Rockchip RK3588 - 内容交互设备架构设计

content_interaction_device 是运行在 RK3588 平台上的内容交互设备软件，用于在游戏机主机和触摸显示屏之间透明插入一层交互能力。

设备接收游戏机 HDMI 输出并显示到触摸屏，同时读取触摸屏 Linux input event；

• 直通模式下，视频全屏显示，触摸事件通过 USB Gadget 多点触摸 HID 透传给游戏机；
• 叠加模式下，屏幕划分为 HTML 内容区和游戏画面区，内容区由本机 Chromium / Qt WebEngine 处理，游戏区触摸坐标换算后转发给游戏机。

一、概述

1.1 功能概览

• HDMI IN 通过 V4L2 流式采集，使用 MMAP 缓冲并导出 DMA-BUF。
• 当前工业主链路不经过 Qt 搬运视频帧。
• 当前可运行显示路径为 RGA 转换后输出统一 NV12 DMA-BUF，再交给 DRM Plane 显示。
• 真实触摸屏输入读取 /dev/input/eventX，支持 EVIOCGRAB 独占设备。
• 无 USB Gadget 设备时程序仍可运行，只禁用转发给游戏机主机的触摸输出。
• 直通模式：全屏显示 HDMI 输入，右下角保留模式触发按钮。
• 叠加模式：
  • 1080P 横屏：左侧 HTML 内容区 20%，右侧游戏区 80%。
  • 4K 竖屏：上方 HTML 内容区 10%，下方游戏区 90%。
• 15 秒无操作自动恢复直通模式。
• USB Gadget 模拟多点触摸屏，描述符和应用报文均支持最多 10 点触摸。

1.2 目录

.
├── CMakeLists.txt
├── app/
├── config/
├── docs/
├── scripts/
├── system/
├── touch/
├── ui/
└── video/

1.3 模块划分

1.3.1 模块边界

• app：应用装配层，负责程序入口、运行期服务装配和跨模块协调。
• config：读取 config/app.conf，保存静态配置和运行态共享状态。
• system：日志、信号、udev 等通用系统能力。
• touch：读取 Linux input event、处理 SYN_DROPPED、坐标映射和 USB Gadget HID 写入。
• ui：Qt 主窗口、浏览器内容区、模式按钮和状态提示。
• video：V4L2 HDMI IN、DRM 显示路径。

1.3.2 模块文档索引

• app/README.md：运行期服务装配、布局协调、HDMI 管线控制与线程生命周期。
• config/README.md：静态配置、运行期共享状态，以及两者的职责边界。
• system/README.md：日志、状态事件、udev 与进程级系统能力。
• video/README.md：RK3588 HDMI IN 采集、DRM Plane 显示、硬件视频链路。
• ui/README.md：Qt 控制层、浏览器层、交互布局和本机内容区触摸注入。
• touch/README.md：真实触摸屏输入、热插拔监听、触摸路由和 USB Gadget 转发。

这些文档重点说明：

• 模块为什么这样拆；
• 关键事件流怎么走；
• 每一层的职责边界在哪里；
• 后续继续重构时哪些地方不能退回旧实现。

1.3.3 模块依赖关系

当前工程按 app / ui / touch / video / system / config 分层。推荐依赖方向如下：

config  -> 提供静态配置读取
system  -> 提供日志、信号、udev 等通用系统能力

app
  -> config
  -> system
  -> ui
  -> touch
  -> video

ui
  -> config
  -> system

touch
  -> config
  -> system

video
  -> config
  -> system

更直观地看：

                +------------------+
                |       app        |
                |  装配 / 协调层     |
                +------------------+
                  |      |      |
                  v      v      v
          +----------+ +------+ +-------+
          |    ui    | |touch | | video |
          | Qt控制层 | |触摸链路| |视频链路|
          +----------+ +------+ +-------+
               \         |         /
                \        |        /
                 v       v       v
                +------------------+
                | config / system  |
                | 配置与通用系统层    |
                +------------------+

依赖规则：

• app 是唯一允许同时看到 ui、touch、video 的装配层。
• ui 只关心 Qt 控件、模式切换、布局应用和状态显示，不能直接控制 V4L2 / DRM 线程生命周期。
• touch 只关心 input event、坐标映射和 HID 写入，不能直接依赖 ui 控件或 video 后端实现。
• video 只关心 HDMI IN、V4L2、DRM 和硬件显示后端，不能直接依赖 ui 文案、按钮或窗口对象。
• system 只提供通用能力，不依赖业务模块。
• config 只提供配置和共享状态，不直接访问硬件。

二、架构说明

2.1 运行期服务装配

2.1.1 app_runtime_services

app_runtime_services 是运行期服务装配层，负责"创建哪些服务对象、由谁持有、信号如何连接"。它由 main_window 创建，但内部集中创建并连接：

• video_pipe_thread：HDMI IN / V4L2 采集和硬件显示线程。
• touch_thread：真实触摸输入读取、本机内容区事件注入和 USB Gadget HID 转发。
• udev_thread：统一分发 udev 设备事件。
• hdmi_pipeline_controller：HDMI IN 物理连接状态、轮询兜底和视频管线启动控制。
• touch_input_hotplug_monitor：真实触摸屏 input event 热插拔监听。
• usb_host_hotplug_monitor：USB Host 连接状态监听。
• app_lifecycle_controller：后台服务启动/停止顺序控制器。

app_runtime_services 会把模块内部事件转换为 app_status_event，再交给 main_window 显示状态浮层或写日志。

2.1.2 app_lifecycle_controller

app_lifecycle_controller 只负责已经创建好的服务对象什么时候启动和停止。它不创建对象，也不做业务信号连接。

启动顺序：

1. 启动 udev_thread。
2. 调用 hdmi_pipeline_controller::start_if_connected()。
3. 启动 touch_thread。

停止顺序：

1. 停止 udev_thread。
2. 停止 touch_thread。
3. 停止 hdmi_pipeline_controller。

两者关系如下：

main_window
  -> app_runtime_services          # 创建服务对象、连接信号、转换状态事件
       -> video_pipe_thread
       -> touch_thread
       -> udev_thread
       -> hdmi_pipeline_controller
       -> touch_input_hotplug_monitor
       -> usb_host_hotplug_monitor
       -> app_lifecycle_controller # 只负责 start/stop 顺序

2.2 关键事件流

2.2.1 浏览器内容区点击链路

touchscreen /dev/input/eventX
  -> touch_thread
  -> app_runtime_services 转发本机内容区触摸信号
  -> main_window::inject_local_touch()
  -> interaction_ui::inject_local_touch()
  -> touch_injector::inject()
  -> browser_panel 持有的 QWebEngineView
  -> WebEngine 内部 DOM 命中和页面点击处理

说明：

• touch_thread 读取真实触摸屏事件，并结合 touch_frame_router、touch_router 和 touch_layout_mapper 判断当前触摸点属于浏览器区还是游戏区。
• app_runtime_services 只负责连线，不做坐标变换。
• main_window::inject_local_touch() 只负责转发，不自己构造 Qt 鼠标事件。
• interaction_ui 再委托 touch_injector 把逻辑坐标映射到浏览器控件局部坐标，并构造 QMouseEvent 发给 QWebEngineView。

2.2.2 游戏区触摸透传链路

touchscreen /dev/input/eventX
  -> touch_thread
  -> hid_touch_report_codec::encode_multi_touch_report()
  -> hid_touch_writer
  -> /dev/hidg0
  -> game console / host

说明：

• 这条路径完全绕过 main_window、interaction_ui 和 Qt WebEngine。
• 浏览器区和游戏区的分流判断必须稳定，否则会出现本地内容区和主机透传串路。

2.2.3 模式切换链路

mode button clicked / idle timeout
  -> interaction_mode_controller
  -> app_runtime_state::set_interaction_mode()
  -> interaction_mode_controller::mode_applied()
  -> main_window::apply_interaction_layout()
  -> display_layout_controller::apply_layout()
  -> interaction_ui::apply_layout()
  -> display_layout_controller::sync_video_output_rect()
  -> video_pipe_thread::set_output_rect()

2.2.4 HDMI 物理状态到视频线程控制链路

extcon / hdmi_hotplug_monitor poll
  -> hdmi_pipeline_controller
  -> start_if_connected() / stop() / sync_video_rect()
  -> video_pipe_thread start or stop
  -> display_layout_controller::sync_video_output_rect()

2.3 子模块要点

2.3.1 视频架构

视频主链路不再走 Qt 绘制：

• video_pipe_thread：线程入口，只负责 V4L2 取帧、提交当前硬件显示边界、确保缓冲区回队列。
• v4l2_dev：自动打开 HDMI RX 设备，读取驱动实际格式，申请 MMAP 缓冲并导出 DMA-BUF。
• hardware_video_presenter：当前硬件视频显示门面，负责协调 DRM pipeline、framebuffer 缓存和 plane 提交。
• video/inc/drm、video/src/drm：集中管理 DRM card / connector / CRTC / plane 选择、DMA-BUF framebuffer 缓存和 DRM Plane 提交。

video 模块内部建议按"采集 -> 恢复 -> 渲染 -> DRM"理解：

app / ui
  -> video_pipe_thread
       -> hdmi_capture_session
            -> v4l2_dev
       -> capture_recovery_controller
            -> frame_timeout_recovery
       -> video_presenter
            -> hardware_video_presenter
                 -> drm_device_finder
                 -> drm_fb_cache
                 -> drm_plane_presenter
  -> hdmi_hotplug_monitor

2.3.2 触摸架构

当前链路只读取 /dev/input/eventX：

• touch_thread 读取 EV_ABS、EV_KEY、EV_SYN
• 多点触摸使用 ABS_MT_SLOT、ABS_MT_TRACKING_ID、ABS_MT_POSITION_X/Y
• 内容区事件发给 main_window::inject_local_touch()
• 游戏区事件通过 hid_touch_report_codec::encode_multi_touch_report() 写入 /dev/hidg0

2.3.3 UI 架构

ui 模块专注于可见的 Qt 内容：

• 创建和持有浏览器内容区与模式按钮
• 把应用布局层算好的结果应用到 Qt 控件
• 接收本机内容区触摸事件，并把它们注入到浏览器控件

三、配置与运行

3.1 配置

业务参数只从固定配置文件读取：

config/app.conf

说明：

• HDMI IN 分辨率、像素格式和帧率由输入信号与 HDMI RX 驱动决定，程序只读取实际值，不强制设置。
• HDMI IN 设备节点由程序自动识别 stream_hdmirx / rk_hdmirx 对应的 /dev/video*。
• 保留的采集配置只有：
  • hdmi.buffer_count
  • hdmi.frame_timeout_ms
  • hdmi.state_poll_interval_ms
• browser.default_url 用于配置叠加模式默认网页。
• 视频显示固定使用硬件路径，应用固定全屏运行。

3.2 构建

推荐使用：

scripts/build.sh build

手动构建：

cmake -S . -B build
cmake --build build

依赖项：

• Qt Widgets
• Qt WebEngineWidgets
• libudev
• libdrm
• librga / im2d
• Qt Designer（编辑 .ui 时）

如果开发板缺少 Qt5WebEngineWidgetsConfig.cmake，Qt5 系统通常需要安装：

sudo apt update
sudo apt install qtwebengine5-dev libqt5webenginewidgets5 libudev-dev libdrm-dev

librga 需要使用 RK3588 板端系统或 BSP 提供的 RGA 头文件和库。

3.3 运行

先初始化 USB Gadget 触摸屏：

sudo scripts/hid/hid_touch.sh start

启动应用：

scripts/build.sh run

或直接运行：

./build/content_interaction_device

其他脚本：

scripts/build.sh build
scripts/build.sh run
scripts/build.sh start
scripts/build.sh stop
scripts/build.sh restart
scripts/build.sh status

如果日志提示 /dev/input/eventX 权限不够，需要使用有 input 设备读取权限的用户运行，或把当前用户加入 input 组后重新登录。/dev/hidg0 不存在时，程序会继续运行但不会向游戏机转发触摸，需要先执行 sudo scripts/hid/hid_touch.sh start。

3.4 USB Gadget

sudo scripts/hid/hid_touch.sh start
sudo scripts/hid/hid_touch.sh stop

当前触摸 HID 报告：

• report_length=62
• 第 0 字节为 Report ID，当前固定为 0x01
• 第 1 字节为 Contact Count，表示当前报告中的触点数量
• 后续为 10 个固定触点槽，每个触点槽 6 字节：状态、触点 ID、X 低字节、X 高字节、Y 低字节、Y 高字节

应用侧 hid_touch_report_codec::encode_multi_touch_report() 输出格式与 scripts/hid/hid_touch.sh 的描述符一致。

四、维护说明

4.1 命名规范

项目自定义类、函数、变量和文件名统一采用下划线命名，例如：

• app_config
• main_window
• interaction_ui
• touch_thread
• udev_event_monitor
• video_pipe_thread
• v4l2_dev
• hardware_video_presenter
• drm_device_finder
• drm_fb_cache
• drm_plane_presenter

Qt、V4L2 等外部 API 保留原始命名，例如 QMainWindow、showEvent()、VIDIOC_DQBUF。

4.2 代码审查

架构审查、单一职责、代码复用、模块化设计和命名规范的详细建议见：

docs/code_review.md

4.3 后续方向

4K 竖屏 2160x3840@60 场景下，后续优化仍围绕硬件显示链路展开：减少 Qt 参与主视频帧搬运，保持 HDMI IN 帧沿 DMA-BUF / DRM 路径提交，并继续验证不同 RK3588 内核和显示拓扑下的 Plane 选择、缩放和恢复策略。

4.4 免费 AI 注释助手

仓库已预置一套免费的线上 AI 注释方案，使用 VS Code Continue 插件配合 OpenRouter 免费模型。