Linux系统中输入设备的应用编程实现

    大家好，今天主要来聊一聊，如何使用Linux系统下的输入设备进行应用编程。

目录

​​第一：什么是输入设备​​

​​第二：读取数据的流程​​

​​第三：应用程序该如何解析​​

​​第四：数据同步方法​​

​​第五：读取struct input_event数据代码实现​​

第一：什么是输入设备

     先来了解一下什么是输入设备（称为input设备），常见的输入设备有鼠标、键盘、触摸屏、遥控器、画图板等，用户通过输入设备与系统进行交互。

     由上面可知，输入设备种类非常多，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目录下生产对应的设备节点（设备文件），设备文件节点名称通常为eventX()(X表示一个数字编号0,1,2,3,等)，譬如/dev/input/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。

第二：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、应用程序发去读操作（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。

第三：应用程序该如何解析

     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;
};

    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，内核会记录每个上报的事件及发生的时间，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。

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

#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

     以上这些宏定义也是在<linux/input.h>头文件中，所以在有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，譬如点击鼠标按键（左键、右键，或鼠标上的其他按键）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一系列具体事件，譬如一个键盘通常有很多按键，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。每一种事件类型包含多种不同的事件，譬如按键类事件；

#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

#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

绝对位移事件

    触摸屏设备是一种绝对位移设备，它能产生绝对位移事件；譬如对于触摸屏来说，一个触摸点所包含的信息可能有多种，譬如触摸点的X轴坐标、Y轴坐标、Z轴坐标，按压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。

#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

     以上除了列举出来的之外，还有很多，大家可以预览<linux/input.h>头文件。

     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，如果value等于2则表示KEY_1键长按。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！

第四：数据同步方法

      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，譬如对于触摸屏来说，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。

     所有的输入设备都需要上报同步事件通常是SYN_REPORT,而value值通常为0。

第五：读取struct input_event数据代码实现

     对输入设备调用read()会读取到一个struct input_event类型数据。

#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);
 }
}

    分析：该案件是，在出厂系统中，该案件驱动基于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，可以查看/proc/bus/input/devices文件得知。

执行结果如下：

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：

   可以看到上报按键事件时，对应的 value 等于 2，表示长按状态。

  总结：使用好标准的输入设备系统，对实现输入功能具有重要意义。