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苏木2026-01-07
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18.2m

LV010-获取输入设备数据 ​

一、如何获取输入设备信息？ ​

1. 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（这张图是正点原子教程资料里面的）：

image-20240907150157169

那么这里的 I、 N、 P、 S、 U、 H、 B 对应的每一行是什么含义呢？

（1）I：d of the device(设备 ID) ，该参数由结构体 struct input_id 来进行描述，驱动程序中会定义这样的结构体：

image-20241020002407464

（2）N：name of the device，设备名称

（3）P：physical path to the device in the system hierarchy，系统层次结构中设备的物理路径。

（4）S：sysfs path位于 sys 文件系统的路径

（5）U：unique identification code for the device(if device has it)，设备的唯一标识码 。

（6）H：list of input handles associated with the device，与设备关联的输入句柄列表。

（7）B：bitmaps(位图)

shell
PROP:device properties and quirks(设备属性)
EV:types of events supported by the device(设备支持的事件类型)
KEY:keys/buttons this device has(此设备具有的键/按钮)
MSC:miscellaneous events supported by the device(设备支持的其他事件)
LED:leds present on the device(设备上的指示灯)

值得注意的是 B 位图，比如上图中“ B: EV=b”（触摸屏那个设备）用来表示该设备支持哪类输入事件。 b 的二进制是 1011， bit0、 1、 3 为 1，表示该设备支持 0、 1、 3 这三类事件，即 EV_SYN、 EV_KEY、 EV_ABS。 再举一个例子，下面是我自己使用的4.3寸触摸屏的信息：

shell
I: Bus=0018 Vendor=dead Product=beef Version=28bb
N: Name="goodix-ts"
P: Phys=input/ts
S: Sysfs=/devices/virtual/input/input2
U: Uniq=
H: Handlers=event1
B: PROP=3
B: EV=b
B: KEY=e520 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
B: ABS=2658000 0

“ B: ABS=2658000 0”如何理解？ 它表示该设备支持 EV_ABS 这一类事件中的哪一些事件。这是 2 个 32 位的数字： 0x2658000、 0x0， 高位在前低位在后， 组成一 个 64 位 的数字 ： 0x2658000 00000000 这样的话数值为1的位有47、48、50、53、54，即0x2f、0x20、0x30、0x32、0x35、0x36，对应这些宏（input-event-codes.h - include/uapi/linux/input-event-codes.h - Linux source code v4.15 - Bootlin）：

#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 */
#define ABS_MT_POSITION_Y	0x36	/* Center Y touch position */
#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 */
#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 */

即 这 款 输 入 设 备 支 持 上 述 的、 ABS_MT_SLOT 、ABS_MT_TOUCH_MAJOR 、 ABS_MT_WIDTH_MAJOR 、ABS_MT_POSITION_X 、ABS_MT_POSITION_Y 这些绝对位置事件。

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 ：

image-20240907150531593

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：

shell
sudo od -x /dev/input/eventX # eventX表示上面的event多少
hexdump /dev/input/eventx    # 这个命令也能去读，如果系统有这个命令的话

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。

image-20240907150802216

比如这里是event2，按下按键的时候就会出现对应的打印信息。这些信息都是什么？我们来分析一下：

image-20241020090013748

type 为 1 ， 对 应 EV_KEY ； code 为 0x72，按键的code定义的是十进制数字，所以这里是114，对应KEY_VOLUMEDOWN；上图中还发现有 2 个同步事件：它的 type、 code、 value 都为 0。表示按键上报了 2 次完整的数据。

2. APP 访问硬件的 4 种方式 ​

举个例子：妈妈怎么知道卧室里小孩醒了？

（1）时不时进房间看一下： 查询方式。简单，但是累。

（2）进去房间陪小孩一起睡觉，小孩醒了会吵醒她： 休眠-唤醒。不累，但是妈妈干不了活了。

（3）妈妈要干很多活，但是可以陪小孩睡一会，定个闹钟： poll 方式。有浪费点时间，但是可以继续干活。妈妈要么是被小孩吵醒，要么是被闹钟吵醒。

（4）妈妈在客厅干活，小孩醒了他会自己走出房门告诉妈妈： 异步通知。妈妈、小孩互不耽误。

这 4 种方法没有优劣之分，在不同的场合使用不同的方法。

3. 获取设备信息 ​

3.1 ioctl函数 ​

过 ioctl 获取设备信息， ioctl 的参数如下：

c
int ioctl(int fd, unsigned long request, ...);

些驱动程序对 request 的格式有要求，它的格式如下(ioctl.h - include/uapi/asm-generic/ioctl.h - Linux source code v4.15 - Bootlin)：

c
#define _IOC(dir,type,nr,size) \
	(((dir)  << _IOC_DIRSHIFT) | \    // bit29
	 ((type) << _IOC_TYPESHIFT) | \   // bit8
	 ((nr)   << _IOC_NRSHIFT) | \     // bit0
	 ((size) << _IOC_SIZESHIFT))      // bit16

比如 dir 为_IOC_READ(即 2)时，表示 APP 要读数据；为_IOC_WRITE(即 4)时，表示 APP 要写数据。

size 表示这个 ioctl 能传输数据的最大字节数。

type、 nr 的含义由具体的驱动程序决定。

比如要读取输入设备的 evbit 时， ioctl 的 request 要写为“ EVIOCGBIT(0,size)”， size 的大小可以由自己决定：你想读多少字节就设置为多少。这个宏的定义如下：

c
#define EVIOCGBIT(ev,len)	_IOC(_IOC_READ, 'E', 0x20 + (ev), len)	/* get event bits */

3.2 代码实例 ​

可以看这里：LV17_INPUT_DEVICE/01_read_input_info/read_input_info.c · linux-dev-org/imx6ull-app-demo，我们编译后执行以下命令：

shell
./app_demo /dev/input/event2
image-20241020093213808

前面我们知道B后面的EV表示支持的事件类型，这里的按键就是0x100003，第0、1、20位为1，也就是0x0、0x1、0x14，就对应这些事件（input-event-codes.h - include/uapi/linux/input-event-codes.h - Linux source code v4.15 - Bootlin）：

c
#define EV_SYN			0x00
#define EV_KEY			0x01
#define EV_REP			0x14

三、如何获取输入数据？ ​

1. 休眠-唤醒方式 ​

APP 调用 open 函数时，不要传入“ O_NONBLOCK”。APP 调用 read 函数读取数据时，如果驱动程序中有数据，那么 APP 的 read 函数会返回数据；否则 APP 就会在内核态休眠，当有数据时驱动程序会把 APP 唤醒， read 函数恢复执行并返回数据给 APP。

1.1 代码示例 ​

代码可以看这里：LV17_INPUT_DEVICE/01_read_input/read_input.c · linux-dev-org/imx6ull-app-demo，编译后得到可执行程序。

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！

1.2 开发板验证 ​

我们在串口终端执行以下命令：

shell
./app_demo /dev/input/event2
image-20240907151311435

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 - include/uapi/linux/input-event-codes.h - Linux source code v4.15 - Bootlin 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。

2. 查询方式 ​

APP 调用 open 函数时，传入“ O_NONBLOCK”表示“非阻塞”。APP 调用 read 函数读取数据时，如果驱动程序中有数据，那么 APP 的 read函数会返回数据，否则也会立刻返回错误。

2.1 代码示例 ​

可以看这里：LV17_INPUT_DEVICE/01_read_input_noblock · linux-dev-org/imx6ull-app-demo

image-20241020103717460

2.2 开发板验证 ​

我们执行这个demo的时候注意传入noblock参数，不传的时候它会以休眠唤醒的方式运行，这样我们就会看到按键没有按下的时候一直打印错误信息，当按键按下就会有按键的信息打印出来：

image-20241020095208032

3. POLL/SELECT 方式 ​

3.1 POLL/SELECT介绍 ​

POLL 机制、 SELECT 机制是完全一样的，只是 APP 接口函数不一样。简单地说，它们就是“定个闹钟”：在调用 poll、 select 函数时可以传入“超时时间”。在这段时间内，条件合适时(比如有数据可读、有空间可写)就会立刻返回，否则等到“超时时间”结束时返回错误。用法如下。

  • （1）APP 先调用 open 函数打开设备节点，打开的时候要使用noblock模式。

  • （2）APP 不是直接调用 read 函数，而是先调用 poll 或 select 函数，这 2 个函数中可以传入“超时时间”。它们的作用是：如果驱动程序中有数据，则立刻返回；否则就休眠。在休眠期间，如果有人操作了硬件，驱动程序获得数据后就会把 APP唤醒，导致 poll 或 select 立刻返回；如果在“ 超时时间”内无人操作硬件，则时间到后 poll 或 select 函数也会返回。 APP 可以根据函数的返回值判断返回原因：有数据？无数据超时返回？

  • （3）APP 根据 poll 或 select 的返回值判断有数据之后，就调用 read 函数读取数据时，这时就会立刻获得数据。

  • （4）poll/select 函数可以监测多个文件，可以监测多种事件：

事件类型说明
POLLIN有数据可读
POLLRDNORM等同于 POLLIN
POLLRDBANDPriority band data can be read，有优先级较较高的“ band data”可读 Linux 系统中很少使用这个事件
POLLPRI高优先级数据可读
POLLOUT可以写数据
POLLWRNORM等同于 POLLOUT
POLLWRBANDPriority data may be written
POLLERR发生了错误
POLLHUP挂起
POLLNVAL无效的请求，一般是 fd 未 open

注意：在调用 poll 函数时，要指明： 要监测哪一个文件：哪一个 fd ；想监测这个文件的哪种事件：是 POLLIN、还是 POLLOUT 。

示例代码如下：

c
struct pollfd fds[1];
int timeout_ms = 5000;
int ret;
fds[0].fd = fd;
fds[0].events = POLLIN;
ret = poll(fds, 1, timeout_ms);
if ((ret == 1) && (fds[0].revents & POLLIN))
{
    read(fd, &val, 4);
    printf("get button : 0x%x\n", val);
}

3.2 代码示例 ​

3.2.1 POLL ​

可以看这里：LV17_INPUT_DEVICE/01_read_input_poll · linux-dev-org/imx6ull-app-demo

3.2.2 SELECT ​

可以看这里：LV17_INPUT_DEVICE/01_read_input_select · linux-dev-org/imx6ull-app-demo

3.2 开发板验证 ​

编译后我们执行以下命令：

shell
./app_demo /dev/input/event2

然后会有如下打印信息：

image-20241020100606809

会发现，即便我们以noblock的方式打开了节点，也不会再直接返回，当有数据的时候直接返回并打印信息，当没有数据，超过5000ms的时候，超时返回。POLL和SELECT的实验现象是一样的，这里就不重复写了。

4. 异步通知 ​

4.1 什么是异步通知？ ​

所谓同步，就是“你慢我等你”。那么异步就是：你慢那你就自己玩，我做自己的事去了，有情况再通知我。所谓异步通知，就是 APP 可以忙自己的事，当驱动程序用数据时它会主动给APP 发信号，这会导致 APP 执行信号处理函数。

“ 发信号”，这只有 3 个字，却可以引发很多问题：

  • 谁发？驱动程序发。
  • 发什么？信号。
  • 发什么信号？SIGIO。
  • 怎么发？内核里提供有函数 。
  • 发给谁？APP， APP 要把自己告诉驱动。
  • APP 收到后做什么？执行信号处理函数。
  • 信号处理函数和信号，之间怎么挂钩？ APP 注册信号处理函数 。
  • 内核里有那么多驱动，你想让哪一个驱动给我们的APP发 SIGIO 信号？APP 要打开驱动程序的设备节点。
  • 驱动程序怎么知道要发信号给我们的APP而不是别人的APP？ APP 要把自己的进程 ID 告诉驱动程序。
  • APP 有时候想收到信号，有时候又不想收到信号：应该可以把 APP 的意愿告诉驱动：设置 Flag 里面的 FASYNC 位为 1，使能“异步通知”。
4.1.1 有哪些信号？ ​

Linux 系统中有很多信号，在 Linux 内核源文件 include/uapi/asm-generic/signal.h（signal.h - include/uapi/asm-generic/signal.h - Linux source code v4.15 - Bootlin ）中，有很多信号的宏定义：

c
#define SIGHUP		 1
#define SIGINT		 2
#define SIGQUIT		 3
#define SIGILL		 4
#define SIGTRAP		 5
// ......
#define SIGWINCH	28
#define SIGIO		29
#define SIGPOLL		SIGIO

SIGIO在驱动中很常用，表示有IO事件。驱动程序通知 APP 时，它会发出“ SIGIO”这个信号，表示有“ IO 事件”要处理。

4.1.2 信号注册 ​

就 APP 而言，想处理 SIGIO 信息，那么需要提供信号处理函数，并且要跟SIGIO 挂钩。这可以通过一个 signal 函数来“给某个信号注册处理函数”，用法如下：

c
#include <signal.h>

typedef void (*sighandler_t)(int);

sighandler_t signal(int signum, sighandler_t handler);

（1）编写信号处理函数，比如signal_handler()；

（2）调用signal函数进行注册，函数的第一个参数代表哪个信号，第二个参数就是刚才编写的信号处理函数。

4.1.3 基本步骤 ​
  • （1）编写信号处理函数
c
static void sig_func(int sig)
{
    int val;
    read(fd, &val, 4);
    printf("get button : 0x%x\n", val);
}
  • （2）注册信号处理函数：
c
signal(SIGIO, sig_func);
  • （3）打开驱动（设备节点 ）
c
fd = open(argv[1], O_RDWR);
  • （4）把进程 ID 告诉驱动
c
fcntl(fd, F_SETOWN, getpid());
  • （5）使能驱动的 FASYNC 功能
c
flags = fcntl(fd, F_GETFL);
fcntl(fd, F_SETFL, flags | FASYNC);

4.2 代码示例 ​

可以看这里：LV17_INPUT_DEVICE/01_read_input_fasync · linux-dev-org/imx6ull-app-demo

4.3 开发板验证 ​

我们执行以下命令：

shell
./app_demo /dev/input/event2

会看到，我们一直在进程中循环打印循环的次数，当有按键来的时候就会打印出按键的相关信息。

image-20241020103043284