基于嵌入式技術的智能儀器觸摸屏接口設計

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2 觸摸屏接口驅動程序

Linux驅動程序是系統(tǒng)內核的一部分， 它把軟件和硬件分離開來， 并向上提供應用程序訪問硬件的通信接口， 向下管理保護系統(tǒng)硬件。觸摸屏在Linux下被定義為字符設備， 其驅動主要完成觸點電壓的采集， 并向用戶空間傳遞X 坐標、Y坐標和筆動作（按下、抬起或拖拽） 數據。當觸筆按下時， ADS7843的11腳輸出低電平， 觸發(fā)PXA255通用IO口的12腳產生外部中斷， 開啟定時器， 實現觸摸屏的動作。觸摸屏的驅動流程如圖3所示。

圖3 觸摸屏驅動程序結構流程

2.1 驅動的編寫

觸摸屏驅動在Linux框架下屬于字符設備驅動。

驅動的入口函數為ads7843 _ ts_ init （ ） , 在該函數中，初始化I/O口， 注冊筆中斷和設備節(jié)點， 完成設備文件系統(tǒng)創(chuàng)建標準字符設備的初始化工作[ 8 - 10 ].觸摸屏設備操作的結構通過ads7843_ts_fop s定義。

　　STatic struct file_operatiONs ads7843_ts_fop s = {

　　read: ads7843_ts_read,

　　poll: ads7843_ts_poll,

　　ioctl: ads7843_ts_ioctl,

　　fasync: ads7843_ts_fasync,

　　open: ads7843_ts_open,

　　release: ads7843_ts_release,

　　};

這樣， 只需根據實際需要正確定義該結構中的幾個函數過程， 就可完成設備驅動的開發(fā)。

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當觸摸屏設備被打開時， 首先執(zhí)行到ads7843_ts_open （ ）函數， 并在該函數中， 初始化一個緩沖區(qū)， 用于存儲坐標數據。在觸摸屏被按下后， 系統(tǒng)首先觸發(fā)中斷， 在ads7843_ts_interrup t （ ）中斷程序中， 判斷in_timehandle全局變量的狀態(tài)， in_ timehandle在定時器函數中被改變， 也就是說進入中斷后， 先經過定時器延時20ms, 完成觸摸屏的軟件去抖， 再判斷觸摸屏是否被按下。然后通過read_xy （ ）函數分別切換至X和Y 通道， 完成觸點電壓的AD轉換， 并讀取12 位坐標值。

　　static void ads7843_ ts_ interrup t （ int IRq, void 3 dev_ id,

　　struct p t_regs3 regs）

　　{

　　sp in_lock_irq （&tsdevlock） ;

　　if （ in_timehandle > 0）

　　{

　　sp in_unlock_irq （&tsdevlock） ;

　　return;

　　}

　　disable_irq （ IRQ_GPIO_ADS7843） ;

　　ads7843_ts_starttimer （ ） ;

　　sp in_unlock_irq （&tsdevlock） ;

　　}

應用程序調用read （ ） 函數時， 進入驅動的ads7843_ts_read （ ）接口函數。在該接口函數中獲取采樣結果， 判斷是否要對坐標進行校準， 將最終結果寫入到緩沖區(qū)中， 并通過copy_to_user （ ）函數將其從內核空間復制到用戶空間， 以使應用程序能夠使用。在ads7843_ts_read （ ）函數中采用了非阻塞型操作， 使得在沒有數據到達的時候立即返回， 然后用異步觸發(fā)fasync （ ）來通知數據的到來。ads7843 _ ts_poll （ ）函數用于驅動程序的非阻塞操作， ads7843_ts_fasync （ ）函數用于驅動異步觸發(fā)。ads7843_ts_ioctl （ ）函數中， 提供了可從用戶態(tài)控制的參數， 如觸摸屏是否在驅動中校準、屏幕的最大最小坐標值等。ads7843_ts_release（ ）函數用來關閉觸摸屏設備。

2.2 觸摸屏的校準

在儀器開發(fā)過程中，觸摸屏作為輸入設備與LCD配合使用。為了能使從觸摸屏采樣得到坐標與屏幕的顯示坐標對應， 還需要做一個映射， 也就是要對觸摸屏進行校準。如圖4所示， 所用的觸摸屏和液晶屏都是標準的矩形， 只要安裝合理， 可以認為觸摸屏的X 方向坐標只與顯示屏X 方向相關， Y方向坐標只與顯示屏的Y方向相關。假設顯示屏的分辨率是W ×H, 顯示區(qū)域的左上角對應的觸摸屏采樣坐標是（ x1 , y1 ） ,右下角對應的坐標是（ x2 , y2 ） , 那么觸摸屏上任意一點采樣坐標（ x, y） 與顯示屏坐標（ xd , yd ） 的對應關系可以按照如下公式計算：

這樣， 在測得（ x1 , y1 ） 和（ x2 , y2 ） 點觸摸屏的采樣值后， 利用上述公式編制校準函數， 在觸摸屏工作的過程中， 計算出實際觸摸點對應的顯示坐標，完成觸摸屏的校準。

圖4　觸摸屏的校準

3 觸摸屏用戶應用程序

創(chuàng)建的Linux設備文件系統(tǒng)觸摸屏節(jié)點為/dev/ts.在應用程序中， 可以像打開文件一樣用open函數打開設備文件， 然后用read （ ）函數讀取由驅動傳遞到用戶空間的數據。儀器應用程序的開發(fā)采用MiniGU I進行， MiniGU I是由北京飛漫公司開發(fā)， 可應用于實時嵌入式系統(tǒng)中的輕量級圖形用戶界面支持系統(tǒng)。其函數接口與Windows SDK類似， 開發(fā)方便。

MiniGU I的輸入抽象層（ IAL: Input Abstract Layer）提供了對觸摸屏、鼠標等輸入設備的豐富支持， 并支持PXA255處理器平臺。只要經過簡單的設置就可以在應用程序中使用觸摸屏。配置安裝MiniGU I時， 使用22enable2px255bial項， 由于在安裝MiniGU I時采用了內嵌資源的靜態(tài)編譯方式， 所以在編譯之前， 需在MiniGU I的src / sysres/目錄下建立mgetc2pxa1c 文件，并在其中用下面語句設置系統(tǒng)參數， 將觸摸屏設為輸入設備。

static char * SYSTEM_VALUES[ ] = { " fbcon" ," PX255B" , " /dev/ ts" , " none" };

MiniGU I對觸摸屏輸入的處理方式如圖5 所示。