【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？

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。
4. 核心层将输入事件转发到相应的handler处理，最常用的evdev_handler。
5. 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 <linux/input.h>#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <sys/ioctl.h>
#include <unistd.h>
#include <poll.h>#include <stdio.h>
#include <string.h>/*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 <dev> [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 <dev>\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 <len; i++){byte = ((unsigned char*)evbit)[i];for(bit = 0; bit < 8; bit++){if(byte & (1 << bit)){printf("%s ", ev_names[i * 8 + bit]);}}}printf("\n");}while(1){len = read(fd, &event, sizeof(event));if(len == sizeof(event)){printf(" get event: type = 0x%x, code = 0x%x, value = 0x%x\n", event.type, event.code, event.value);}else{printf(" read error %d\n", len);}}return 0;}

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 <linux/input.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <sys/ioctl.h>
#include <unistd.h>
#include <poll.h>#include <stdio.h>
#include <string.h>/*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 <dev>\n",argv[0]);return -1;}fd =  open(argv[1], O_RDWR);if(fd < 0){printf("Usage: %s <dev>\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 <len; i++){byte = ((unsigned char*)evbit)[i];for(bit = 0; bit < 8; bit++){if(byte & (1 << bit)){printf("%s ", ev_names[i * 8 + bit]);}}}printf("\n");}//POLL和SELECT方式读取输入数据，超时时间-5swhile(1){//想查询哪个文件（fd）fds[0].fd = fd;//想查询什么事件fds[0].events = POLLIN;//清除“返回事件”fds[0].revents = 0;ret = poll(fds, nfds, 5000);if(ret > 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。

1. 驱动程序给APP发什么信号？----SIGIO（驱动常用信号）
2. 怎么发信号？                         ---内核提供函数
3. 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 <linux/input.h>#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <sys/ioctl.h>
#include <unistd.h>
#include <signal.h> 
#include <sys/types.h>
#include <fcntl.h>#include <stdio.h>
#include <string.h>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 <dev>\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 <dev>\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 <len; i++){byte = ((unsigned char*)evbit)[i];for(bit = 0; bit < 8; bit++){if(byte & (1 << bit)){printf("%s ", ev_names[i * 8 + bit]);}}}printf("\n");}/*把APP的进程号告诉驱动程序*/fcntl(fd, F_SETOWN, getpid());/*使能"异步通知"*/flags = fcntl(fd, F_GETFL);fcntl(fd, F_SETFL, flags | FASYNC);while(1){printf("main loop count = %d\n", count++);sleep(2);}return 0;}

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/event1

①一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 <stdio.h>
#include <stdint.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <signal.h>
#include <errno.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>
#include <getopt.h>#include <linux/input.h>#include <sys/ioctl.h>#include <tslib.h>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_slotsif (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：