測控系統(tǒng)中觸摸屏驅(qū)動的研發(fā)

1 引言

　　21世紀(jì)計算機(jī)邁入新的充滿機(jī)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(chǎn)的基于ARM公司16/32位微控制器ARM920T內(nèi)核的RISC微處理器，主頻最高可達(dá)到203MHZ[1]。S3c2410以其卓越的性能和良好的擴(kuò)展性為手持設(shè)備和一般類型應(yīng)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(yīng)用于智能手機(jī)、數(shù)碼相機(jī)、信息家電、PDA、移動終端、GPS等領(lǐng)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(nèi)核、性能優(yōu)異、有良好的網(wǎng)絡(luò)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(nèi)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(yīng)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(jī)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(qū)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(yīng)進(jìn)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(fù)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(dǎo)電電阻）導(dǎo)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(nèi)表面也涂有一層涂層、在他們之間有許多細(xì)小的（小于1/1000英寸）的透明隔離點把兩層導(dǎo)電層隔開絕緣。當(dāng)手指觸摸屏幕時，兩層導(dǎo)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(chǎn)生信號，然后送觸摸屏控制器。控制器偵測到這一接觸并計算出X和Y的位置，再根據(jù)模擬鼠標(biāo)的方式運(yùn)作。這就是電阻技術(shù)觸摸屏的最基本的原理[2]。四線電阻模擬量技術(shù)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(yīng)，表面硬度處理，減少擦傷、刮傷及防化學(xué)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(nèi)核，主頻最靠可達(dá)203MHZ，它為開發(fā)者提供了豐富的內(nèi)部設(shè)備(見圖1)：分開的16KB的指令Cache和16KB數(shù)據(jù)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(dǎo)，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(jī)，USB設(shè)備，SD主卡—MMC卡接口，2通道的SPI以及內(nèi)部PLL時鐘倍頻器[4]。

圖1 S3C2410系統(tǒng)框架

２.３S3c2410觸摸屏控制器

　　S3C2410具有8通道模擬輸入的10位CMOS模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）。它將輸入的模擬信號轉(zhuǎn)換為10位的二進(jìn)制數(shù)字代碼。在2.5MHz的A/D轉(zhuǎn)換器時鐘下，最大轉(zhuǎn)化速率可達(dá)到500KSPS。A/D轉(zhuǎn)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(biāo)和Y坐標(biāo)轉(zhuǎn)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(chǎn)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(zhuǎn)換模式

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

２.４.２獨立的X/Y軸的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換模式

　　獨立的X/Y軸坐標(biāo)轉(zhuǎn)換模式可以分為兩個轉(zhuǎn)換步驟：X軸坐標(biāo)轉(zhuǎn)換和Y軸坐標(biāo)轉(zhuǎn)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(biāo)轉(zhuǎn)換模式

　　觸摸屏控制器將自動地切換X軸坐標(biāo)和Y軸坐標(biāo)并讀取兩個坐標(biāo)軸方向上的坐標(biāo)。

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(chǎn)生中斷信號。中斷產(chǎn)生后，就可以通過設(shè)置適當(dāng)?shù)霓D(zhuǎn)換模式來讀取X和Y的位置。

２.４.５靜態(tài)（Standby）模式

　　當(dāng)ADCCON寄存器的STDBM位被設(shè)為1時，Standby模式被激活。在該模式下，A/D轉(zhuǎn)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(zhuǎn)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(qū)動程序的實現(xiàn)

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

３.１屏驅(qū)動模塊的初始化

　　S3c2410觸摸屏驅(qū)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(shù)module_exit(s3c2410_ts_exit)來實現(xiàn)。

主要的觸摸屏模塊初始化程序如下：
Ret=register_chrdev (0, DEVICE_NAME, &s3c2410_fops);
//調(diào)用register_chrdev()，向系統(tǒng)申請，系統(tǒng)為驅(qū)動程序動態(tài)的分配一個主設(shè)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(shè)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(shè)置了IRQ_ADC_DONE中斷，按下觸摸屏?xí)r觸發(fā)，中斷處理函數(shù)為s3c2410_isr_adc
ret=request_irq (IRQ_TC, s3c2410_isr_tc, SA_INTERRUPT, DEVICE_NAME, s3c2410_isr_tc);
//設(shè)置了IRQ_TC中斷，松開觸摸屏?xí)r觸發(fā)，中斷處理函數(shù)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(shè)備驅(qū)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(qū)動程序與應(yīng)用程序接口file operations結(jié)構(gòu)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(shè)備時對定時器進(jìn)行初始化

３.２中斷處理函數(shù)

　　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(diào)用s3c2410_get_XY()函數(shù)實現(xiàn)的。

３.３觸摸屏數(shù)據(jù)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(dāng)出現(xiàn)觸摸屏動作時，PEN_DOWN動作開始，并打開定時器，進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，最后得到LCD的坐標(biāo)[8]，主要核心是得到坐標(biāo)的函數(shù)static inline void s3c2410_get_XY(void)。

　　最終應(yīng)用程序通過調(diào)用read()函數(shù)獲取觸摸屏的數(shù)據(jù)，并把數(shù)據(jù)傳遞給應(yīng)用程序。
count=tsRead (&ts_ret);
if (count) copy_to_user (buffer,(char *)&te_ret,count);
//讀取觸摸屏數(shù)據(jù)，并傳向用戶

４結(jié)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(nèi)部組成，并且構(gòu)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(qū)動程序，并使其成功應(yīng)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。