嵌入式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與操作系統(tǒng)課件chapter12input輸入子系統(tǒng)

2023/6/2武漢科技大學(xué)Page1第12章Input輸入子系統(tǒng)【學(xué)習(xí)目標(biāo)】了解用戶輸入子系統(tǒng)熟悉Input輸入驅(qū)動(dòng)2023/6/2武漢科技大學(xué)Page2第12章Input輸入子系統(tǒng)

用戶輸入子系統(tǒng)12.1Input輸入驅(qū)動(dòng)12.2小結(jié)12.32023/6/2武漢科技大學(xué)Page312.1用戶輸入子系統(tǒng)Android中，用戶輸入系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)比較簡單，實(shí)現(xiàn)輸入功能的硬件設(shè)備包括鍵盤、觸摸屏和軌跡球等。在Android的上層應(yīng)用中，可以通過獲得這些設(shè)備產(chǎn)生的事件，并對(duì)設(shè)備的事件做出響應(yīng)。在Java框架和應(yīng)用程序?qū)?，通常使用運(yùn)動(dòng)事件來獲得觸摸屏和軌跡球等設(shè)備的信息，用按鍵事件獲得各種鍵盤的信息。2023/6/2武漢科技大學(xué)Page412.1用戶輸入子系統(tǒng)Android用于輸入系統(tǒng)的框架結(jié)構(gòu)如圖所示。2023/6/2武漢科技大學(xué)Page512.1.1

Android輸入系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)Android輸入系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)比較簡單，從下到上包含了驅(qū)動(dòng)程序、本地庫處理部分、Java類對(duì)輸入事件的處理、對(duì)Java的接口等。Android用戶輸入系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖所示。從下到上，Android的用戶輸入系統(tǒng)分成以下幾個(gè)部分：驅(qū)動(dòng)程序：保存在/dev/input目錄中，通常是Event類型的驅(qū)動(dòng)程序。EventHub：本地框架層的EventHub是libui中的一部分，它實(shí)現(xiàn)了對(duì)驅(qū)動(dòng)程序的控制，并從中獲得信息。KeyLayout（按鍵布局）和KeyCharacterMap（按鍵字符映射）文件。同時(shí)，libui中有相應(yīng)的代碼對(duì)其操作。定義按鍵布局和按鍵字符映射需要運(yùn)行時(shí)配置文件的支持，它們的后綴名分別為kl和kcm。2023/6/2武漢科技大學(xué)Page612.1.1

Android輸入系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)Java框架層的處理：在Java框架層具有KeyInputDevice等類用于處理由EventHub傳送上來的信息，通常信息由數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)RawInputEvent和KeyEvent表示。在通常情況下，對(duì)于按鍵事件，則直接使用KeyEvent來傳送給應(yīng)用程序?qū)?，?duì)于觸摸屏和軌跡球等事件，則由RawInputEvent經(jīng)過轉(zhuǎn)換后，形成MotionEvent事件傳送給應(yīng)用程序?qū)?。Android應(yīng)用程序?qū)樱和ㄟ^重新實(shí)現(xiàn)onTouchEvent和onTrackballEvent等函數(shù)來接收運(yùn)動(dòng)事件（MotionEvent），通過重新實(shí)現(xiàn)onKeyDown和onKeyUp等函數(shù)來接收按鍵事件（KeyEvent）。這些類包含在android.view包中。2023/6/2武漢科技大學(xué)Page712.1.1

Android輸入系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)2023/6/2武漢科技大學(xué)Page812.1.2移植工作在移植Android輸入系統(tǒng)時(shí)需要完成下面的兩個(gè)工作：移植輸入（input）驅(qū)動(dòng)程序。在用戶空間中動(dòng)態(tài)配置“kl”和“kcm”文件。因?yàn)锳ndroid輸入系統(tǒng)的硬件抽象層是libui庫中的EventHub，此部分是系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)部分。所以在實(shí)現(xiàn)特定硬件平臺(tái)的Android系統(tǒng)的時(shí)候，通常改變輸入系統(tǒng)硬件抽象層。EventHub使用Linux標(biāo)準(zhǔn)的輸入設(shè)備作為輸入設(shè)備，并且大多使用實(shí)用的Event設(shè)備?；谏鲜鲈?，為了實(shí)現(xiàn)Android系統(tǒng)的輸入，必須使用Linux標(biāo)準(zhǔn)輸入驅(qū)動(dòng)程序作為標(biāo)準(zhǔn)的輸入。由此可見，輸入系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)化程度較高，在用戶空間實(shí)現(xiàn)時(shí)一般不需要更改代碼。唯一的變化時(shí)使用不同的“ki”和“kcm”文件，使用按鍵的布局和按鍵字符映射關(guān)系。2023/6/2武漢科技大學(xué)Page912.2

Input輸入驅(qū)動(dòng)Input輸入驅(qū)入程序是Linux輸入設(shè)備的驅(qū)動(dòng)程序，可以進(jìn)一步分成游戲桿（joystick）、鼠標(biāo)（mouse和mice）和事件設(shè)備三種驅(qū)動(dòng)程序。其中事件驅(qū)動(dòng)程序是目前通用的驅(qū)動(dòng)程序，可以支持鍵盤、鼠標(biāo)、觸摸屏等多種輸入設(shè)備。Input驅(qū)動(dòng)程序的主設(shè)備號(hào)是13，每一種Input設(shè)備占用5位，因此每種設(shè)備包含的個(gè)數(shù)是32個(gè)。Event設(shè)備在用戶空間使用如下三種文件系統(tǒng)來操作接口。Read：用于讀取輸入信息。Ioctl：用于獲得和設(shè)置信息。Poll：調(diào)用可以進(jìn)行用戶空間的阻塞，當(dāng)內(nèi)核有按鍵等中斷，通過在中斷中喚醒poll的內(nèi)核實(shí)現(xiàn)，這樣在用戶空間的poll調(diào)用也可以返回。Event設(shè)備在文件系統(tǒng)中的設(shè)備節(jié)點(diǎn)為/dev/input/eventX目錄。主設(shè)備號(hào)為13，次設(shè)備號(hào)按照遞增順序生成，為64~95，各個(gè)具體的設(shè)備保存在misc、touchscreen和keyboard等目錄中。Android輸入設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序的頭文件是include/linux/input.h，核心文件是drivers/input/input.c，Event部分的代碼文件是drivers/input/evdev.c。2023/6/2武漢科技大學(xué)Page1012.2.1文件input.h在手機(jī)系統(tǒng)中使用的鍵盤（keyboard）和小鍵盤（kaypad）屬于按鍵設(shè)備EV_KEY，軌跡球?qū)儆谙鄬?duì)設(shè)備EV_REL，觸摸屏屬于絕對(duì)設(shè)備EV_ABS。input.h中定義了structinput_dev結(jié)構(gòu)，它表示你Input驅(qū)動(dòng)程序的各種信息，對(duì)于Event設(shè)備分為同步設(shè)備、鍵盤、相對(duì)設(shè)備（鼠標(biāo)）、絕對(duì)設(shè)備（觸摸屏）等。input_dev中定義并歸納了各種設(shè)備的信息，例如按鍵、相對(duì)設(shè)備、絕對(duì)設(shè)備、雜項(xiàng)設(shè)備、LED、聲音設(shè)備、強(qiáng)制反饋設(shè)備、開關(guān)設(shè)備等。

在具體實(shí)現(xiàn)Event驅(qū)動(dòng)程序時(shí)，如果得到按鍵的事件，通常需要通過以下的接口向上進(jìn)行通知。2023/6/2武漢科技大學(xué)Page1112.2.2文件input.h在手機(jī)系統(tǒng)中使用的鍵盤（keyboard）和小鍵盤（kaypad）屬于按鍵設(shè)備EV_KEY，軌跡球?qū)儆谙鄬?duì)設(shè)備EV_REL，觸摸屏屬于絕對(duì)設(shè)備EV_ABS。input.h中定義了structinput_dev結(jié)構(gòu)，它表示你Input驅(qū)動(dòng)程序的各種信息，對(duì)于Event設(shè)備分為同步設(shè)備、鍵盤、相對(duì)設(shè)備（鼠標(biāo)）、絕對(duì)設(shè)備（觸摸屏）等。input_dev中定義并歸納了各種設(shè)備的信息，例如按鍵、相對(duì)設(shè)備、絕對(duì)設(shè)備、雜項(xiàng)設(shè)備、LED、聲音設(shè)備、強(qiáng)制反饋設(shè)備、開關(guān)設(shè)備等。

在具體實(shí)現(xiàn)Event驅(qū)動(dòng)程序時(shí)，如果得到按鍵的事件，通常需要通過以下的接口向上進(jìn)行通知。2023/6/2武漢科技大學(xué)Page1212.2.2文件KeycodeLabels.h觸摸屏和軌跡球上報(bào)的是坐標(biāo)、按下、抬起等信息，信息量比較少。按鍵處理的過程稍微復(fù)雜，從驅(qū)動(dòng)程序到Android的Java層受到的信息，鍵表示方式經(jīng)過了兩次轉(zhuǎn)化。鍵掃描碼Scancode是由Linux的Input驅(qū)動(dòng)框架定義的整數(shù)類型。鍵掃描碼Scancode經(jīng)過一次轉(zhuǎn)化后，形成按鍵的標(biāo)簽KeycodeLabel，是一個(gè)字符串的表示形式。按鍵的標(biāo)簽KeycodeLabel經(jīng)過轉(zhuǎn)換后，再次形成整數(shù)型的按鍵碼keycode。在Android應(yīng)用程序?qū)?，主要使用按鍵碼keycode來區(qū)分。在文件KeycodeLabels.h中，按鍵碼整數(shù)值的格式，在此文件中是通過枚舉實(shí)現(xiàn)的。進(jìn)而定義了數(shù)組KEYCODES[]，功能是存儲(chǔ)從字符串到整數(shù)的映射關(guān)系。左列內(nèi)容即表示按鍵標(biāo)簽KeyCodeLabel，右列的內(nèi)容為按鍵碼KeyCode（與KeyCode的數(shù)值對(duì)應(yīng)）。在按鍵信息第二次轉(zhuǎn)化的時(shí)候，已經(jīng)將字符串類型KeyCodeLabel轉(zhuǎn)換成整數(shù)的KeyCode。2023/6/2武漢科技大學(xué)Page1312.2.3文件KeyCharacterMap.h文件frameworks/base/include/ui/KeyCharacterMap.h也是本地框架層libui的頭文件，在其中定義了按鍵的字符映射關(guān)系。其實(shí)KeyCharacterMap只是一個(gè)輔助的功能，因?yàn)榘存I碼只是一個(gè)與UI無關(guān)的證書，通常用程序?qū)ζ溥M(jìn)行捕獲處理。如果將按鍵事件轉(zhuǎn)換為用戶可見的內(nèi)容，需要經(jīng)過這個(gè)層次的轉(zhuǎn)換。2023/6/2武漢科技大學(xué)Page1412.2.3文件KeyCharacterMap.h

KeyCharacterMap需要從本地層傳送到Java層，JNI的代碼路徑如下所示：frameworks/base/core/jni/android_text_KeyCharacterMap.cppKeyCharacterMapJava框架層的代碼如下：frameworks/base/core/Java/android/view/KeyCharacterMap.Javaandroid.view.KeyCharacterMap類是Android平臺(tái)的API，可以在應(yīng)用程序中使用這個(gè)類。android.text.method中有各種Linstener，相互之間可以監(jiān)聽KeyCharacterMap相關(guān)的信息。2023/6/2武漢科技大學(xué)Page1512.2.3文件KeyCharacterMap.h上面關(guān)于按鍵碼和按鍵字符映射的內(nèi)容是在代碼中實(shí)現(xiàn)的內(nèi)容，還需要配合動(dòng)態(tài)的配置文件來使用。在實(shí)現(xiàn)Android系統(tǒng)的時(shí)候，很可能需要更改這兩種文件。需要?jiǎng)討B(tài)配置下面的兩個(gè)文件。KL（KeycodeLayout）：后綴名為kl的配置文件。KCM（KeyCharacterMap）：后綴名為kcm的配置文件。Donut及其之前版本的配置文件路徑為：development/emulator/keymaps/Ecliar及其之后配置文件的路徑為：sdk/emulator/keympas/

當(dāng)系統(tǒng)生成上述配置文件后，將會(huì)被放置在目標(biāo)文件系統(tǒng)的“/system/usr/keylaout/”目錄中或“/system/usr/keychars/”目錄中。另外，kl文件將被直接復(fù)制到目標(biāo)文件系統(tǒng)中：由于次春較大，kcm文件放置在目標(biāo)文件系統(tǒng)中之前，需要經(jīng)過壓縮處理。KeyLayoutMap.cpp負(fù)責(zé)解析處理kl文件，KeyCharacterMap.cpp負(fù)責(zé)解析kcm文件。2023/6/2武漢科技大學(xué)Page1612.2.4kl格式文件

Android默認(rèn)提供的按鍵布局文件主要包括qwerty.kl和AVRCP.kl。其中qwerty.kl是全鍵盤布局文件，是系統(tǒng)中主要按鍵使用的布局文件。AVRCP.kl用于多媒體的控制，ACRCP的含義為Audio/VideoRemoteControlProfile。

在按鍵布局文件中，第1列為按鍵的掃描碼，是一個(gè)整數(shù)值；第2列為按鍵的標(biāo)簽，是一個(gè)字符串。即完成了按鍵信息的第一次轉(zhuǎn)換，將整形的掃描碼，轉(zhuǎn)換成字符串類型的按鍵標(biāo)簽。第3列表示按鍵的Flag，帶有WAKE字符，表示此按鍵可以喚醒系統(tǒng)。

掃描碼來自驅(qū)動(dòng)程序，顯然不同的掃描碼可以對(duì)應(yīng)一個(gè)按鍵標(biāo)簽。表示物理上的兩個(gè)按鍵可以對(duì)應(yīng)同一個(gè)功能按鍵。2023/6/2武漢科技大學(xué)Page1712.2.5kcm格式文件

kcm格式文件是按鍵字符映射文件，用于表示按鍵字符的映射關(guān)系，功能是將整數(shù)類型按鍵碼（keycode）轉(zhuǎn)化成可以顯示的字符。kcm文件將被makekcharmap工具轉(zhuǎn)化成二進(jìn)制的格式，放在目標(biāo)系統(tǒng)的/system/usr/keychars/目錄中。除了QWERTY映射類型，還可以映射Q14（單鍵多字符對(duì)應(yīng)的鍵盤）和NUMERIC（12鍵的數(shù)字鍵盤）。kcm文件將被makekcharmap工具轉(zhuǎn)化成二進(jìn)制的格式，放在目標(biāo)系統(tǒng)的/system/usr/keychars/目錄中。2023/6/2武漢科技大學(xué)Page1812.2.6文件EventHub.cpp

文件EventHub.cpp位于libhui庫中的frameworks/base/libs/ui目錄下，此文件是輸入系統(tǒng)的核心控制文件，整個(gè)輸入系統(tǒng)的主要功能都是在此文件中實(shí)現(xiàn)的。例如當(dāng)按下電源鍵后，系統(tǒng)把scanCode寫入對(duì)應(yīng)的設(shè)備節(jié)點(diǎn)，文件EventHub.cpp會(huì)讀這個(gè)設(shè)備節(jié)點(diǎn)，并把scanCode通過kl文件對(duì)應(yīng)成keyCode發(fā)送到上層。在具體處理過程時(shí)，在函數(shù)openPlatformInput()中通過調(diào)用scan_dir()函數(shù)搜索路徑下面所有Input驅(qū)動(dòng)的設(shè)備節(jié)點(diǎn)，函數(shù)scan_dir()會(huì)從目錄中查找設(shè)備，找到后調(diào)用open_device()函數(shù)以打開查找到的設(shè)備。EventHub的