引言

隨著嵌入式設(shè)備的開發(fā)和推廣，觸摸屏作為新式輸入設(shè)備已經(jīng)隨處可見，手機(jī)、PDA、MID以及ATM機(jī)等設(shè)備都已經(jīng)用到了觸摸屏。而科技在不斷發(fā)展，觸摸屏也由一開始的4線式單點(diǎn)電阻觸摸屏發(fā)展到今天的各種多點(diǎn)式電容觸摸屏。本文通過對(duì)以cypress 7958為代表的I2C總線接口電容式多點(diǎn)觸摸屏的研究，設(shè)計(jì)了針對(duì)Linux操作系統(tǒng)的多點(diǎn)觸摸的屏幕驅(qū)動(dòng)，以及不運(yùn)行操作系統(tǒng)前提下的單片機(jī)對(duì)觸摸屏的驅(qū)動(dòng)，取得了良好的效果。

1 研究平臺(tái)介紹

1.1 ARM11處理器S3C6410X

S3C6410X是基于ARM1176JZFS核的用于手持、移動(dòng)等終端設(shè)備的通用處理器。S3C6410X是一款低功率、高性價(jià)比、高性能的用于移動(dòng)電話和通用處理RSIC處理器。為2.5G和3G通信服務(wù)提供了優(yōu)化的硬件性能，采用 64/32位的內(nèi)部總線架構(gòu)，融合了AXI、AHB、APB總線。還有很多強(qiáng)大的硬件加速器，包括運(yùn)動(dòng)視頻處理、音頻處理、2D加速、顯示處理和縮放。

1.2 電容式多點(diǎn)觸摸屏

電容式觸摸屏在觸摸屏4邊均鍍上狹長(zhǎng)的電極，在導(dǎo)電體內(nèi)形成一個(gè)低電壓交流電場(chǎng)。在觸摸屏幕時(shí)，由于人體電場(chǎng)，手指與導(dǎo)體層間會(huì)形成一個(gè)耦合電容，4邊電極發(fā)出的電流會(huì)流向觸點(diǎn)，而電流強(qiáng)度與手指到電極的距離成正比，位于觸摸屏幕后的控制器會(huì)計(jì)算電流的比例及強(qiáng)弱，準(zhǔn)確算出觸摸點(diǎn)的位置。電容觸摸屏的雙玻璃不但能保護(hù)導(dǎo)體及感應(yīng)器，更有效地防止外在環(huán)境因素對(duì)觸摸屏造成影響，就算屏幕沾有污穢、塵埃或油漬，電容式觸摸屏依然能準(zhǔn)確算出觸摸位置。與電阻觸摸屏相對(duì)比，電容式觸摸屏就是支持多點(diǎn)觸摸的人機(jī)交互方式，普通電阻式觸摸屏只能進(jìn)行單一點(diǎn)的觸控。

1.3 ARM工具鏈

本文針對(duì)ARM核的單片機(jī)使用了arm？none？linux？gnueabi？4.3.2交叉編譯鏈，實(shí)現(xiàn)對(duì)ARM支持的二進(jìn)制文件編譯，用以成功編譯ARMLinux 2.6.28內(nèi)核。

1.4 移植條件

對(duì)于本文所述內(nèi)容，所有支持Linux操作系統(tǒng)運(yùn)行的處理器（包括嵌入式處理器）都可以運(yùn)行，而所有支持I2C總線協(xié)議的單片機(jī)也可以在不使用操作系統(tǒng)的前提下將觸摸屏作為一種普通輸入設(shè)備進(jìn)行使用。

2 研究過程

圖1顯示了本文中針對(duì)嵌入式Linux平臺(tái)下的驅(qū)動(dòng)軟硬件結(jié)構(gòu)體系。

圖1 驅(qū)動(dòng)軟硬件結(jié)構(gòu)體系

2.1 I2C設(shè)備在平臺(tái)部分聲明

CYPRESS 7958多點(diǎn)觸摸屏的I2C地址為0x20，在使用前需要在平臺(tái)設(shè)備處進(jìn)行I2C設(shè)備聲明，這樣才可以使Linux驅(qū)動(dòng)找到其對(duì)應(yīng)的I2C地址進(jìn)行操作。首先要聲明該I2C設(shè)備結(jié)構(gòu)體，代碼如下：

static struct i2c_board_info i2c_devs1［］ __initdata={

{I2C_BOARD_INFO（“cypress？7958”， 0x20）， }， /*cypress？7958 touch pannel controller*/

};

然后在static void __init smdk6410_machine_init（void）函數(shù)中聲明該I2C設(shè)備：

i2c_register_board_info（1， i2c_devs1， ARRAY_SIZE（i2c_devs1））;

2.2 Cypress 7958驅(qū)動(dòng)部分設(shè)計(jì)

2.2.1 注冊(cè)和注銷模塊

首先建立I2C驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)體，cypress_7958_driver，代碼如下：

static struct i2c_driver cypress_7958_driver={

.probe=cypress_7958_probe，

.remove=cypress_7958_remove，

.id_table=cypress_7958_id，

.driver={

.name=CYPRESS_7958_NAME，

}，

};

然后建立_INIT初始化函數(shù)與_EXIT注銷設(shè)備函數(shù)：static int __devinit cypress_7958_ts_init（void），static void __exit cypress_7958_exit（void），通過i2c_add_driver與i2c_del_driver函數(shù)進(jìn)行I2C設(shè)備的注冊(cè)與注銷。

2.2.2 觸摸屏驅(qū)動(dòng)入口函數(shù)的設(shè)計(jì)

由上節(jié)中聲明的I2C結(jié)構(gòu)體得知，在設(shè)備被檢查到的時(shí)候進(jìn)入static int synaptics_ts_probe（struct i2c_client *client， const struct i2c_device_id *id）函數(shù)，在該函數(shù)中需要進(jìn)行觸摸屏工作模式的初始化，對(duì)作為輸入設(shè)備的觸摸屏驅(qū)動(dòng)在Linux平臺(tái)下的設(shè)備名注冊(cè)，同時(shí)初始化觸摸事件觸發(fā)時(shí)引起的中斷操作。

（1） Cypress 7958模式初始化

作為多點(diǎn)觸摸屏幕，Cypress 7958有很多相關(guān)的配置寄存器，本文中不再贅述，初始化部分僅需對(duì)屏幕是否工作在正常工作模式下進(jìn)行檢查，通過讀取0x28地址的寄存器，如果值為0x07，則屏幕工作正常，否則返回錯(cuò)誤值。

ret=i2c_smbus_read_byte_data（ts？》client， 0x28）;

if（ret！=0x07）{

printk（KERN_ERR，“Cypress Detect Errorn”）;

return ret;

}

（2） 輸入設(shè)備名注冊(cè)

創(chuàng)建struct input_dev結(jié)構(gòu)體，通過input_allocate_device（）函數(shù)進(jìn)行設(shè)備名的創(chuàng)建，然后通過set_bit函數(shù)進(jìn)行輸入設(shè)備功能聲明。因?yàn)槭嵌帱c(diǎn)觸摸屏，可以產(chǎn)生EV_SYN，EV_KEY，BTN_TOUCH，BTN_2（多點(diǎn)觸摸），EV_ABS等功能，故對(duì)之進(jìn)行聲明：

set_bit（EV_SYN， ts？》input_dev？》evbit）;

set_bit（EV_KEY， ts？》input_dev？》evbit）;

set_bit（BTN_TOUCH， ts？》input_dev？》keybit）;

set_bit（BTN_2， ts？》input_dev？》keybit）;

set_bit（EV_ABS， ts？》input_dev？》evbit）;

然后完成對(duì)事件的具體配置：

input_set_abs_params（ts？》input_dev， ABS_X， 0， max_y， 0， 0）;

input_set_abs_params（ts？》input_dev， ABS_Y， 0， max_x， 0， 0）;

input_set_abs_params（ts？》input_dev， ABS_PRESSURE， 0， 255， 0， 0）;

input_set_abs_params（ts？》input_dev， ABS_TOOL_WIDTH， 0， 15， 0， 0）;

input_set_abs_params（ts？》input_dev， ABS_HAT0X， 0， max_y， 0， 0）;

input_set_abs_params（ts？》input_dev， ABS_HAT0Y， 0， max_x， 0， 0）;

input_set_abs_params（ts？》input_dev， ABS_MT_POSITION_X， 0， max_y， 0， 0）;

input_set_abs_params（ts？》input_dev， ABS_MT_POSITION_Y， 0， max_x， 0， 0）;

input_set_abs_params（ts？》input_dev， ABS_MT_TOUCH_MAJOR， 0， 255， 0， 0）;

input_set_abs_params（ts？》input_dev， ABS_MT_WIDTH_MAJOR， 0， 15， 0， 0）;

最后通過input_register_device（ts？》input_dev）函數(shù)完成對(duì)該設(shè)備名的注冊(cè)。

（3） 驅(qū)動(dòng)事件產(chǎn)生中斷函數(shù)初始化

Cypress 7958觸摸屏在觸摸事件產(chǎn)生時(shí)會(huì)在IRQ引腳產(chǎn)生一個(gè)低電平信號(hào)，將該引腳連接到GPN（15）引腳上，同時(shí)創(chuàng)建GPIO中斷函數(shù)：

s3c_gpio_cfgpin（S3C64XX_GPN（15），S3C_GPIO_SFN（2））;

client？》irq=gpio_to_irq（S3C64XX_GPN（15））;

irqflags=IRQF_TRIGGER_LOW;

然后通過ret=request_irq（client？》irq， cypress_7958_irq_handler， irqflags， client？》name， ts）進(jìn)行中斷函數(shù)申請(qǐng)。創(chuàng)建cypress_7958_irq_handler函數(shù)：

static irqreturn_t cypress_7958_irq_handler（int irq， void *dev_id）{

struct synaptics_ts_data *ts=dev_id;

//int ret=gpio_get_value（S3C64XX_GPN（15））;

//printk（“%s:ret=%dn”，__func__，ret）;

disable_irq_nosync（ts？》client？》irq）;

queue_work（cypress_7958_wq， &ts？》work）;

return IRQ_HANDLED;

}

當(dāng)驅(qū)動(dòng)事件被觸發(fā)之后通過queue_work函數(shù)進(jìn)入驅(qū)動(dòng)工作區(qū)cypress_7958_wq，進(jìn)行驅(qū)動(dòng)層對(duì)應(yīng)用層的信息上報(bào)。

2.2.3 觸摸屏工作區(qū)函數(shù)設(shè)計(jì)

觸摸屏工作區(qū)函數(shù)需要完成事件信息獲取以及驅(qū)動(dòng)層對(duì)應(yīng)用層的信息上報(bào)功能，通過INIT_WORK（&ts？》work， cypress_7958_work_func）函數(shù)完成驅(qū)動(dòng)工作區(qū)函數(shù)的初始化聲明，在驅(qū)動(dòng)事件中斷產(chǎn)生之后進(jìn)入工作區(qū)函數(shù)cypress_7958_work_func。

（1） 觸摸屏事件信息獲取

Cypress 7958的事件觸發(fā)信息存儲(chǔ)在寄存器中，只需要通過 i2c_smbus_read_byte_data函數(shù)對(duì)其寄存器信息進(jìn)行讀取即可完成其事件信息的獲取，也可以通過i2c_transfer完成對(duì)其寄存器信息的批量讀取：

buf［0］=i2c_smbus_read_byte_data（ts？》client， 0x12）;

buf［1］=i2c_smbus_read_byte_data（ts？》client， 0x13）;

buf［2］=i2c_smbus_read_byte_data（ts？》client， 0x14）;

buf［3］=i2c_smbus_read_byte_data（ts？》client， 0x15）;

buf［4］=i2c_smbus_read_byte_data（ts？》client， 0x16）;

buf［5］=i2c_smbus_read_byte_data（ts？》client， 0x17）;

buf［6］=i2c_smbus_read_byte_data（ts？》client， 0x18）;

buf［7］=i2c_smbus_read_byte_data（ts？》client， 0x19）;

buf［8］=i2c_smbus_read_byte_data（ts？》client， 0x1a）;

buf［9］=i2c_smbus_read_byte_data（ts？》client， 0x1b）;

buf［10］=i2c_smbus_read_byte_data（ts？》client， 0x1c）;

buf［11］=i2c_smbus_read_byte_data（ts？》client， 0x1d）;

buf［12］=i2c_smbus_read_byte_data（ts？》client， 0x1e）;

buf［13］=i2c_smbus_read_byte_data（ts？》client， 0x1f）;

（2） 觸摸屏事件信息上報(bào)

通過對(duì)buf數(shù)組的分析，獲取當(dāng)前事件具體信息，然后通過input_report系列函數(shù)進(jìn)行事件信息的應(yīng)用層上報(bào)：

if（fingermark==2）{

input_report_key（ts？》input_dev，ABS_MT_TRACKING_ID，0）;

input_report_abs（ts？》input_dev， ABS_MT_TOUCH_MAJOR， f1z）;

input_report_abs（ts？》input_dev， ABS_MT_POSITION_X， f1x）;

input_report_abs（ts？》input_dev， ABS_MT_POSITION_Y， f1y）;

input_mt_sync（ts？》input_dev）;

input_report_key（ts？》input_dev，ABS_MT_TRACKING_ID，1）;

input_report_abs（ts？》input_dev， ABS_MT_TOUCH_MAJOR， f2z）;

input_report_abs（ts？》input_dev， ABS_MT_POSITION_X， f2x）;

input_report_abs（ts？》input_dev， ABS_MT_POSITION_Y， f2y）;

input_mt_sync（ts？》input_dev）

input_sync（ts？》input_dev）;

}

else if（fingermark==1）{

input_report_key（ts？》input_dev，ABS_MT_TRACKING_ID，0）;

input_report_abs（ts？》input_dev， ABS_MT_TOUCH_MAJOR， f1z）;

input_report_abs（ts？》input_dev， ABS_MT_POSITION_X， f1x）;

input_report_abs（ts？》input_dev， ABS_MT_POSITION_Y， f1y）;

input_mt_sync（ts？》input_dev）;

input_sync（ts？》input_dev）;

}

else{

input_report_abs（ts？》input_dev， ABS_MT_TOUCH_MAJOR， 0）;

input_mt_sync（ts？》input_dev）;

input_sync（ts？》input_dev）;

}

2.3 Cypress 7958驅(qū)動(dòng)在內(nèi)核中的移植

通過改寫Makefile與KCONFIG完成Cypress 7985在內(nèi)核中的移植，以幫助GCC工具鏈實(shí)現(xiàn)對(duì)內(nèi)核的編譯。

2.3.1 Kconfig的修改

在/driver/input/touchscreen/Kconfig中添加如下語句：

config TOUCHSCREEN_CYPRESS

tristate “CYPRESS 7958 touchscreens”

help

Say Y here if you have a CYPRESS 7958 touchscreen connected to your system.

If unsure， say N.

以實(shí)現(xiàn)將文件編譯選項(xiàng)添加到MAKE MENUCONFIG中。由于觸摸屏驅(qū)動(dòng)屬于系統(tǒng)基本輸入設(shè)備驅(qū)動(dòng)，本身調(diào)用了I/O中斷，不能實(shí)現(xiàn)模塊編譯，只能完全編譯進(jìn)內(nèi)核。在后續(xù)的研發(fā)中發(fā)現(xiàn)可以使用時(shí)鐘中斷將其模塊化編譯進(jìn)內(nèi)核，但由于時(shí)鐘中斷影響UCLINUX時(shí)間片的運(yùn)行，故棄之不用。

2.3.2 Makefile的修改

然后在/driver/input/touchscreen/Makefile中添加對(duì)應(yīng)編譯信息：

obj？$（CONFIG_TOUCHSCREEN_CYPRESS） +=touchscreen_cypress.o

最終在編譯選項(xiàng)中將/MAKEFILE中的ARCH選項(xiàng)設(shè)置為S3C6410，在make menuconfig命令之后的選項(xiàng)中選擇TOUCHSREEN_CYPRESS選項(xiàng)并選擇編譯進(jìn)內(nèi)核。

結(jié)語

本設(shè)計(jì)以I2C方式對(duì)多點(diǎn)觸摸屏進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，通過嵌入式Linux將多點(diǎn)觸摸輸入方式應(yīng)用到嵌入式應(yīng)用系統(tǒng)中，豐富了單一的鍵盤輸入與單點(diǎn)輸入方式， 減小了系統(tǒng)尺寸，提高了系統(tǒng)的可靠性。使得嵌入式系統(tǒng)的輸入方式簡(jiǎn)單易行，同時(shí)也增強(qiáng)了嵌入式系統(tǒng)與人之間的通信能力，簡(jiǎn)化了繁瑣的調(diào)試。采用三星公司的S3C6410 ARM11處理器，加快了實(shí)驗(yàn)的操作步驟。實(shí)踐證明，該設(shè)計(jì)驅(qū)動(dòng)多點(diǎn)觸摸屏幕的速度以及穩(wěn)定性滿足調(diào)試要求。該設(shè)計(jì)只需對(duì)底層驅(qū)動(dòng)進(jìn)行簡(jiǎn)單修改，就可直接應(yīng)用于單片機(jī)以及其他全部可以運(yùn)行Linux的嵌入式系統(tǒng)中。