看到有一个同步事件类型 EV_SYN， 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，例如对于触摸屏来说，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。

那么应用程序如何得知本轮已经读取到完整的数据了呢？其实这就是通过同步事件来实现的， 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。同步类事件中也包含了多种不同的事件，如下所示：

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/*
 * 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)

所以的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。

4.2 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， 如一个键盘上通常有很多按键， 例如字母 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。每一种事件类型都包含多种不同的事件。

  • 按键类事件：
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#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
// ......
  • 相对位移事件：
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#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)
  • 绝对位移事件

触摸屏设备是一种绝对位移设备，它能够产生绝对位移事件； 例如对于触摸屏来说，一个触摸点所包含的信息可能有多种，例如触摸点的 X 轴坐标、 Y 轴坐标、 Z 轴坐标、按压力大小以及接触面积等， 所以 code变量告知应用程序当前上报的是触摸点的哪一种信息（X 坐标还是 Y 坐标、亦或者其它）。绝对位移事件如下： 

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#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
// ......

除了以上列举出来的之外，还有很多，我们可以自己浏览<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，后面遇到了再学习。

4.3 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。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，如果 value 等于 2,则表示 KEY_1 键长按。再比如， 在绝对位移事件中（type=3），如果 code=0 （触摸点 X 坐标 ABS_X），那么 value 值就等于触摸点的 X 轴坐标值； 同理， 如果 code=1（触摸点 Y 坐标 ABS_Y），此时value 值便等于触摸点的 Y 轴坐标值； 所以对 value 值的解释需要根据不同的 code 值而定。

二、如何获取输入设备输入信息？

接下来通过一个简单的例子来看看怎么获取输入设备的输入信息。

1. 读取 struct input_event 数据 

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/** =====================================================
 * Copyright © hk. 2022-2025. All rights reserved.
 * File name  : read_input.c
 * Author     : 苏木
 * Date       : 2024-09-07
 * Version    : 
 * Description: 
 * ======================================================
 */
#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);
    }

    while(1)
    {

        /* 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);
    }
}

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 while 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。

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，直到有数据可读时才会被唤醒！

2. 如何确认设备信息？

ALPHA 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：

image-20240907150100195

该按键是提供给用户使用的一个 GPIO 按键， 在出厂系统中，该按键驱动基于 input 子系统而实现， 所以在/dev/input 目录下存在 KEY0 的设备节点， 具体是哪个设备节点， 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 ：

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这里其实还有一种办法可以用来确认（这里使用的是出厂系统），我们的输入设备，其对应的设备文件在/dev/input/目录下 ：

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如何确定到底是哪个设备文件，可以通过对设备文件进行读取来判断，例如使用 od 命令： 

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sudo od -x /dev/input/eventX # eventX表示上面的event多少

Tips：需要添加 sudo，在 Ubuntu 系统下，普通用户是无法对设备文件进行读取或写入操作。 要是直接在开发板中的话，看自己是什么用户权限了。

我们可以一个一个试，当执行完命令后按下按键，哪一个读取到了数据，就说明这个就是按键对应的输入设备文件。

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比如这里是event2，按下按键的时候就会出现对应的打印信息。

3. 开发板验证

我们在串口终端执行以下命令：

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./app_demo /dev/input/event2
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程序运行后，执行按下 KEY0、松开 KEY0 等操作，终端将会打印出相应的信息，如上图所示。
第一行中 type 等于 1，表示上报的是按键事件 EV_KEY， code=114， 打开 input-event-codes.h 头文件进行查找，可以发现 cpde=114 对应的是键盘上的 KEY_VOLUMEDOWN 按键，这个是 ALPHA 开发板出厂系统已经配置好的。 而 value=1 表示按键按下，所以整个第一行的意思就是按键 KEY_VOLUMEDOWN被按下。

第二行， 表示上报了 EV_SYN 同步类事件（type=0）中的 SYN_REPORT 事件（code=0）， 表示本轮数据已经完整、报告同步。

第三行， type 等于 1，表示按键类事件， 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， 内核所上报的事件以及发送给应用层的数据 value。 我们试试长按按键 KEY0， 按住不放， 如下所示：

image-20240907152031830

可以看到上报按键事件时，对应的 value 等于 2，表示长按状态。