基于OMAP5912的手持多媒體終端的人機接口實現(xiàn)
[導讀]本文介紹了OMAP5912平臺下人機接口的驅(qū)動開發(fā)方法，完成后的驅(qū)動程序可在MontavistaLinux操作系統(tǒng)下正常運行，因而對于在此平臺下開發(fā)其他設備的驅(qū)動程序具有一定的啟發(fā)作用。OMAP開放式多媒體應用平臺也為今后系統(tǒng)的拓展預留了足夠的空間，相信該系統(tǒng)會具有巨大的市場潛力。
0引言
手持多媒體終端以其高滲透力的移動數(shù)字媒體方式、全新的業(yè)務理念和巨大的市場潛力而倍受關(guān)注，已成為世界各國廣播和電信產(chǎn)業(yè)積極研究和發(fā)展的重要領(lǐng)域。手持多媒體終端具有高集成度、低功耗以及使用靈活等優(yōu)點，故可廣泛運用于各種領(lǐng)域。手持多媒體終端對人機接口的設計也越來越人性化、多元化。本系統(tǒng)之所以選用OMAP5912微處理器，除了它具有低功耗、高性能的特性外，其豐富的外圈接口可提供對各種人機接口的支持，也是其重要因素之一。
1 LCD顯示設計
1.1接口框架
本終端設計中包含的人機接口為鍵盤、觸摸屏以及LCD顯示屏，圖1所示是其接口結(jié)構(gòu)框架。在下面的章節(jié)中將對各功能模塊分別進行介紹。
1.2 LCD控制器
本設計中的LCD控制器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖2所示。圖中，VSYNC信號是垂直同步信號(也稱幀同步信號)，用來指示新的一幀圖像的開始；HSYNC信號是水平同步信號(或行同步信號)，用來給出新的一行掃描信號的開始：Ac-bias為使能信號。本控制器中每行的點陣數(shù)和行數(shù)均可編程，并可分別由寄存器timing 0和timing 1來控制。本系統(tǒng)選用的TFT為samsung的LTV350QV_FOE，它采用320×240像素液晶輸出方式。
1.3 LCD的驅(qū)動實現(xiàn)
幀緩沖設備屬于字符設備，其目的是通過配置寄存器在一段制定的內(nèi)存與LCD間建立一個自動傳輸通道。這樣，任何程序只要修改這段內(nèi)存中的數(shù)據(jù)，就可改變LCD上的顯示內(nèi)容。幀緩沖設備驅(qū)動也采用“文件層-驅(qū)動層”的接口方式。
framebuffer驅(qū)動的最重要結(jié)構(gòu)體就是fb_info，它記錄了幀緩沖設備，即當前顯卡的全部信息，包括設備的參數(shù)、狀態(tài)以及操作函數(shù)指針等。每一個幀緩沖設備都必須對應一個這樣的結(jié)構(gòu)體。
幀緩沖設備對應的設備文件為／dev／fb*。如果系統(tǒng)有多個顯卡，Linux還可支持多個幀緩沖設備，最多可達32個，分別為／dev／fb0～／dev／fb31，而／dev／fb則為當前缺省的幀緩沖設備，通常指向／dev／fb0。當然，在嵌入式系統(tǒng)中，通常支持一個顯示設備就夠了。幀緩沖設備為標準字符設備，主設備號為29，次設備號為0到31，分別對應／dev／fb0～／dev／fb31。因此，顯示模塊加載過程中通常包含以下幾個步驟：
(1)分配dma地址；
(2)初始化結(jié)構(gòu)體；
(3)初始化硬件，配置相應寄存器；
(4)申請中斷；
(5)注冊frame buffer設備。
在文件層次上，Linux為其定義了讀操作、寫操作、映射操作、打開操作和關(guān)閉操作等，其定義代碼如下：
file_operations結(jié)構(gòu)中的open()和release()操作不需底層支持，而read、write接口和普通的字符驅(qū)動沒什么不同，只是讀寫的對象變?yōu)閒ramebuffer。是純粹的內(nèi)存操作。由于Linux工作在保護模式，每個應用程序都有自己的虛擬地址空間，而在應用程序中不能直接訪問物理緩沖區(qū)地址，為此，linux在文件操作file_operations結(jié)構(gòu)中提供了mmap函數(shù)，通?？蓪⑽募膬?nèi)容映射到用戶空間。而對于幀緩沖設備，則可通過映射操作將屏幕緩沖區(qū)的物理地址映射到用戶空間的一段虛擬地址中，之后，用戶就可通過讀寫這段虛擬地址來訪問屏幕緩沖區(qū)。實際上，使用幀緩沖設備的應用程序都是通過映射操作來顯示圖形。
2觸摸屏輸入設計
2.1觸摸屏芯片ADS7843
ADS7843是TI公司生產(chǎn)的四線電阻觸摸屏轉(zhuǎn)換接口芯片。它是一款具有同步串行接口的12位取樣模數(shù)轉(zhuǎn)換器。其中引腳X+、Y+、X-、Y-是轉(zhuǎn)換器模擬輸入端；DCLK是外部時鐘輸入；CS是片選端；DIN是串行輸入，控制數(shù)據(jù)可通過該引腳輸入；DOUT是串行數(shù)據(jù)輸出，可用于輸出轉(zhuǎn)換后的觸摸位置數(shù)據(jù)；IN3、IN4是輔助輸入；PENIRQ是PEN中斷引腳。
本設計主要通過MCSI接口來實現(xiàn)與ADS7843的命令、數(shù)據(jù)的串行輸入輸出，并通過KB.C引腳復用成GPIO，然后實現(xiàn)PENIRQ與BUSY信號的中斷觸發(fā)。圖3所示是ADS7843連接到OMAP5912的接口電路圖。
2.2觸摸屏驅(qū)動
由于本設計是由DSP側(cè)的MCSI接口來發(fā)送命令和讀取觸摸屏數(shù)據(jù)，而由ARM側(cè)的操作系統(tǒng)將數(shù)據(jù)傳遞至界面程序進行處理，所以，本驅(qū)動程序應用MAILBOX雙核通信來實現(xiàn)中間的傳遞。
ARM側(cè)的處理流程如下：
(1)ARM側(cè)的MAILBOX中斷；
(2)由MAILBOX中斷服務程序從數(shù)據(jù)寄存器DSP2ARM和命令寄存器DSP2ARM2B讀取X、Y，并將其封裝成觸摸屏返回結(jié)構(gòu)TS_RET，最后通過寫指針寫入隊列；
(3)由應用程序通過讀指針讀取數(shù)據(jù)并進行相應處理。
驅(qū)動程序中有下面兩個比較重要的結(jié)構(gòu)：
3鍵盤輸入設計
OMAP5912可以支持鍵盤專用的8×8 I／O接口以及KB.R[7：0]和KB.C[7：0]。其中KBR_LATCH為鍵盤行輸入，KBC_REG為鍵盤列輸出，通過對這兩個寄存器進行讀寫，可以進行行、列的掃描。本設計為了節(jié)省系統(tǒng)資源，提高使用效率，因而采用中斷和掃描相結(jié)合的方法來實現(xiàn)3×3鍵盤驅(qū)動。
當按鍵中斷產(chǎn)生時，為了消除抖動，先不判斷按鍵值，而是啟動定時器，并在定時器中斷中讀取鍵值。讀取鍵值的過程是首先判斷行線，然后通過列掃描碼來確定按鍵值。
下面給出的是鍵盤中斷服務程序：
定時器中斷服務程序如下：
下面是掃描程序：
4結(jié)束語
本文介紹了OMAP5912平臺下人機接口的驅(qū)動開發(fā)方法，完成后的驅(qū)動程序可在MontavistaLinux操作系統(tǒng)下正常運行，因而對于在此平臺下開發(fā)其他設備的驅(qū)動程序具有一定的啟發(fā)作用。OMAP開放式多媒體應用平臺也為今后系統(tǒng)的拓展預留了足夠的空間，相信該系統(tǒng)會具有巨大的市場潛力。
手持多媒體終端以其高滲透力的移動數(shù)字媒體方式、全新的業(yè)務理念和巨大的市場潛力而倍受關(guān)注，已成為世界各國廣播和電信產(chǎn)業(yè)積極研究和發(fā)展的重要領(lǐng)域。手持多媒體終端具有高集成度、低功耗以及使用靈活等優(yōu)點，故可廣泛運用于各種領(lǐng)域。手持多媒體終端對人機接口的設計也越來越人性化、多元化。本系統(tǒng)之所以選用OMAP5912微處理器，除了它具有低功耗、高性能的特性外，其豐富的外圈接口可提供對各種人機接口的支持，也是其重要因素之一。
1 LCD顯示設計
1.1接口框架
本終端設計中包含的人機接口為鍵盤、觸摸屏以及LCD顯示屏，圖1所示是其接口結(jié)構(gòu)框架。在下面的章節(jié)中將對各功能模塊分別進行介紹。
1.2 LCD控制器
本設計中的LCD控制器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖2所示。圖中，VSYNC信號是垂直同步信號(也稱幀同步信號)，用來指示新的一幀圖像的開始；HSYNC信號是水平同步信號(或行同步信號)，用來給出新的一行掃描信號的開始：Ac-bias為使能信號。本控制器中每行的點陣數(shù)和行數(shù)均可編程，并可分別由寄存器timing 0和timing 1來控制。本系統(tǒng)選用的TFT為samsung的LTV350QV_FOE，它采用320×240像素液晶輸出方式。
1.3 LCD的驅(qū)動實現(xiàn)
幀緩沖設備屬于字符設備，其目的是通過配置寄存器在一段制定的內(nèi)存與LCD間建立一個自動傳輸通道。這樣，任何程序只要修改這段內(nèi)存中的數(shù)據(jù)，就可改變LCD上的顯示內(nèi)容。幀緩沖設備驅(qū)動也采用“文件層-驅(qū)動層”的接口方式。
framebuffer驅(qū)動的最重要結(jié)構(gòu)體就是fb_info，它記錄了幀緩沖設備，即當前顯卡的全部信息，包括設備的參數(shù)、狀態(tài)以及操作函數(shù)指針等。每一個幀緩沖設備都必須對應一個這樣的結(jié)構(gòu)體。
幀緩沖設備對應的設備文件為／dev／fb*。如果系統(tǒng)有多個顯卡，Linux還可支持多個幀緩沖設備，最多可達32個，分別為／dev／fb0～／dev／fb31，而／dev／fb則為當前缺省的幀緩沖設備，通常指向／dev／fb0。當然，在嵌入式系統(tǒng)中，通常支持一個顯示設備就夠了。幀緩沖設備為標準字符設備，主設備號為29，次設備號為0到31，分別對應／dev／fb0～／dev／fb31。因此，顯示模塊加載過程中通常包含以下幾個步驟：
(1)分配dma地址；
(2)初始化結(jié)構(gòu)體；
(3)初始化硬件，配置相應寄存器；
(4)申請中斷；
(5)注冊frame buffer設備。
在文件層次上，Linux為其定義了讀操作、寫操作、映射操作、打開操作和關(guān)閉操作等，其定義代碼如下：
file_operations結(jié)構(gòu)中的open()和release()操作不需底層支持，而read、write接口和普通的字符驅(qū)動沒什么不同，只是讀寫的對象變?yōu)閒ramebuffer。是純粹的內(nèi)存操作。由于Linux工作在保護模式，每個應用程序都有自己的虛擬地址空間，而在應用程序中不能直接訪問物理緩沖區(qū)地址，為此，linux在文件操作file_operations結(jié)構(gòu)中提供了mmap函數(shù)，通?？蓪⑽募膬?nèi)容映射到用戶空間。而對于幀緩沖設備，則可通過映射操作將屏幕緩沖區(qū)的物理地址映射到用戶空間的一段虛擬地址中，之后，用戶就可通過讀寫這段虛擬地址來訪問屏幕緩沖區(qū)。實際上，使用幀緩沖設備的應用程序都是通過映射操作來顯示圖形。
2觸摸屏輸入設計
2.1觸摸屏芯片ADS7843
ADS7843是TI公司生產(chǎn)的四線電阻觸摸屏轉(zhuǎn)換接口芯片。它是一款具有同步串行接口的12位取樣模數(shù)轉(zhuǎn)換器。其中引腳X+、Y+、X-、Y-是轉(zhuǎn)換器模擬輸入端；DCLK是外部時鐘輸入；CS是片選端；DIN是串行輸入，控制數(shù)據(jù)可通過該引腳輸入；DOUT是串行數(shù)據(jù)輸出，可用于輸出轉(zhuǎn)換后的觸摸位置數(shù)據(jù)；IN3、IN4是輔助輸入；PENIRQ是PEN中斷引腳。
本設計主要通過MCSI接口來實現(xiàn)與ADS7843的命令、數(shù)據(jù)的串行輸入輸出，并通過KB.C引腳復用成GPIO，然后實現(xiàn)PENIRQ與BUSY信號的中斷觸發(fā)。圖3所示是ADS7843連接到OMAP5912的接口電路圖。
2.2觸摸屏驅(qū)動
由于本設計是由DSP側(cè)的MCSI接口來發(fā)送命令和讀取觸摸屏數(shù)據(jù)，而由ARM側(cè)的操作系統(tǒng)將數(shù)據(jù)傳遞至界面程序進行處理，所以，本驅(qū)動程序應用MAILBOX雙核通信來實現(xiàn)中間的傳遞。
ARM側(cè)的處理流程如下：
(1)ARM側(cè)的MAILBOX中斷；
(2)由MAILBOX中斷服務程序從數(shù)據(jù)寄存器DSP2ARM和命令寄存器DSP2ARM2B讀取X、Y，并將其封裝成觸摸屏返回結(jié)構(gòu)TS_RET，最后通過寫指針寫入隊列；
(3)由應用程序通過讀指針讀取數(shù)據(jù)并進行相應處理。
驅(qū)動程序中有下面兩個比較重要的結(jié)構(gòu)：
3鍵盤輸入設計
OMAP5912可以支持鍵盤專用的8×8 I／O接口以及KB.R[7：0]和KB.C[7：0]。其中KBR_LATCH為鍵盤行輸入，KBC_REG為鍵盤列輸出，通過對這兩個寄存器進行讀寫，可以進行行、列的掃描。本設計為了節(jié)省系統(tǒng)資源，提高使用效率，因而采用中斷和掃描相結(jié)合的方法來實現(xiàn)3×3鍵盤驅(qū)動。
當按鍵中斷產(chǎn)生時，為了消除抖動，先不判斷按鍵值，而是啟動定時器，并在定時器中斷中讀取鍵值。讀取鍵值的過程是首先判斷行線，然后通過列掃描碼來確定按鍵值。
下面給出的是鍵盤中斷服務程序：
定時器中斷服務程序如下：
下面是掃描程序：
4結(jié)束語
本文介紹了OMAP5912平臺下人機接口的驅(qū)動開發(fā)方法，完成后的驅(qū)動程序可在MontavistaLinux操作系統(tǒng)下正常運行，因而對于在此平臺下開發(fā)其他設備的驅(qū)動程序具有一定的啟發(fā)作用。OMAP開放式多媒體應用平臺也為今后系統(tǒng)的拓展預留了足夠的空間，相信該系統(tǒng)會具有巨大的市場潛力。
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