測控系統(tǒng)中觸摸屏驅動的研發(fā)

1 引言

　　21世紀計算機邁入新的充滿機遇的后PC時代，人們越來越多地接觸到嵌入式這個概念。S3c2410是韓國三星公司生產的基于ARM公司16/32位微控制器ARM920T內核的RISC微處理器，主頻最高可達到203MHZ[1]。S3c2410以其卓越的性能和良好的擴展性為手持設備和一般類型應用提供了低價格、低功耗、高性能的小型嵌入式微控制器的解決方案，從而可以應用于智能手機、數碼相機、信息家電、PDA、移動終端、GPS等領域。Linux操作系統(tǒng)有成本低廉、支持多硬件平臺、源代碼開放、可訂制內核、性能優(yōu)異、有良好的網絡支持等優(yōu)勢。Linux遵守GPL協(xié)議，可以在GNU精神下任意修改和裁減其內核，并且使用了眾多的GNU開源軟件，從而降低了項目的開發(fā)成本。嵌入式Linux繼承了Linux的全部優(yōu)點，成為在嵌入式開發(fā)中最常被應用的操作系統(tǒng)之一。觸摸屏由于其操作簡單、方便靈活、便于攜帶、占用空間小、友好的操作界面，逐漸取代鍵盤和普通顯示器，成為新的人機交流的平臺。本文里將討論在S3c2410平臺條件下，觸摸屏在Linux操作系統(tǒng)中，驅動程序的研究與開發(fā)。

２硬件系統(tǒng)組成

２.１觸摸屏原理

　　本文采用四線電阻式觸摸屏，這種觸摸屏利用壓力感應進行控制。電阻觸摸屏的主要部分是一塊與顯示器表面非常配合的電阻薄膜屏，這是一種多層的復合薄膜，它以一層玻璃或硬塑料平板作為基層，表面涂有一層透明氧化金屬（透明的導電電阻）導電層，上面再蓋有一層外表面硬化處理、光滑防擦的塑料層、它的內表面也涂有一層涂層、在他們之間有許多細小的（小于1/1000英寸）的透明隔離點把兩層導電層隔開絕緣。當手指觸摸屏幕時，兩層導電層在觸摸點位置就有了接觸，電阻發(fā)生變化，在X和Y兩個方向上產生信號，然后送觸摸屏控制器?？刂破鱾蓽y到這一接觸并計算出X和Y的位置，再根據模擬鼠標的方式運作。這就是電阻技術觸摸屏的最基本的原理[2]。四線電阻模擬量技術的兩層透明金屬層工作時每層均增加5V恒定電壓：一個豎直方向，一個水平方向?？偣残杷母娎|。四線電阻觸摸屏具有高解析度，高速傳輸反應，表面硬度處理，減少擦傷、刮傷及防化學處理，具有光面及霧面處理，一次校正，穩(wěn)定性高，永不漂移的特點[3]。

２.２S3c2410芯片介紹

　　S3c2410是Samsung公司開發(fā)的16/32位微處理器。S3c2410采用了ARM920T的內核，主頻最靠可達203MHZ，它為開發(fā)者提供了豐富的內部設備(見圖1)：分開的16KB的指令Cache和16KB數據Cache，MMU虛擬存儲器管理，LCD控制器（支持STN&TFT），支持Nand Flash系統(tǒng)引導，系統(tǒng)管理器（片選邏輯和SDRAM控制器），3通道UART，4通道DMA，4通道PWM定時器，I/O端口，RTC，8通道10位ADC和觸摸屏接口，IIC-BUS接口，USB主機，USB設備，SD主卡—MMC卡接口，2通道的SPI以及內部PLL時鐘倍頻器[4]。

圖1 S3C2410系統(tǒng)框架

２.３S3c2410觸摸屏控制器[!--empirenews.page--]

　　S3C2410具有8通道模擬輸入的10位CMOS模數轉換器（ADC）。它將輸入的模擬信號轉換為10位的二進制數字代碼。在2.5MHz的A/D轉換器時鐘下，最大轉化速率可達到500KSPS。A/D轉換器支持片上采樣和保持功能，并支持掉電模式。S3C2410的AIN[7]和AIN[5]用于連接觸摸屏的模擬信號輸入。觸摸屏接口電路一般由觸摸屏，4個外部晶體管和一個外部電壓源組成。觸摸屏接口的控制和選擇信號(nYPON，YMON，nXPON和XMON) 連接切換X坐標和Y坐標轉換的外部晶體管。模擬輸入引腳(AIN[7]，AIN[5])則連接到觸摸屏引腳[5]。觸摸屏控制接口包括一個外部晶體管控制邏輯和具有中斷產生邏輯的ADC接口邏輯（見圖2）。

２.４觸摸屏接口工作模式

２.４.１普通轉換模式

　　普通轉換模式是用作一般目的下的ADC轉換。這個模式可以通過設置ADCCON和ADCTSC來進行對AD轉換的初始化；而后讀取ADCDAT0的XPDATA域的值來完成轉換。

２.４.２獨立的X/Y軸的坐標轉換模式

　　獨立的X/Y軸坐標轉換模式可以分為兩個轉換步驟：X軸坐標轉換和Y軸坐標轉換，這兩個過程是各自獨立完成的。

２.４.３連續(xù)X/Y軸坐標轉換模式

　　觸摸屏控制器將自動地切換X軸坐標和Y軸坐標并讀取兩個坐標軸方向上的坐標。

２.４.４中斷模式

　　靜態(tài)模式實際上是在等待觸摸筆的點擊。在觸摸筆點擊到觸摸屏上時，控制器產生中斷信號。中斷產生后，就可以通過設置適當的轉換模式來讀取X和Y的位置。

２.４.５靜態(tài)（Standby）模式

　　當ADCCON寄存器的STDBM位被設為1時，Standby模式被激活。在該模式下，A/D轉換操作停止，ADCDAT0寄存器的XPDATA域和ADCDAT1寄存器的YPDATA域保持著先前轉換所得的值。

圖2 S3c2410與四線電阻式觸摸屏連接電路原理圖

３Linux系統(tǒng)中觸摸屏驅動程序的實現(xiàn)

　　Linux操作系統(tǒng)將硬件設備作為一般文件，我們可以通過訪問設備文件來訪問我們所要使用的設備。在Linux操作系統(tǒng)中，設備文件分字符設備和塊設備，觸摸屏屬于字符設備[6]。字符設備是指在I/O傳輸過程中以字符為單位進行傳輸的設備，當一臺字符型設備在硬件上與主機相連之后，必須為這臺設備創(chuàng)建字符特別文件。設備與驅動程序的通信方式依賴于硬件接口。當設備上的數據傳輸完成時，硬件通過總線發(fā)出中斷信號導致系統(tǒng)執(zhí)行一個中斷處理程序。中斷處理程序與設備驅動程序協(xié)同工作完成數據傳輸的底層控制[7]。

３.１屏驅動模塊的初始化

　　S3c2410觸摸屏驅動模塊的加載和卸載是通過加載函module_init(s3c2410_ts_init)和卸載函數module_exit(s3c2410_ts_exit)來實現(xiàn)。

主要的觸摸屏模塊初始化程序如下：[!--empirenews.page--]
Ret=register_chrdev (0, DEVICE_NAME, &s3c2410_fops);
//調用register_chrdev()，向系統(tǒng)申請，系統(tǒng)為驅動程序動態(tài)的分配一個主設備號
set_GPIO_mode (GPIO106_nYPON_MD);
set_GPIO_mode (GPIO105_YMON_MD);
set_GPIO_mode (GPIO104_nXPON_MD);
set_GPIO_mode (GPIO103_XMON_MD);
//設置IO端口為XP，YM，YP和YM
ret=request_irq (IRQ_ADC_DONE, s3c2410_isr_adc, SA_INTERRUPT, DEVICE_NAME, s3c2410_isr_adc);
//設置了IRQ_ADC_DONE中斷，按下觸摸屏時觸發(fā)，中斷處理函數為s3c2410_isr_adc
ret=request_irq (IRQ_TC, s3c2410_isr_tc, SA_INTERRUPT, DEVICE_NAME, s3c2410_isr_tc);
//設置了IRQ_TC中斷，松開觸摸屏時觸發(fā)，中斷處理函數為s3c2410_isr_tc
devfs_tsraw=devfs_register (devfs_ts_dir,”0raw”, DEVFS_FL_DEFAULT, tsMajor, TSRAW_MINOR, S_IFCHR|S_IRUSR|S_IWUSR, &s3c2410_fops, NULL);
//設備驅動程序的注冊
Static struck file operations s3c2410_fops=
{
owner::THIS_MODULE;
open::s3c2410_ts_open;
read: s3c2410_ts_read;
release: s3c2410_ts_release;
poll: s3c2410_ts_poll;
}
//對驅動程序與應用程序接口file operations結構的s3c2410_fops定義
static int s3c2410_ts_open (struck inode *inode, struct file *file)
{
tsdev.head=tsdev.tail=0;
tsdev.penStatus=PEN_UP;
#ifdef HOOK_FOR_DRAG
init_timer (&ts_timer); ts_timer.function=ts_timer_handler;
#endif
TsEvent=tsEvent_raw;
init_waitqueue_head (& (tsdev.wq));
MOD_INC_USE_COUNT;
return 0 ;}
//打開設備時對定時器進行初始化

３.２中斷處理函數

　　主要是分別在static void s3c2410_isr_adc(int irq,void *dev_id,struct pt_regs *reg)和static void s3c2410_isr_tc(int irq,void *dev_id,struct pt_regs *reg)調用s3c2410_get_XY()函數實現(xiàn)的。

３.３觸摸屏數據的讀取，處理與傳遞

　　觸摸操作時具有，PEN_UP, PEN_DOWN和PEN_SAMPLE三種工作狀態(tài)，當出現(xiàn)觸摸屏動作時，PEN_DOWN動作開始，并打開定時器，進行數據采集，最后得到LCD的坐標[8]，主要核心是得到坐標的函數static inline void s3c2410_get_XY(void)。

　　最終應用程序通過調用read()函數獲取觸摸屏的數據，并把數據傳遞給應用程序。
count=tsRead (&ts_ret);
if (count) copy_to_user (buffer,(char *)&te_ret,count);
//讀取觸摸屏數據，并傳向用戶

４結論

　　本文簡單的介紹了四線電阻式觸摸屏工作原理和S3c2410的內部組成，并且構建了S3c2410和四線電阻式觸摸屏的接口電路，開發(fā)了在Linux操作系統(tǒng)中的觸摸屏驅動程序，并使其成功應用于野外測量和檢測的工作中去，為野外檢測工作提供了，穩(wěn)定，高性能，便于攜帶的嵌入式平臺儀器。