【Linux】输入系统详述 + 触摸屏应用实战（tslib）
目录简述
前言：
一、输入系统
二、Linux输入系统框架
（1）输入系统的驱动层
（2）输入系统核心层
（3）输入系统事件层
三、APP访问硬件的方式
（1）查询方式、休眠-唤醒
具体示例：
实际效果：
（2）POLL/SELECT方式
具体示例：
实际效果：
（3）异步通知方式
具体示例：
实际效果：
四、tslib库框架
（1）电容屏简述
（2）tslib库的用处
（3）tslib框架分析
五、基于tslib的测试程序：
（1）交叉编译tslib库
（2）板子上测试编译
测试结果：
六、基于tslib的应用实战：
具体示例：
实际效果：
前言：
经典环节：我一直深信，带着问题思考和实践，能够更容易理解并学习到。
（1）什么是输入系统？
（2）输入设备种类繁多，Linux输入系统是如何管理的？
- ①繁杂的输入，如何处理成统一标准的输入事件？
- ②多个事件时，驱动程序上传事件时如何告知APP已完整发送？
- ③用户程序（APP）获得数据具体流程是怎么样的？
（3）APP可以以什么样的方式访问硬件？具体又是怎么实现的？
（4）以电容触摸屏为例，用tslib库使用输入设备。
- tslib库的作用是什么？它有什么优点？
- tslib库框架是什么样的？内部的机理是什么样的？
- 如何使用tslib库实现应用程序的功能？---应用实战
接下来的文章内容，将详细的解答上面的问题。如果有所帮助，三连关注( ^_^ )，多多支持一下，大家一同进步呀！
一、输入系统
什么是输入系统？
我们生活中有很多的输入设备，例如键盘、鼠标、遥控杆、触摸屏等等，用户通过这些设备和Linux系统进行数据交换。
多个输入设备，是否能统一接口，并也在在驱动层面以及应用层面上统一，Linux系统为了实现上面的需求，设计了一套兼容所有输入设备的框架---即输入系统。
二、Linux输入系统框架
如下图所示，Linux输入系统管理的方式具体分为三个阶段，①处理成统一标准的输入事件，上发到核心层②接收输入事件，转发给到事件层（event handler）③处理事件，提供用户空间访问接口
这里从硬件向上到APP涉及到的概念进行阐述：
（1）输入系统的驱动层
①这里有很多的硬件输入设备，会产生中断，发送数据到系统，那么系统如何去统一的处理， 处理成统一标准的输入事件？
这里的输入事件是一个“struct input_event”结构体，查阅Linux内核文件：
D:\Linux-4.9.88.tar\Linux-4.9.88\include\uapi\linux input.h
这里具体输入事件结构统一为time、type、code和value。
timeval结构体---表示事件的发生时间
type：表示哪类事件
code：表示该类事件下的那一个事件
value：表示事件值。②多个事件时，驱动程序上传事件时如何告知APP已完整发送？
（2）输入系统核心层
中转站的角色，核心层可以决定把输入事件转发给上面哪个 handler 来处理。有多种 handler，比如：evdev_handler、kbd_handler、joydev_handler 等等。
（3）输入系统事件层
这里处理核心层上传的输入事件，之后给用户空间提供用户接口。
③在了解系统内部的结构后，用户程序（APP）是获得数据具体流程是怎么样的？
- APP发起读操作，若无数据则休眠
- 用户操作设备，硬件上产生中断
- 输入系统驱动层对应的驱动程序处理中断。
- 核心层将输入事件转发到相应的handler处理，最常用的evdev_handler。
- APP正在等待数据时，evdev_handler会把它唤醒，这样APP就可以获得数据。
这里APP获得数据的方法有2种，一种是直接访问设备节点，或者通过tslib、libinput这类库来间接访问设备节点。
好用的调试命令：
//查看设备节点，有什么事件
ls /dev/input/* -l
//获取与event对应的相关设备信息
cat /proc/bus/input/devices
//使用命令读取数据（以触摸屏为例）
hexdump /dev/input/event1三、APP访问硬件的方式
APP可以以什么样的方式访问硬件？
APP访问硬件的方式有四种：查询方式、休眠-唤醒方式、POLL/SELECT方式以及异步通知方式。
| 方式 | 机理 |
| 查询 | 老板时不时来打扰你 |
| 休眠-唤醒 | 平时躺着不做事，老板叫了之后干活 |
| POLL/SELECT | 定个闹钟，时间到了就干活或者老板叫你时干活 |
| 异步通知 | 自己在干一些活，老板来叫你时干老板交代的活 |
上面的方式，不分优劣，都有其应用的场景，那么具体的方法实现是怎么样的？
（1）查询方式、休眠-唤醒
| 区别 | |
| 查询方式 | APP调用open函数时，传入“O_NONBLOCK”---非阻塞 APP调用read函数时，如果驱动程序中有数据，那么APP的函数会返回数据，否则立刻返回错误。 |
| 休眠-唤醒 | APP调用open函数时，不传入“O_NONBLOCK”---阻塞 APP调用read函数时，如果驱动程序中有数据，那么APP的函数会返回数据；没有则APP就会在内核态休眠。 |
具体示例：
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
/*01_get_input_info
/dev/input/event1 对应触摸屏事件
O_NONBLOCK(非阻塞方式)
*/
int main(int argc, char **argv)
{
int fd;
int err;
int len;
int i;
unsigned char byte;
int bit;
struct input_id id;
unsigned int evbit[2];
struct input_event event;
/*
Event Type
*/
char * ev_names[] ={
"EV_SYN",
"EV_KEY",
"EV_REL",
"EV_ABS",
"EV_MSC",
"EV_SW" ,
"NUll ",
"NUll ",
"NUll ",
"NUll ",
"NUll ",
"EV_LED",
"EV_SND",
"NUll ",
"EV_REP",
"EV_FF" ,
"EV_PWR",
};
//阻塞、非阻塞方式的对比
if(argc < 2)
{
printf("Usage: %s [noblock]\n",argv[0]);
return -1;
}
if(argc == 3 && !strcmp(argv[2],"noblock"))
{
fd = open(argv[1], O_RDWR | O_NONBLOCK);
}
else
{
fd = open(argv[1], O_RDWR);
}
if(fd < 0)
{
printf("Usage: %s \n",argv[0]);
return -1;
}
//获取设备的信息
err = ioctl(fd, EVIOCGID, &id);
if(err == 0)
{
printf("bustype = ox%x\n",id.bustype);
printf("vendor = ox%x\n",id.vendor );
printf("product = ox%x\n",id.product);
printf("version = ox%x\n",id.version);
}
//获取evbit，看设备支持什么事件
len = ioctl(fd, EVIOCGBIT(0, sizeof(evbit)), &evbit);
if(len > 0 && len <= sizeof(evbit))
{
printf("support evet type: ");
for(i = 0; i 实际效果：
查询方式（非阻塞）：
获取设备信息，打开设备节点，之后app读取，驱动程序无数据，会一直return error
休眠唤醒（阻塞）：
获取设备信息，打开设备节点，之后app读取，若无数据，会进入休眠状态，当点击触摸屏时，会返回数据。
（2）POLL/SELECT方式
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函数时传入"超时时间"。在这段时间内，条件合适时（比如有数据可读）就会立刻返回，否则等到“超时时间”结束时返回错误。
poll/select监测事件类型有多种，如下表所示：
具体示例：
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
/*01_get_input_read_poll
/dev/input/event1 对应触摸屏事件
*/
int main(int argc, char **argv)
{
int fd;
int err;
int len;
int ret;
int i;
unsigned char byte;
int bit;
struct input_id id;
unsigned int evbit[2];
struct input_event event;
struct pollfd fds[1];
nfds_t nfds = 1;
/*
Event Type
*/
char * ev_names[] ={
"EV_SYN",
"EV_KEY",
"EV_REL",
"EV_ABS",
"EV_MSC",
"EV_SW" ,
"NUll ",
"NUll ",
"NUll ",
"NUll ",
"NUll ",
"EV_LED",
"EV_SND",
"NUll ",
"EV_REP",
"EV_FF" ,
"EV_PWR",
};
if(argc != 2)
{
printf("Usage: %s \n",argv[0]);
return -1;
}
fd = open(argv[1], O_RDWR);
if(fd < 0)
{
printf("Usage: %s \n",argv[0]);
return -1;
}
//获取设备的信息
err = ioctl(fd, EVIOCGID, &id);
if(err == 0)
{
printf("bustype = ox%x\n",id.bustype);
printf("vendor = ox%x\n",id.vendor );
printf("product = ox%x\n",id.product);
printf("version = ox%x\n",id.version);
}
//获取evbit，看设备支持什么事件
len = ioctl(fd, EVIOCGBIT(0, sizeof(evbit)), &evbit);
if(len > 0 && len <= sizeof(evbit))
{
printf("support evet type: ");
for(i = 0; i 0){
if(fds[0].revents == POLLIN)
{
while(read(fd, &event, sizeof(event)) == sizeof(event))
{
printf(" get event: type = 0x%x, code = 0x%x, value = 0x%x\n", event.type, event.code, event.value);
}
}
}
else if(ret == 0)
{
printf("time out\n");
}
else
{
printf("poll err\n");
}
}
return 0; 实际效果：
（3）异步通知方式
异步通知机制是类似与单片机开发的中断。就是APP可以忙自己的事，当驱动程序有数据时它会主动给APP发信号，这时APP执行信号处理函数。
除了清楚上述简要的流程以及对象，还有一些具体问题需要解决。
- 驱动程序给APP发什么信号？----SIGIO（驱动常用信号）
- 怎么发信号？ ---内核提供函数
- 信号处理函数和信号之间怎么挂钩：APP注册信号处理函数
①...\Linux-4.9.88\include\uapi\asm-generic signal.h中有很多信号：
②APP提供注册信号处理函数的同时，也要跟SIGIO挂钩，具体如法如下：
进一步的思考：
- 内核有很多驱动，让哪一个驱动给app发SIGIO信号？
- APP打卡驱动程序的设备节点
- 驱动程序怎么知道要将发信号给现在这个APP？
- APP把自己进程ID告诉驱动程序
具体示例：
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
int fd;
//信号处理函数
void sig_func_handler(int sig)
{
struct input_event event;
while(read(fd, &event, sizeof(event)) == sizeof(event))
{
printf(" get event: type = 0x%x, code = 0x%x, value = 0x%x\n", event.type, event.code, event.value);
}
};
/*05_get_read_faycn
/dev/input/event1 对应触摸屏事件
*/
int main(int argc, char **argv)
{
int err;
int len;
int ret;
int i;
int flags;
int count = 0;
unsigned char byte;
int bit;
struct input_id id;
unsigned int evbit[2];
/*
Event Type
*/
char * ev_names[] ={
"EV_SYN",
"EV_KEY",
"EV_REL",
"EV_ABS",
"EV_MSC",
"EV_SW" ,
"NUll ",
"NUll ",
"NUll ",
"NUll ",
"NUll ",
"EV_LED",
"EV_SND",
"NUll ",
"EV_REP",
"EV_FF" ,
"EV_PWR",
};
if(argc != 2)
{
printf("Usage: %s \n",argv[0]);
return -1;
}
/*注册信号处理函数*/
signal(SIGIO, sig_func_handler);
/*打开驱动程序*/
fd = open(argv[1], O_RDWR);
if(fd < 0)
{
printf("Usage: %s \n",argv[0]);
return -1;
}
//获取设备的信息
err = ioctl(fd, EVIOCGID, &id);
if(err == 0)
{
printf("bustype = ox%x\n",id.bustype);
printf("vendor = ox%x\n",id.vendor );
printf("product = ox%x\n",id.product);
printf("version = ox%x\n",id.version);
}
//获取evbit，看设备支持什么事件
len = ioctl(fd, EVIOCGBIT(0, sizeof(evbit)), &evbit);
if(len > 0 && len <= sizeof(evbit))
{
printf("support evet type: ");
for(i = 0; i 实际效果：
四、tslib库框架
（1）电容屏简述
电容屏中有一个控制芯片，它会周期性产生驱动信号，接收电极接收到信号，并可测量电荷大小。当电容屏被按下时，相当于引入新的电容，从而影响了接收电极接收到的电荷大小。主控芯片根据电荷大小即可计算触点位置。
电容触摸屏数据分析，对开发板上电容屏对应的设备节点/dev/input/event1，执行以下的命令：
hexdump /dev/input/event1①一个手指点击触摸屏得到的：
② 两个手指点击触摸屏得到的：
（2）tslib库的用处
tslib库的作用是什么？它有什么优点？
我们可以看到，点击触摸屏时会有很多的事件，我们去做过滤和处理是不方便的。
tslib是一个触摸屏的开源库，可以使用它来访问触摸屏设备，可以给输入设备添加各种“filter”（过滤库，就是各种处理）。
（3）tslib框架分析
tslib库框架是什么样的？内部的机理是什么样的？
tslib的框架如图所示：
tslib的主要代码有：
- src/ 接口函数
- ts_setup.c
- ts_open.c
- ts_config.c
- plugins/ 模块module,以下的都是一个模块
- linear.c
- dejitter.c
- pthres.c
- input_raw.c
- tests/ 测试程序
- ts_test.c
- ts_test_mt.c
- ts_print.c
- ts_print_mt.c
分析整个tslib框架，参照示例程序（ts_test.c和ts_test_mt.c），用于单点触摸屏以及多点触摸屏。tslib的运行流程如下：
- 1.调用ts_open，打开设备节点，构造出tsdev结构体。这个结构体的内容如下：
- 2.调用ts_config，读取配置文件的处理，对于所有的模块，都会插入链表表头。module和module_raw对应tsdev结构体里不同的链表list、list_raw。
- 3.递归调用各个模块，input_raw→pthres→dejitter→linear模块，对从设备节点获得的原始数据进行数据处理，返回最终数据。下图就是递归的过程。
-
所以主体就调用三个函数：ts_setup、ts_read或ts_readmt、ts_close。
五、基于tslib的测试程序：
如何使用tslib库实现应用程序的功能？
（1）交叉编译tslib库
//配置交叉编译工具链（复制时注意检查哈，看是否一致）
export ARCH=arm
export CROSS_COMPILE=arm-linux-gnueabihf-export PATH=$PATH:/home/book/100ask_imx6ull-sdk/ToolChain/gcc-linaro-6.2.1-2016.11-x86_64_arm-linux-gnueabihf/bin
//tslib库解压
cp /home/book/01_all_series_quickstart/04_嵌入式Linux应用开发基础知识/source/11_input/02_tslib/tslib-1.21.tar.xz ./
tar xJf tslib-1.21.tar.xz
//交叉编译万能命令
cd tslib-1.21
./configure --host=arm-linux-gnueabihf --prefix=/
make
make install DESTDIR=$PWD/tmp
//把头文件、库文件放到工具链目录下
cd tslib-1.21/tmp/
cp include/* /home/book/100ask_imx6ull-sdk/ToolChain/gcc-linaro-6.2.1-2016.11-x86_64_arm-linux-gnueabihf/bin/../arm-linux-gnueabihf/libc/usr/include
cp -d lib/*so* /home/book/100ask_imx6ull-sdk/ToolChain/gcc-linaro-6.2.1-2016.11-x86_64_arm-linux-gnueabihf/bin/../arm-linux-gnueabihf/libc/usr/lib/
（2）板子上测试编译
//复制文件到nfs挂载的文件夹nfs_rootfs里
cp -r ~/tslib-1.21/* ~/nfs_rootfs
//板子上将文件复制到lib、bin和etc上
cp /mnt/tslib-1.21/tmp/lib/*so* -d /lib
cp /mnt/tslib-1.21/tmp/bin/* /bin
cp /mnt/tslib-1.21/tmp/etc/ts.conf -d /etc
cp /mnt/tslib-1.21/tmp/lib/ts -rf /lib
//关闭默认的qt GUI程序（以实际为准），打开/etc/init.d/查看 qtGUI程序名
//重新开启的话，就将将相应的文件移回去
mv /etc/init.d/S99myirhmi2 /root
reboot
//测试
ts_test_mt
测试结果：
六、基于tslib的应用实战：
实现一个程序，不断打印2个触点的距离
触摸屏可能支持多个触点，比如5个，tslib为了简化处理，即使只有两个触点，ts_read_mt函数也会返回五个触点的数据。
驱动程序中使用slot、tracing_id来标识一个触点，当tracing_id等于-1时，标识这个触点被松开了。
所以可以根据这个标识来判断数据是否有效，所以当有两个触点有效时，就打印它俩之间的距离。
核心函数：ts_read_mt
四个参数：tsdev结构体、max_slots(最大点数)、ts_sample_mt结构体（存数据）、nr
具体示例：
根据第四部分的内容、上述的思路以及ts_test_mt.c示例程序，完成程序的编写。
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
int distance(struct ts_sample_mt *point1, struct ts_sample_mt *point2)
{
int x = point1->x - point2->x;
int y = point1->y - point2->y;
return x*x + y*y;
}
int main(int argc, char **argv)
{
struct tsdev *ts;
int i;
int ret;
//定义新旧触点sample结构体
struct ts_sample_mt **samp_mt;
struct ts_sample_mt **pre_samp_mt;
int max_slots;
int point_pressed[20];
struct input_absinfo slot;
int touch_cnt = 0;
//阻塞方式
ts = ts_setup(NULL, 0);
if (!ts)
{
printf("ts_setup err\n");
return -1;
}
//读取设备节点，获取属性---同时支持多少个触点，得到max_slots
if (ioctl(ts_fd(ts), EVIOCGABS(ABS_MT_SLOT), &slot) < 0) {
perror("ioctl EVIOGABS");
ts_close(ts);
return errno;
}
max_slots = slot.maximum + 1 - slot.minimum;
//参照测试程序初始samp_mt和pre_samp_mt结构体数组
samp_mt = malloc(sizeof(struct ts_sample_mt *));
if (!samp_mt) {
ts_close(ts);
return -ENOMEM;
}
samp_mt[0] = calloc(max_slots, sizeof(struct ts_sample_mt));
if (!samp_mt[0]) {
free(samp_mt);
ts_close(ts);
return -ENOMEM;
}
pre_samp_mt = malloc(sizeof(struct ts_sample_mt *));
if (!pre_samp_mt) {
ts_close(ts);
return -ENOMEM;
}
pre_samp_mt[0] = calloc(max_slots, sizeof(struct ts_sample_mt));
if (!pre_samp_mt[0]) {
free(pre_samp_mt);
ts_close(ts);
return -ENOMEM;
}
for ( i = 0; i < max_slots; i++)
pre_samp_mt[0][i].valid = 0;
while (1)
{
//第一步：读取触点数据
ret = ts_read_mt(ts, samp_mt, max_slots, 1);
if (ret < 0) {
printf("ts_read_mt err\n");
ts_close(ts);
return -1;
}
//第二步：判断是否更新，将新数据拷贝到旧数据里
for (i = 0; i < max_slots; i++)
{
if (samp_mt[0][i].valid)
{
memcpy(&pre_samp_mt[0][i], &samp_mt[0][i], sizeof(struct ts_sample_mt));
}
}
//第三步：判断是否有两个触点，如果是两个，则执行打印
touch_cnt = 0;
for (i = 0; i < max_slots; i++)
{
if (pre_samp_mt[0][i].valid && pre_samp_mt[0][i].tracking_id != -1)
point_pressed[touch_cnt++] = i;
}
if (touch_cnt == 2)
{
printf("distance: %08d\n", distance(&pre_samp_mt[0][point_pressed[0]], &pre_samp_mt[0][point_pressed[1]]));
}
}
return 0;
}
实际效果：
//交叉编译
arm-buildroot-linux-gnueabihf-gcc -o mt_cal_distance mt_cal_distance.c -lts
//复制到nfs挂载文件 nfs_rootfs
cp mt_cal_distance ~/nfs_rootfs板子上运行程序，两个手指放上去之后打印出结果：
