• 什么是输入设备？

常见的输入设备有键盘、鼠标、遥控杆、书写板、触摸屏等等,用户通过这些输入设备与 Linux 系统进行数据交换。

  • 什么是输入系统？

    输入设备种类繁多，能否统一它们的接口？既在驱动层面统一，也在应用程序层面统一？可以的。 Linux 系统为了统一管理这些输入设备，实现了一套能兼容所有输入设备的框架：输入系统。驱动开发人员基于这套框架开发出程序，应用开发人员就可以使用统一的 API 去使用设备。

Linux对输入处理从底层到上层的一套框架就是输入系统
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  • 最底层的驱动层只是去硬件上得到数据而已，数据如何整理成统一的格式由核心层来做
  • 核心层把各样的数据转换成统一的数据后，上报给事件层；事件层有多个handlers，意味着有多种不同的处理方式，最常用的是evdev_handler，它会把统一的数据分发给一个或多个APP；只要APP打开了某个设备节点，这个设备上一旦有了数据，所有打开这个设备节点的app都可以得到这个数据
  • evdev_handler可以把同一个硬件的数据分发给多个APP

访问设备节点的数据流程：

① APP 发起读操作，若无数据则休眠； ② 用户操作设备，硬件上产生中断； ③ 输入系统驱动层对应的驱动程序处理中断： 读取到数据，转换为标准的输入事件，向核心层汇报。 所谓输入事件就是一个“struct input_event”结构体。 ④ 核心层可以决定把输入事件转发给上面哪个 handler 来处理： 从handler的名字来看，它就是用来处输入操作的。有多种handler，比如：evdev_handler、kbd_handler、joydev_handler 等等。 最常用的是 evdev_handler：它只是把 input_event 结构体保存在内核 buffer 等，APP 来读取时就原原本本地返回。它支持多个 APP 同时访问输入设备，每个 APP 都可以获得同一份输入事件。 当 APP 正在等待数据时，evdev_handler 会把它唤醒，这样 APP 就可以返回数据。 ⑤ APP 对输入事件的处理： APP 获得数据的方法有 2 种：直接访问设备节点(比如/dev/input/event0,1,2,…)，或者通过 tslib、libinput 这类库来间接访问设备节点。

  • 在输入系统中，是怎样把不同输入设备的不同数据转换成统一格式的数据呢？

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  • 在输入系统中，对于每个输入事件，除了上报上面三项内容外，还会上报更多的信息

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  • Linux系统中，使用结构体input_event来表示一个输入事件；那么它如何知道驱动程序（硬件）已经上报完了所有的输入事件呢？

    • 比如触摸屏会上报x、y、压力等多项数据，那么怎么才能知道驱动已经上报完了所有数据
    • 这就要引入另外一个事件：同步事件
    • 驱动程序上报完一系列的数据后，会上报一个“同步事件”，表示数据上报完毕。APP 读到“同步事件”时，就知道已经读完了当前的数据。
    • 同步事件type为EV_SYN（0x00）
    • 同步事件也是一个 input_event 结构体，它的 type、code、value 三项都是 0。
    • 使用同步事件来分隔开独立的、完整的数据

  • 输入系统调试技巧

确定输入设备信息
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设备节点对应的硬件（获取与 event 对应的相关设备信息）

cat /proc/bus/input/devices

对于每个设备节点，在/proc/bus/input/devices文件中都会有信息与其对应
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在调试过程中经常使用hexdump来打印设备节点的信息
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  • 写应用程序，能够红hexdump分析数据格式就足够了

输入系统支持完整的API操作

  • 支持这些机制：阻塞、非阻塞、POLL/SELECT、异步通知。

（即使只做应用开发，对基础的驱动知识也应该掌握）

APP 访问硬件的 4 种方式：

  • 查询方式：简单，CPU消耗高
  • 休眠-唤醒：CPU休眠直到被事件唤醒
  • poll 方式：定时中断
  • 异步通知

查询/休眠-唤醒

  • 查询：APP 调用 open 函数时，传入“O_NONBLOCK”表示“非阻塞”；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
  • 休眠-唤醒：APP 调用 open 函数时，不要传入“O_NONBLOCK”；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

poll/select

  • POLL 机制、SELECT 机制是完全一样的，只是 APP 接口函数不一样。
  • 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。

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  • 用法：

    APP 先调用 open 函数时。 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？ 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。

  • poll/select 函数可以监测多个文件，可以监测多种事件

  • 在调用 poll 函数时，要指明：

① 你要监测哪一个文件：哪一个 fd
② 你想监测这个文件的哪种事件：是 POLLIN、还是 POLLOUT
最后，在 poll 函数返回时，要判断状态。


异步通知

  • 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。
  • 对于 Linux来说，实际信号是软中断，许多重要的程序都需要处理信号。信号，为 Linux 提供了一种处理异步事件的方法。
  • 发信号的问题：

① 谁发：驱动程序发
② 发什么：信号
③ 发什么信号：SIGIO（表示IO事件）
④ 怎么发：内核里提供有函数 (内部机制)
⑤ 发给谁：APP，APP 要把自己告诉驱动
⑥ APP 收到后做什么：执行信号处理函数
⑦ 信号处理函数和信号，之间怎么挂钩：APP 注册信号处理函数

  • 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。
  • signal 函数来“给某个信号注册处理函数”
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  • APP除了注册信号处理函数，还要做什么？

① 内核里有那么多驱动，你想让哪一个驱动给你发 SIGIO 信号？
APP 要打开驱动程序的设备节点。
② 驱动程序怎么知道要发信号给你而不是别人？
APP 要把自己的进程 ID 告诉驱动程序。
③ 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”。

  • 编程

    ① 编写信号处理函数： 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： signal(SIGIO, sig_func); ③ 打开驱动： fd = open(argv[1], O_RDWR); ④ 把进程 ID 告诉驱动： fcntl(fd, F_SETOWN, getpid()); ⑤ 使能驱动的 FASYNC 功能： flags = fcntl(fd, F_GETFL); fcntl(fd, F_SETFL, flags | FASYNC);

  • fcntl系统调用可以用来对已打开的文件描述符进行各种控制操作以改变已打开文件的的各种属性