基于MeeGo的電容式觸摸屏驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)

摘要：隨著人們對(duì)操控要求的不斷提高，電容觸摸屏因?yàn)槟苤С侄帱c(diǎn)觸摸而得到廣泛使用。本文基于Nokia和Intel公司合作開(kāi)發(fā)的開(kāi)源操作系統(tǒng)MeeGo，采用基于內(nèi)核對(duì)象的Linux輸入子系統(tǒng)來(lái)設(shè)計(jì)觸摸屏的驅(qū)動(dòng)。該方案極大地方便了觸摸屏的驅(qū)動(dòng)開(kāi)發(fā)，可應(yīng)用在車載娛樂(lè)、上網(wǎng)本、智能手機(jī)等電子產(chǎn)品上。

關(guān)鍵詞：MecGo；電容式觸摸屏；輸入子系統(tǒng)；驅(qū)動(dòng)程序；多點(diǎn)觸摸

引言

隨著人們對(duì)操控要求的不斷提高，市場(chǎng)上出現(xiàn)了越來(lái)越多的高端手機(jī)、平板電腦，這些產(chǎn)品共同的特點(diǎn)就是給人們提供了非常便利的操控方式，尤其是電容觸摸屏的使用，它能很好地實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)觸控功能。多點(diǎn)觸控技術(shù)是當(dāng)今炙手可熱的技術(shù)，它讓人們的生活方式得到了前所未有的改變。電容觸摸屏已經(jīng)成為高端手機(jī)的標(biāo)配，如蘋果的iPhone以及HTC Motorola的一些高端手機(jī)，雖然目前電容屏的價(jià)格較貴，但隨著工藝的提高，其價(jià)格必定會(huì)下降，再加上其給用戶帶來(lái)的豐富體驗(yàn)，電容觸摸屏的使用必將越來(lái)越廣泛。MeeGo是Intel和Nokia公司合作開(kāi)發(fā)的開(kāi)源操作系統(tǒng)，基于Linux內(nèi)核，其良好的開(kāi)源性為驅(qū)動(dòng)程序的開(kāi)發(fā)提供了很好的基礎(chǔ)條件。本設(shè)計(jì)在MeeGo1．1版本下，并基于Linux 2．6．35內(nèi)核來(lái)討論實(shí)現(xiàn)電容式觸摸屏的驅(qū)動(dòng)開(kāi)發(fā)技術(shù)。

1 電容觸摸屏原理

電容式觸摸屏是利用人體的電流感應(yīng)工作的，分為表面電容式和投射電容式，前者不能識(shí)別多點(diǎn)，后者可以識(shí)別多點(diǎn)，因此設(shè)計(jì)采用投射電容式觸摸屏。投射電容式觸摸屏是傳感器利用觸摸屏電極發(fā)射出靜電場(chǎng)線而工作的，分為交互電容和自我電容。設(shè)計(jì)采用的是交互電容式觸摸屏。它是在玻璃表面用ITO(氧化銦錫)制作橫向與縱向的電極，兩組電極交叉之處將會(huì)形成電容，即這兩組電極分別構(gòu)成了電容的兩極。

當(dāng)電容屏被手指觸摸時(shí)，手指就會(huì)吸收一個(gè)很小的電流，從而改變了觸摸點(diǎn)附近電極之間的藕合，這就會(huì)改變這兩個(gè)電極之間的電容量。檢測(cè)投射式電容屏大小時(shí)，橫向的電極依次發(fā)射信號(hào)，縱向的所有電極同時(shí)接收信號(hào)，這樣就能得到兩電極交匯點(diǎn)的電容值大小，也就是整個(gè)觸摸屏平面的電容大小?？梢該?jù)此算出每一個(gè)觸摸點(diǎn)的坐標(biāo)，圖1為投射式電容屏的等效電路示意圖。

2 Linux輸入子系統(tǒng)

Linux輸入子系統(tǒng)(以下簡(jiǎn)稱輸入子系統(tǒng))是基于內(nèi)核對(duì)象kobject實(shí)現(xiàn)的，應(yīng)用于Linux 2．6．35內(nèi)核中。憑借該機(jī)制內(nèi)核通過(guò)輸入子系統(tǒng)向用戶空間輸出設(shè)備的各類消息，方便了對(duì)設(shè)備的管理。輸入子系統(tǒng)由系統(tǒng)核心層、驅(qū)動(dòng)層和事件處理層三部分組成。一個(gè)輸入事件如鼠標(biāo)移動(dòng)、鍵盤按鍵按下等操作通過(guò)驅(qū)動(dòng)層、系統(tǒng)核心層、事件處理層到達(dá)用戶空間，傳給應(yīng)用程序。

這樣在設(shè)計(jì)驅(qū)動(dòng)程序時(shí)只需要考慮驅(qū)動(dòng)層的實(shí)現(xiàn)就可以了，減少了工作量，降低了設(shè)計(jì)難度。另外基于子系統(tǒng)的設(shè)計(jì)提高了驅(qū)動(dòng)程序的可移植性和可適應(yīng)性，因?yàn)榛谧酉到y(tǒng)的驅(qū)動(dòng)程序設(shè)計(jì)不用考慮向上層報(bào)告輸入設(shè)備的接口沒(méi)計(jì)，此工作由輸入子系統(tǒng)來(lái)完成，而輸入子系統(tǒng)對(duì)上層的接口具有通用性，可以使驅(qū)動(dòng)程序的使用范圍得到擴(kuò)展。圖2是Linux輸入子系統(tǒng)的框架圖。

3 觸摸屏驅(qū)動(dòng)程序設(shè)計(jì)

3．1 觸摸屏驅(qū)動(dòng)工作原理

本設(shè)計(jì)重在提出觸摸屏驅(qū)動(dòng)的整體設(shè)計(jì)方案，該設(shè)計(jì)流程也適用于其他觸摸屏驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)。此設(shè)計(jì)可以采用SPI總線作為觸摸屏和處理器的接口，硬件連接示意圖如圖3所示。TOUCH SCREEN是電容式觸摸屏，可采用FT5201電容式全屏觸摸芯片，INT是中斷引腳，當(dāng)觸摸屏被觸摸時(shí)，通過(guò)INT引腳觸發(fā)中斷處理程序，CPU可采用Intel公司的Atom D510處理器。

SPI總線是一種高速的、全雙工、同步的通信總線，以主從方式工作，有4根線分別是SDI(數(shù)據(jù)輸入)、SDO(數(shù)據(jù)輸出)、CLK(時(shí)鐘)、CS(片選)。SPI總線為了與外設(shè)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，其輸出串行同步時(shí)鐘相位和極性可以根據(jù)外設(shè)工作要求進(jìn)行配置。時(shí)鐘相位(CPHA)能夠配置用于選擇兩種不同的傳輸協(xié)議之一進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。如果CPHA=0，在串行同步時(shí)鐘的第一個(gè)跳變沿(上升或下降)數(shù)據(jù)被采樣；如果CPHA=1，在串行同步時(shí)鐘的第二個(gè)跳變沿(上升或下降)數(shù)據(jù)被采樣。時(shí)鐘極性(CPOL)對(duì)傳輸協(xié)議沒(méi)有重大的影響，如果CPOL=0，串行同步時(shí)鐘的空閑狀態(tài)為低電平；如果CPOL=1，串行同步時(shí)鐘的空閑狀態(tài)為高電平。

3．2 驅(qū)動(dòng)程序軟件設(shè)計(jì)

依托Linux輸入子系統(tǒng)架構(gòu)，驅(qū)動(dòng)程序的設(shè)計(jì)需要完成以下工作。

(1)分配、注冊(cè)、注銷input設(shè)備

各個(gè)接口函數(shù)如下：

◆分配函數(shù)為struct input_dev*input_allocate_device(void)；

◆注冊(cè)函數(shù)為int input_register_device(struct input_dev*devr)；

◆注銷函數(shù)為void input_unregister_device(struct input_dev*dev)。

(2)設(shè)置input設(shè)備支持的事件類型

通過(guò)set_bit()告訴所支持的事件類型，觸摸屏的事件類型代碼為EV_ABS(0x03)。

(3)電容觸摸屏參數(shù)設(shè)置

由input_set_abs_params()函數(shù)完成，代碼如下：

input_set_abs_params(input，ABS_X，0，960，0，0)；

／／屏幕分辨率為960×640

Input_set_abs_params(input，ABS_Y，0．640，0，0)；

／／X坐標(biāo)范圍0～960

Input_set_abs_params(input，ABS_MAJOR，0，255，0，0)；

／／Y坐標(biāo)范圍0～640

(4)上報(bào)輸入事件

觸摸屏被觸摸感應(yīng)時(shí)，通過(guò)input_report_abs()函數(shù)上報(bào)發(fā)生的事件及坐標(biāo)值。

3．3 驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)的主要函數(shù)

(1)void spi_init()函數(shù)

在該函數(shù)中通過(guò)spi_register_driver(strcut spi_driver*drv)來(lái)注冊(cè)觸摸屏SPI接口。

(2)Touch_probe()函數(shù)

在這個(gè)函數(shù)中，會(huì)對(duì)SPI總線的相關(guān)參數(shù)進(jìn)行配置，并注冊(cè)open()和close()函數(shù)。調(diào)用input_dev*input_allocate_device(void)進(jìn)行輸入設(shè)備分配；調(diào)用set_bit(EV_ABS，input_evbit)來(lái)設(shè)置觸摸屏事件；調(diào)用input_set_params()設(shè)置坐標(biāo)范圍及接觸點(diǎn)主軸長(zhǎng)度范圍；最后調(diào)用input_register_device(struct input_dev*dev)把觸摸屏注冊(cè)為輸入子系統(tǒng)設(shè)備。

(3)觸摸屏中斷注冊(cè)及中斷處理函數(shù)

request_irq(TOUCH IRQ，Touch interrupt，0，“touch”，NULL)為中斷函數(shù)注冊(cè)，其中Touch_interrupt是中斷處理函數(shù)。當(dāng)觸摸屏有感應(yīng)時(shí)將拉低INT引腳，此時(shí)便觸發(fā)中斷處理函數(shù)Touch_interrupt。該中斷函數(shù)調(diào)用intput_report_abs()將采集到的坐標(biāo)數(shù)據(jù)上報(bào)給輸入子系統(tǒng)，當(dāng)為單點(diǎn)觸摸時(shí)，上報(bào)該觸點(diǎn)；當(dāng)為多點(diǎn)觸摸時(shí)，依次將每個(gè)點(diǎn)的坐標(biāo)上報(bào)。這里為了消除抖動(dòng)帶來(lái)的誤操作，在中斷處理程序中啟用了一個(gè)定時(shí)器init_timer()，進(jìn)入中斷后將延時(shí)5 ms，然后才對(duì)數(shù)據(jù)讀取。

3．4 數(shù)據(jù)的處理

電容式觸摸屏支持多點(diǎn)識(shí)別，所以必須要處理好多點(diǎn)數(shù)據(jù)的采集，為此將采集到的數(shù)據(jù)放到事先分配好的緩存read_data[]中。該緩存存有觸點(diǎn)的個(gè)數(shù)以及各個(gè)觸點(diǎn)的坐標(biāo)值，為了保證每一點(diǎn)的準(zhǔn)確性和完整性，需要用內(nèi)核函數(shù)input_mt_sync()進(jìn)行同步。具體的讀取代碼如下：

結(jié)語(yǔ)

多點(diǎn)觸控技術(shù)的使用將成為這個(gè)時(shí)代的標(biāo)志。本文基于MecGo平臺(tái)，對(duì)電容屏的原理及驅(qū)動(dòng)開(kāi)發(fā)進(jìn)行了詳細(xì)的分析討論，并基于Linux輸入子系統(tǒng)的框架開(kāi)發(fā)驅(qū)動(dòng)，減少了驅(qū)動(dòng)開(kāi)發(fā)的工作量，提高了程序的可移植性。在此驅(qū)動(dòng)基礎(chǔ)上，并結(jié)合MeeGo提供的多點(diǎn)觸摸界面框架(MeeGo Touch UI Framework，MTF)，就可以實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)觸控的功能。