使用输入子系统，第二部分
在上个月的文章中，我们了解了 Linux 输入子系统如何在内核内部工作，最后简要提到了事件处理程序。每个处理程序本质上都提供了一个不同的用户空间 API，将输入事件转换为构成该 API 的特定格式。
输入子系统集成到 Linux 中的关键方面之一是事件接口的可用性。这基本上通过一系列字符设备节点将原始事件暴露给用户空间——每个逻辑输入设备一个字符设备节点。事件接口是一种非常强大的技术，因为它允许在用户空间中操作事件而不会丢失信息。例如，传统的鼠标接口仅支持两个相对轴和最多五个按钮。这些通常映射到两个真实轴和三个真实按钮，第四个和第五个按钮逻辑上映射到滚轮向上和滚轮向下事件。
然而，当尝试使用带有滚轮和三个以上按钮的鼠标时，这种映射就成了一个问题，因为任何额外的按钮只能映射到一个现有按钮。传统的 API 也阻碍了高级输入设备的使用，例如太空球和其他具有多个轴的设备。相比之下，事件 API 提供了对设备功能的完全访问权限，甚至包括对这些功能和其他设备特性的设备描述。
本月的文章重点介绍事件接口的各种 ioctl 功能，以及正常的读取和写入调用。
事件接口支持使用 EVIOCGVERSION ioctl 函数确定事件设备代码的版本。该参数是一个 int（32 位），旨在解释为主版本（高两位字节）、次版本（第三个字节）和补丁级别（低字节）。从机器上的每个事件设备返回的值都相同。
清单 1 显示了 EVIOCGVERSION 的示例。ioctl 函数的第一个参数是事件设备节点（例如，/dev/input/event0）的打开文件描述符。请注意，您必须将指向整数变量的指针，而不是变量本身，作为 ioctl 调用的第三个参数传递。
事件接口支持使用 EVIOCGID ioctl 检索与底层设备关联的信息。该参数是指向 input_id 结构的指针；input_id 结构的定义如清单 2 所示。__u16 数据类型是 Linux 特有的无符号 16 位整数。您可以安全地将其强制转换为代码中的标准 uint16_t。
总线类型是唯一包含准确数据的字段。您应该将其视为不透明的枚举类型，并将其与 <linux/input.h> 中提供的各种 BUS_x 类型定义进行比较。vendor、product 和 version 字段是与设备身份相关的总线类型特定信息。现代设备（通常使用 PCI 或 USB）确实具有可用的信息，但传统设备（例如串行鼠标、PS/2 键盘和 ISA 声卡上的游戏端口）则没有。因此，对于某些总线类型的值，这些数字没有意义。
清单 3 显示了 EVIOCGID ioctl 的示例。此示例调用 ioctl，然后打印出结果。案例逻辑显示了所有当前总线类型。以下是运行该代码的示例：vendor 045e product 001d version 0111 位于通用串行总线上。
除了总线类型以及 vendor、product 和 version 信息之外，某些设备还可以提供构成有意义名称的字符串。可以使用 EVIOCGNAME ioctl 从事件接口获取此信息。此 ioctl 提供一个字符串并返回字符串的长度（或负错误值）。如果字符串太长而无法放入参数中，则会被截断。清单 4 中提供了一个示例。如果参数不是 &name 看起来很奇怪，请记住数组的名称与指向第一个元素的指针相同。因此，&name 将是指向指向第一个元素的指针的指针，这不是我们想要的。如果您真的想使用解引用，请使用 &(name[0])。
以下是运行该事件代码的示例
The device on /dev/input/event0 says its name
is Logitech USB-PS/2 Optical Mouse
然而，并非所有设备都包含有意义的名称，因此内核输入驱动程序会尝试提供一些有意义的名称。例如，没有制造商或产品字符串的 USB 设备会将 vendor 和 product ID 信息连接起来。
尽管设备身份和名称信息通常很有用，但它可能不足以告诉您拥有哪个设备。例如，如果您有两个相同的操纵杆，您可能需要根据它们使用的端口来识别它们。这通常被称为拓扑信息，您可以使用 EVIOCGPHYS ioctl 从事件接口获取此信息。与 EVIOCGNAME 类似，它提供一个字符串并返回字符串的长度（或负错误号）。清单 5 中显示了一个示例；运行该示例将生成类似以下的内容
The device on /dev/input/event0 says its path
is usb-00:01.2-2.1/input0
要理解此字符串显示的内容，您需要将其分解为几个部分。usb 部分表示这是来自 USB 系统的物理拓扑。00:01.2 是 USB 主机控制器的 PCI 总线信息（在本例中，总线 0，插槽 1，功能 2）。2.1 显示了从根集线器到设备的路径。在本例中，上游集线器插入到根集线器的第二个端口，并且该设备插入到上游集线器的第一个端口。input0 表示这是设备上的第一个事件设备。大多数设备只有一个，但多媒体键盘可能会在一个接口上显示普通键盘，而在第二个接口上显示多媒体功能键。图 1 显示了此拓扑示例。
图 1. 键盘拓扑
如果您交换两个相同设备上的电缆，此设置无济于事。在这种情况下，唯一可以帮助您的是设备是否具有某种形式的唯一标识符，例如序列号。您可以使用 EVIOCGUNIQ ioctl 获取此信息。清单 6 中显示了一个示例。大多数设备没有这样的标识符，您将从此 ioctl 获得一个空字符串。
对于某些应用程序，仅了解设备身份可能就足够了，因为这将使您可以根据正在使用的设备处理任何特殊情况。但是，它不能很好地扩展；考虑这样一种情况，您只想在设备具有滚轮时才启用滚轮处理。您真的不想在代码中列出每个带有滚轮的鼠标的 vendor 和 product 信息。
为了避免这个问题，事件接口允许您确定特定设备可用的功能和特性。事件接口支持的功能类型有
EV_KEY：绝对二进制结果，例如按键和按钮。
EV_REL：相对结果，例如鼠标上的轴。
EV_ABS：绝对整数结果，例如操纵杆或平板电脑的轴。
EV_MSC：不适合任何其他地方的杂项用途。
EV_LED：LED 和类似指示。
EV_SND：声音输出，例如蜂鸣器。
EV_REP：在输入核心中启用按键的自动重复。
EV_FF：向设备发送力反馈效果。
EV_FF_STATUS：设备向主机报告力反馈效果。
EV_PWR：电源管理事件。
这些只是功能的类型；每种类型中都可以找到各种各样的单个功能。例如，EV_REL 功能类型区分 X、Y 和 Z 轴以及水平和垂直滚轮。同样，EV_KEY 功能类型包括数百种不同的按键和按钮。
可以使用 EVIOCGBIT ioctl 通过事件接口确定每个设备的功能或特性。此函数允许您确定任何特定设备支持的功能类型，例如，它是否具有按键、按钮或两者都没有。它还允许您确定支持的特定功能，例如，存在哪些按键或按钮。
EVIOCGBIT ioctl 接受四个参数。如果我们将其视为 ioctl(fd, EVIOCGBIT(ev_type, max_bytes), bitfield)，则 fd 参数是一个打开的文件描述符；ev_type 是要返回的功能类型（其中 0 是一个特殊情况，表示应返回所有支持的功能类型的列表，而不是该类型的特定功能列表）；max_bytes 显示应返回的字节数的上限；bitfield 是指向应复制结果的内存区域的指针。返回值是成功复制的字节数，失败时返回负错误代码。
让我们看几个 EVIOCGBIT ioctl 调用的示例。第一个示例清单 7 显示了如何确定存在的功能类型。它使用 evtype_bitmask 根据 <linux/input.h> 中的 EV_MAX 定义确定位数组所需的内存量。然后提交 ioctl，事件层填充位数组。然后，我们测试数组中的每个位，并显示设置位的位置，这表明设备确实具有至少一种此类型的功能。所有设备在 2.5 中都支持 EV_SYN 功能类型；输入核心设置此位。
运行时，以键盘为目标，清单 7 中的示例产生
Supported event types: Event type 0x00 (Synchronization Events) Event type 0x01 (Keys or Buttons) Event type 0x11 (LEDs) Event type 0x14 (Repeat)
以鼠标为目标，该示例产生
Supported event types: Event type 0x00 (Synchronization Events) Event type 0x01 (Keys or Buttons) Event type 0x02 (Relative Axes)
在确定了特定设备具有哪些功能后，您就知道它将生成哪些类型的事件以及您可以发送哪些类型的事件。
从设备检索事件需要标准的字符设备“读取”功能。每次您从事件设备（例如，/dev/input/event0）读取时，您都会获得整数个事件，每个事件都由一个 struct input_event 组成。
清单 8 中显示的示例在打开的文件描述符上执行繁忙循环，尝试读取任何事件。它过滤掉任何与按键不对应的事件，然后打印出 input_event 结构中的各个字段。在我的键盘上打字时运行此程序会产生
Event: time 1033621164.003838, type 1, code 37, value 1 Event: time 1033621164.027829, type 1, code 38, value 0 Event: time 1033621164.139813, type 1, code 38, value 1 Event: time 1033621164.147807, type 1, code 37, value 0 Event: time 1033621164.259790, type 1, code 38, value 0 Event: time 1033621164.283772, type 1, code 36, value 1 Event: time 1033621164.419761, type 1, code 36, value 0 Event: time 1033621164.691710, type 1, code 14, value 1 Event: time 1033621164.795691, type 1, code 14, value 0
每次按键一次事件，每次释放按键另一次事件。
此读取接口具有字符设备的所有正常特性，这意味着您不需要使用繁忙循环。您可以简单地等到您的程序需要来自设备的某些输入，然后执行读取调用。此外，如果您对来自多个设备的输入感兴趣，则可以使用 poll 和 select 函数同时等待多个打开的设备。
向设备发送信息的过程与接收信息的过程类似，只是您使用标准的写入函数而不是读取函数。重要的是要记住，写入调用中使用的数据必须是 struct input_event。
清单 9 中显示了一个写入数据的简单示例。此示例打开 Caps Lock LED，等待 200 毫秒，然后关闭 Caps Lock LED。然后，它打开 Num Lock LED，等待 200 毫秒，然后关闭 Num Lock LED。然后循环重复（在无限繁忙循环中），因此您会看到两个键盘 LED 交替闪烁。
到现在为止，应该很清楚，只有当某些东西发生变化时，您才会收到事件——按下或释放按键，移动鼠标等等。对于某些应用程序，您需要能够确定设备的全局状态。例如，管理键盘的程序可能需要确定当前哪些 LED 亮起以及当前键盘上按下哪些按键，即使某些按键可能在应用程序启动之前就被按下了。
EVIOCGKEY ioctl 用于确定设备的全局按键和按钮状态。清单 10 中显示了一个示例。此 ioctl 在某些方面类似于 EVIOCGBIT(...,EV_KEY,...) 函数；EVIOCGKEY 不是为设备可以发送的每个按键或按钮设置位数组中的位，而是为每个被按下的按键或按钮设置位数组中的位。
EVIOCGLED 和 EVIOCGSND 函数类似于 EVIOCGKEY，只是它们分别返回当前哪些 LED 亮起以及当前哪些声音开启。清单 11 中显示了如何使用 EVIOCGLED 的示例。同样，每个位的解释方式与 EVIOCGBIT 填充位数组中的位的方式相同。
您可以使用 EVIOCGREP ioctl 确定键盘的重复率设置。清单 12 中显示了一个示例，数组中有两个元素。第一个元素指定键盘开始重复之前的延迟，第二个元素指定后续重复之间的延迟。因此，如果您按住一个按键，您会立即获得一个字符，rep[0] 毫秒后获得第二个字符，rep[1] 毫秒后获得第三个字符，然后在您释放按键之前，每 rep[1] 毫秒获得另一个字符。
您还可以使用 EVIOCSREP 设置按键重复率。这使用与您用于获取设置的相同的双元素数组，如清单 13 所示；它将初始延迟设置为 2.5 秒，将重复率设置为每秒 1 次。
某些输入驱动程序支持按住的按键（由键盘扫描解释并报告为扫描码）与发送到输入层的事件之间的可变映射。您可以使用 EVIOCGKEYCODE ioctl 确定每个扫描码关联的按键。清单 14 中显示了一个示例，该示例循环遍历前 100 个扫描码。扫描码的值（函数的输入）是整数数组中的第一个元素，生成的输入事件按键编号（keycode）是数组中的第二个元素。您也可以使用 EVIOCSKEYCODE ioctl 修改映射。清单 15 中显示了一个示例；此 ioctl 将我的 M 键映射为始终生成字母 N。请注意，按键代码 ioctl 函数可能并非在每个键盘上都有效——USB 键盘是不支持可变映射的驱动程序的示例。
EVIOCGABS 函数还提供状态信息。但是，它不是填充表示布尔值全局状态的位数组，而是为一个绝对轴提供一个 struct input_absinfo（参见清单 16）。如果您想要设备的全局状态，则必须为设备上的每个轴调用该函数。清单 17 中显示了一个示例。数组中的元素是有符号的 32 位量，您可以安全地将其视为等效于 int32_t。第一个元素显示轴的当前值，第二个和第三个元素显示轴的当前限制，第四个元素显示响应的“平坦”部分（如果有）的大小，最后一个元素显示可能存在的误差大小。
三个额外的 ioctl 函数可用于控制力反馈设备：EVIOCSFF、EVIOCRMFF 和 EVIOCGEFFECT。这些函数目前分别发送力反馈效果、移除力反馈效果和确定可以同时使用的效果数量。由于力反馈支持仍在兴起，并且仍有大量工作要做，因此现在完全记录 API 有点为时过早。本文“资源”部分列出的网站可能会在您阅读本文时提供更新的信息。
Brad Hards 是 Sigma Bravo 的技术总监，Sigma Bravo 是一家位于澳大利亚堪培拉的小型专业服务公司。除了 Linux 之外，他的技术重点还包括飞机系统集成和认证、GPS 和电子战。有关本文的评论可以发送至 bradh@frogmouth.net。
