引言
觸摸屏作為一種輸入設(shè)備，具有堅(jiān)固耐用、反應(yīng)速度快、節(jié)省空間、易于交流等優(yōu)點(diǎn)，提供簡(jiǎn)單、方便、自然的人機(jī)交互方式，目前被廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制、電子查詢、消費(fèi)性電產(chǎn)品領(lǐng)域。
Linux作為是目前最流行的操作系統(tǒng)之一，在桌面系統(tǒng)、服務(wù)器領(lǐng)域有大量用戶，具有源代碼開放，支持的硬件豐富、高可移植等優(yōu)點(diǎn)，在嵌入式領(lǐng)域也備受青睞。Linux根據(jù)不同設(shè)備，將驅(qū)動(dòng)程序分為字符設(shè)備驅(qū)動(dòng)、塊設(shè)備驅(qū)動(dòng)、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備驅(qū)動(dòng)三種，Linux輸入子系統(tǒng)u是對(duì)字符類型輸入設(shè)備驅(qū)動(dòng)實(shí)現(xiàn)方式的抽象，是對(duì)分散的、多種不同類別的輸入設(shè)備進(jìn)行統(tǒng)一處理的內(nèi)核驅(qū)動(dòng)模型。輸入子系統(tǒng)具高效、無Bug和可重用等優(yōu)點(diǎn)。本文對(duì)基于Linux輸入子系統(tǒng)的觸摸屏驅(qū)動(dòng)進(jìn)行深入的討論。
1 硬件平臺(tái)
S3C2440是三星公司推出的采用ARM920t內(nèi)核的MCU，集成了豐富的外圍設(shè)備，其中包括4線電阻式觸摸屏控制器和8通道多路復(fù)用ADC。
觸摸屏由觸摸檢測(cè)部件和觸摸屏控制器構(gòu)成，對(duì)應(yīng)S3C2440平臺(tái)的四線電阻觸摸屏的外接電路和S3C2440芯片自帶的A/D轉(zhuǎn)換控制部分。四線電阻觸摸屏的外接電路控制上下兩層導(dǎo)電層的通斷情況以及如何取電壓，取電壓之后由S3C2440芯片中的A/D將模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量。S3C2440芯片的A/D轉(zhuǎn)換器有8個(gè)輸入通道，轉(zhuǎn)換結(jié)果為10bit數(shù)字，轉(zhuǎn)換過程在芯片內(nèi)部自動(dòng)實(shí)現(xiàn)，轉(zhuǎn)換的結(jié)果從寄存器中取值，再進(jìn)行一定的轉(zhuǎn)后可直接得到觸摸點(diǎn)的坐標(biāo)。S3C2440提供的ADC和觸摸屏接口如圖1所示，觸摸屏直接與引腳XP，XM,YP和YM連接，對(duì)觸摸屏兩個(gè)導(dǎo)電層的通斷通過XP,XM,YP和YM4個(gè)引腳控制。通過讀寫指定的特殊寄存器，S3C2440的觸摸屏控制器將自動(dòng)控制觸摸屏接口打開或關(guān)閉，按指定操作模式完成觸點(diǎn)數(shù)據(jù)的采集。
圖1 S3C2440ADC和觸摸屏接口結(jié)構(gòu)
2 輸入子系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)介
設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序在Linux內(nèi)核中占很重要地位，設(shè)備驅(qū)動(dòng)以內(nèi)核模塊方式實(shí)現(xiàn)，可動(dòng)態(tài)加載和卸載。Linux設(shè)備驅(qū)動(dòng)的實(shí)現(xiàn)只需根據(jù)內(nèi)核提供的一組相關(guān)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和驅(qū)動(dòng)接口標(biāo)準(zhǔn)，完成關(guān)鍵數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)初始化和回調(diào)函數(shù)的編寫。對(duì)字符設(shè)備驅(qū)動(dòng)內(nèi)核提供cdev數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和file_operations結(jié)構(gòu)體及操作方法，實(shí)現(xiàn)字符設(shè)備驅(qū)動(dòng)只需完成cdev的初始化、file_operations中操作函數(shù)的實(shí)現(xiàn)并向內(nèi)核注冊(cè)。
Linux輸入子系統(tǒng)是對(duì)物理形態(tài)各異的功能相似的輸入設(shè)備的抽象，是內(nèi)核中字符設(shè)備驅(qū)動(dòng)接口的封裝。輸入子系統(tǒng)由設(shè)備驅(qū)動(dòng)層、核心層和事件處理層構(gòu)成。設(shè)備驅(qū)動(dòng)層提供對(duì)硬件各寄存器的讀寫訪問和將底層硬件對(duì)用戶輸入訪問的響應(yīng)轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)的輸入事件，通過核心層提交給事件處理層；核心層對(duì)設(shè)備驅(qū)動(dòng)層提供編程接口，對(duì)事件處理層的也提供編程接口；事件處理層為用戶空間的應(yīng)用程序提供了統(tǒng)一訪問設(shè)備的接口和驅(qū)動(dòng)層提交來的事件處理?；谳斎胱酉到y(tǒng)設(shè)計(jì)驅(qū)動(dòng)時(shí)要實(shí)現(xiàn)設(shè)備驅(qū)動(dòng)層的驅(qū)動(dòng)和事件處理層的驅(qū)動(dòng)，而輸入子系統(tǒng)在事件處理層為觸摸屏提供標(biāo)準(zhǔn)的事件接口，所以只要須完成設(shè)備驅(qū)動(dòng)層的驅(qū)動(dòng)，即硬件寄存器的操作和提交輸入事件信息?；谳斎胱酉到y(tǒng)的設(shè)備驅(qū)動(dòng)層驅(qū)動(dòng)的實(shí)現(xiàn)過程如下：
1）驅(qū)動(dòng)模塊加載函數(shù)中設(shè)置輸入設(shè)備支持輸入子系統(tǒng)的事件；Linux內(nèi)核用input_dev代表一個(gè)輸入設(shè)備，對(duì)于觸摸屏通過對(duì)input_dev實(shí)例的evbit[0]的設(shè)置來支持同步（EN_SYN）、按鍵（EN_KEY）和絕對(duì)坐標(biāo)（EV_ABS）事件。
2）通過內(nèi)核提供的input_register_device0函數(shù)向輸入子系統(tǒng)注冊(cè)輸入設(shè)備。
3）輸入設(shè)備發(fā)生輸入操作時(shí)提交所發(fā)生的事件及對(duì)應(yīng)鍵值或坐標(biāo)等狀態(tài)信息。觸摸屏使用輸入子系統(tǒng)提供的通用輸入事件驅(qū)動(dòng)程序Evdev，將事件信息打包成Input_event類型進(jìn)行報(bào)告。
3 Linux觸摸屏驅(qū)動(dòng)的實(shí)現(xiàn)
3.1 觸摸屏觸點(diǎn)數(shù)據(jù)采集
S3C2440觸摸屏控制器有四種工作模式，通過讀寫ADCTSC、ADCDA、ADCDATl和ADCDLY寄存器完成觸摸屏控制器工作模式的選擇和觸摸屏觸點(diǎn)數(shù)據(jù)采集。由于觸摸動(dòng)作時(shí)間的隨機(jī)性，驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)時(shí)選擇中斷工作方式。設(shè)置ADCTSC寄存器為0xD3使觸摸屏控制器進(jìn)入等待中斷模式，設(shè)置ADCDLY采樣延遲時(shí)間。當(dāng)觸摸屏被按下，觸摸屏控制器將產(chǎn)生INT_TC中斷：在ⅡTC中斷處理程序中，設(shè)置ADCTSC寄存器為0x0C，觸摸屏控制器切換為自動(dòng)X/Y坐標(biāo)轉(zhuǎn)換模式，將自動(dòng)轉(zhuǎn)換觸點(diǎn)對(duì)應(yīng)的x,y坐標(biāo)值，并分別寫入ADCDAT0寄存器和ADCDTA1寄存器，發(fā)出INTADC中斷表示ADC轉(zhuǎn)換完成；進(jìn)入INT_ADC中斷處理程序讀取ADCDAT0寄存器和ADCDTA1寄存器中坐標(biāo)數(shù)據(jù)并進(jìn)行相應(yīng)轉(zhuǎn)換，數(shù)據(jù)采集后重新設(shè)置ADCTSC寄存器為0xD3使觸摸屏控制器進(jìn)入等待中斷模式，等待觸摸屏被按下。
3.2 驅(qū)動(dòng)初始化模塊
Linux驅(qū)動(dòng)程序以內(nèi)核模塊方式加載運(yùn)行。實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)加載函數(shù)s3c2440ts_init（）并通過module_init（s3c2440ts_init）向內(nèi)核注冊(cè)。在驅(qū)動(dòng)加載函數(shù)主要完成：?jiǎn)⒂肁DC所需要的時(shí)鐘、映射10地址、初始化ADC和觸摸屏控制器相關(guān)的寄存器、申請(qǐng)INT_TS和INT_ADC中斷、初始化輸入設(shè)備、將輸入設(shè)備注冊(cè)到輸入子系統(tǒng)。關(guān)鍵代碼如下：
3.3 中斷處理程序及事件報(bào)告
用戶對(duì)觸摸屏進(jìn)行按下、抬起和拖動(dòng)等操作時(shí)，觸發(fā)中斷INT_TS，內(nèi)核進(jìn)入到中斷處理函數(shù)tc_irq0進(jìn)行中斷處理。tcirq0中，通過ADC—LOCK鎖機(jī)制保證只有一個(gè)驅(qū)動(dòng)程序使用ADC的中斷線，通過讀取ADCDAT0和ADCDAT1寄存器，判斷觸摸操作的狀態(tài)，觸摸筆按下時(shí)調(diào)用ts_timer_fireO進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換。當(dāng)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換完成時(shí)產(chǎn)進(jìn)INT_ADC中斷，內(nèi)核進(jìn)入中斷處理函數(shù)adc—irqO，adc_irq（）完成觸點(diǎn)信息采集并調(diào)用ts_timer_fire（）進(jìn)行事件報(bào)告。事件報(bào)告流程如圖2所示。
圖2 事件報(bào)告流程
ts_timer_fire0是主要完成觸點(diǎn)坐標(biāo)信息向應(yīng)用層報(bào)告。updown、count為靜態(tài)全局變量，updown觸點(diǎn)狀態(tài)，count代表1個(gè)jiffies時(shí)間內(nèi)ADC轉(zhuǎn)換的次數(shù)，count為0，設(shè)置自動(dòng)X/Y軸坐標(biāo)轉(zhuǎn)換模式，轉(zhuǎn)換完成后產(chǎn)生相應(yīng)的INT_ADC中斷通知轉(zhuǎn)換完畢。count不為0，input_report_abs（）函數(shù)向輸入子系統(tǒng)報(bào)告X，Y絕對(duì)坐標(biāo)事件，inputreport_key（）觸摸屏對(duì)應(yīng)按鍵被按下事件，輸入子系統(tǒng)使用inputsync（）將報(bào)告的事件組成一個(gè)evdev包，通過/dev/input/eventX發(fā)送出去，應(yīng)用程序通過讀取/dev/input/eventX即可獲得事件信息。關(guān)鍵代碼如下：
4 結(jié)論
隨著信息技術(shù)的快速發(fā)展，嵌入式技術(shù)與人們的生活越來越緊密，觸摸屏作為一種新型輸入設(shè)備因具有輕便、占用空間少、方便靈活等優(yōu)點(diǎn)，應(yīng)用逐漸普及，甚至在工業(yè)領(lǐng)域也得到了大量的應(yīng)用，提高了我國(guó)工控自動(dòng)化的水平。要充分發(fā)揮觸摸屏的優(yōu)點(diǎn)，嵌入式中驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)至關(guān)重要。嵌入式Linux中基于輸入子系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)觸摸屏驅(qū)動(dòng)時(shí)，利用了Linux輸入子系統(tǒng)提供標(biāo)準(zhǔn)事件接口，簡(jiǎn)化了驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)，驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)的重點(diǎn)變成了觸摸屏控制器相關(guān)的硬件操作及功能實(shí)現(xiàn)，充分體現(xiàn)Linux內(nèi)核代碼的高可重性，對(duì)其他類型輸入設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序的設(shè)計(jì)有一定參考作用。
