基于PXA255的觸摸屏控制器ADS7843驅(qū)動程序設(shè)計

在便攜式的電子類產(chǎn)品中，觸摸屏由于其便、靈活、占用空間少等優(yōu)點，已經(jīng)逐漸取代鍵盤成為嵌入式計算機(jī)系統(tǒng)常選用的人機(jī)交互輸入設(shè)備。觸摸屏輸入系統(tǒng)由觸摸屏、觸摸屏控制器、微控制器及其相應(yīng)的驅(qū)動程序構(gòu)成。本文從觸摸屏控制器的驅(qū)動程序設(shè)計著手，介紹觸摸屏控制器ADS7843的內(nèi)部結(jié)構(gòu)及工作原理和在嵌入式Linux操作系統(tǒng)中基于PXA255微處理器的ADS7843驅(qū)動程序設(shè)計。

1、觸摸屏控制器ADS7843的介紹

1.1　ADS7843的內(nèi)部結(jié)構(gòu)

ADS7843 內(nèi)駐一個多路低導(dǎo)通電阻模擬開關(guān)組成的供電-測量電路網(wǎng)絡(luò)、12bit逐次逼近A/D轉(zhuǎn)換器和異步串行數(shù)據(jù)輸入輸出，ADS7843根據(jù)微控制器發(fā)來的不同測量命令導(dǎo)通相應(yīng)的模擬開關(guān)，以便向觸摸屏電極對提供電壓，并把相應(yīng)電極上的觸點坐標(biāo)位置所對應(yīng)的電壓模擬量引入A/D轉(zhuǎn)換器，圖1為ADS7843內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖。X+、Y+、X-、Y-為觸摸屏電極模擬電壓輸入；CS為ADS7843的片選輸入信號，低電平有效；DCLK接外部時鐘輸入，為芯片進(jìn)行 A/D轉(zhuǎn)換和異步串行數(shù)據(jù)輸入/輸出提供時鐘；DIN串行數(shù)據(jù)輸入端，當(dāng)CS低電平時，輸入數(shù)據(jù)在時鐘的上升沿將串行數(shù)據(jù)鎖存；DOUT串行數(shù)據(jù)輸出端， 在時鐘下降沿數(shù)據(jù)由此移位輸出，當(dāng)CS為高電平時，DOUT呈高阻態(tài)。BUSY為系統(tǒng)忙標(biāo)志端，當(dāng)CS為低電平，且BUSY為高電平時，表示 ADS7843正在進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換；VREF參考電壓輸入端，電壓值在+1V到+VCC之間變化；PENIRQ為筆觸中斷，低電平有效；IN3、IN4為輔助ADC轉(zhuǎn)換輸入通道；+VCC為電源輸入。

圖1　ADS7843內(nèi)部結(jié)構(gòu)

1.2　ADS7843的轉(zhuǎn)換時序

ADS7843 完成一次數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換需要與微控制器進(jìn)行3次通信，第一次微處理器通過異步數(shù)據(jù)傳送向ADS843發(fā)送控制字，其中包括起始位、通道選擇、8/12位模式、差分/單端選擇和掉電模式選擇，其后的兩次數(shù)據(jù)傳送則是微控制器從ADS7843取出16bitA/D轉(zhuǎn)換結(jié)果數(shù)據(jù)（最后四位自動補零），每次通信需要8個時鐘周期，完成一次數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換共需24個時鐘周期，圖2為ADS7843轉(zhuǎn)換時序。

圖2　ADS7843轉(zhuǎn)換時序

2、ADS7843與PXA255硬件接口

PXA255 微處理器是Intel公司生產(chǎn)的第二代基于32位XScale微架構(gòu)的集成系統(tǒng)芯片（ISOC），PXA255具有高性能、低功耗等優(yōu)點，它除了 XScale微內(nèi)核外，還集成了許多適用于手持設(shè)備市場需要的外圍設(shè)備。圖3為ADS7843觸摸屏控制器與PXA255微處理器的硬件連線示意圖。當(dāng)屏觸發(fā)生時ADS7843向PXA255發(fā)出中斷請求，由PXA255響應(yīng)該中斷請求，啟動通信過程，讀取ADS7843的轉(zhuǎn)換結(jié)果，從而得到觸摸點的坐標(biāo)。ADS7843各信號的時序受外部輸入時鐘信號頻率的影響，一旦外部輸入時鐘頻率固定，各信號的時序便完全確定，因此需要配置PXA255的接口信號時序，使之完全符合ADS7843的時序。

圖3　ADS7843觸摸屏控制器與PXA255微處理器的連線示意圖

3、ADS7843驅(qū)動程序的設(shè)計

Linux 作為一個宏內(nèi)核操作系統(tǒng)，其設(shè)備驅(qū)動都在內(nèi)核，即系統(tǒng)空間實現(xiàn)，實現(xiàn)方式有兩種，一種是將有關(guān)的設(shè)備驅(qū)動程序和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)靜態(tài)地連接在內(nèi)核映像中；另一種是將具體的設(shè)備驅(qū)動程序和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)獨立加以編譯，成為可安裝的模塊，需要時由應(yīng)用程序通過系統(tǒng)調(diào)用動態(tài)地予以安裝或拆卸。設(shè)備驅(qū)動的實現(xiàn)方法也有兩種，一種是輪詢（polling）方式，另一種是中斷（inter-rupt）方式，輪詢方式對設(shè)備的操作完全由CPU掌握，外部設(shè)備則完全處于被動狀態(tài)。中斷方式是由外部設(shè)備主動提出申請，CPU響應(yīng)申請后對外部設(shè)備進(jìn)行處理，是現(xiàn)在常用的設(shè)備驅(qū)動方式。Linux的設(shè)備驅(qū)動具有兩個顯著的特點，其一是把所有的設(shè)備視為一種設(shè)備文件，每個設(shè)備都呈現(xiàn)于文件系統(tǒng)的/dev目錄下，設(shè)備驅(qū)動與文件操作具有相同的界面和語義，并通過同一組系統(tǒng)調(diào)用進(jìn)行操作；另一個顯著特點是Linux的設(shè)備驅(qū)動有著分明的層次和結(jié)構(gòu)。

Linux內(nèi)核的新近版本為設(shè)備入口提供了一種特殊的文件系統(tǒng)，即設(shè)備文件系統(tǒng) devfs（device file system）。新的devfs機(jī)制的優(yōu)點在于：①各種設(shè)備驅(qū)動模塊動態(tài)地向系統(tǒng)登記，設(shè)備初始化時在/dev目錄下創(chuàng)建設(shè)備入口點，移除設(shè)備時將其刪除。②設(shè)備驅(qū)動程序可以指定設(shè)備名、所有者和權(quán)限位。③不需要為設(shè)備驅(qū)動程序分配主設(shè)備號以及次設(shè)備號。④當(dāng)裝載和卸載模塊時，不再需要運行腳本來創(chuàng)建設(shè)備文件，驅(qū)動程序自主地管理其設(shè)備文件。采用devfs機(jī)制的設(shè)備驅(qū)動程序調(diào)用下面的函數(shù)來處理設(shè)備的創(chuàng)建和刪除工作。

devf s_hander_t devf s_mk_dir （ devf s_ han2 der_t dir ,const char 3 name ,void 3 info）

devf s_hander_t devf s_register （ devf s_ han2 der_t dir ,const char 3 name ,unsigned int flags , unsigned int major ,unsigned int minor ,umode_t mode ,void 3 op s ,void 3 info）

void devf s_unregister （devf s_hander_t de）

在 Linux操作系統(tǒng)編寫設(shè)備驅(qū)動程序時有幾個固定的功能模塊：向Linux內(nèi)核注冊該設(shè)備時的初始化設(shè)備驅(qū)動程序模塊；用于系統(tǒng)卸載模塊時刪除設(shè)備驅(qū)動程序的模塊；提供用戶使用該設(shè)備驅(qū)動程序的文件操作接口模塊。對于各類具體設(shè)備編寫驅(qū)動程序時還應(yīng)具有對該設(shè)備進(jìn)行操作的應(yīng)用函數(shù)。下面就以ADS7843 驅(qū)動程序設(shè)計為例分析以上幾個功能模塊。

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1） ADS7843 向Linux 內(nèi)核注冊設(shè)備時的初始化函數(shù)

int __init ads7843_t s_init （void） 　　/ / 設(shè)備初始化函數(shù)

{int ret ;

if （ （ ret = devf s _ register _ chrdev （ TS _ MAJOR , TS _ NAME , &ads7843_t s_fops） ） ! = 0）

{ print k （“ registering of ” TS_NAME “ is failed n” ） ; return ret ;}

devf s_t s_dir = devf s_mk_dir （NULL , “ touchscreen” , NULL） ; 　　　/ / 建立觸摸屏設(shè)備目錄

devf s_handle = devf s_register （ devf s_t s_dir , “ t s” ,DEVFS_ FL_ DEFAUL T , TS _ MAJOR , 0 , S _ IFCHR | S _ IRUSR | S _ IWUSR , &ads7843_t s_fops , NULL） ; 　　　/ / 注冊設(shè)備

if （ （ ret = request_irq（ IRQ_ GPIO_ADS7843 , ads7843_t s_inter-rupt ,

SA_SHIRQ| SA_INTERRUPT , TS_NAME , dev_ id） ） ） / / 申請中斷

{ print k （“ads7843_t s_init : failed to register IRQ n” ） ;

f ree_irq（ IRQ_GPIO_ADS7843 , dev_id） ; return ret ;}

if （ （ ret = ads7843_init （） ） ! = 0） 　　　　/ / 初始化觸摸屏

{f ree_irq（ IRQ_GPIO_ADS7843 , dev_id） ; return ret ;}

GPDR0 & = ～GPIO_bit （ADS7843_BUSY） ;

GPDR0 & = ～GPIO_bit （ADS7843_DOU T） ;

Ads7843_Enable_IRQ（） ;/ / 開啟中斷

print k （“ads7843 touch screen driver initialized n” ） ;

return 0 ;}

2） 系統(tǒng)卸載ADS7843 驅(qū)動程序功能函數(shù)

void __exit ads7843_t s_cleanup （void） / / 卸載驅(qū)動程序函數(shù)

{ 　　if （in_timehandle）

del_timer （ &timer） ;

f ree_irq（ IRQ_GPIO_ADS7843 , dev_id） ; 　　　/ / 釋放中斷

devf s_unregister_chrdev（ TS_MAJOR , TS_NAME） ;/ / 從系統(tǒng)中刪除設(shè)備驅(qū)動程序

print k （“ ads7843 touch screen driver removed n” ） ;}

3） 在驅(qū)動程序最后用于模塊初始化和刪除驅(qū)動的功能函數(shù)

module_init （ads7843_t s_init） ;/ / 初始化驅(qū)動模塊函數(shù)

module_exit （ads7843_t s_cleanup） ;/ / 刪除驅(qū)動模塊函數(shù)

4） ADS7843 設(shè)備文件操作結(jié)構(gòu)體

static st ruct file_operations ads7843_t s_fops = {

read :ads7843_t s_read , 　　　　/ / 從設(shè)備中讀數(shù)據(jù)操作

poll :ads7843_t s_poll , / / 查詢設(shè)備操作

ioctl : 　ads7843_t s_ioctl , 　　/ / 設(shè)備IO 控制操作

fasync : ads7843_t s_fasync , / / 異步通知操作

open : ads7843_t s_open , / / 打開設(shè)備操作

release : ads7843_t s_release , } ; / / 當(dāng)文件結(jié)構(gòu)被釋放時，調(diào)用釋放操作

由于文章篇幅所限，對設(shè)備文件操作的功能函數(shù)不再一一列出。

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5） ADS7843 具體操作函數(shù)

①ADS7843 串行輸出控制字函數(shù)

void ADS7843_din （char command）

udelay（DELA Y） ; / / 延時

for （int i = 0 ; i < 8 ; i + + ） / / 從串行輸入端輸入8 位控制字

{ 　ADS7843_ClearBit （0 , ADS7843_CL K） ; / / 時鐘變低，下降沿輸出

if （ （command > > i） &0x1）

ADS7843_SetBit （0 , ADS7843_DIN） ; / / 數(shù)據(jù)位為1

el se

ADS7843_ClearBit （0 , ADS7843_DIN） ; / / 數(shù)據(jù)位為0

udelay （DELA Y） ;

ADS7843_SetBit （0 , ADS7843_CL K） ;}} / / 時鐘變高

②微處理器讀取X 坐標(biāo)值函數(shù)（讀取Y坐標(biāo)值函數(shù)相類似，控制字為0x90）

int ADS7843_t s_measure_x （void）

{ char i , int touch_data = 0 ;

ADS7843_ClearBit （0 , ADS7843_CS） ; / / 片選端置低電平

udelay（DELA Y） ;

ADS7843_din （0xD0） ; 　　　/ / 向ADS7843 發(fā)送讀X 坐標(biāo)控制字0xD0

ADS7843_ClearBit （0 , ADS7843_CL K） ;

udelay（DELA Y） ;

while （ ! （ GPLR0 & GPIO_ bit （ADS7843 _BUSY） ） ） print k （ “BUSY1 n” ） ;

ADS7843_ClearBit （0 , ADS7843_CL K） ;

for （i = 0 ; i < 15 ; i + + ） 　　　/ / 讀取坐標(biāo)值

{ touch_data < < = 1 ;

if （ GPLR0 & GPIO_bit （ADS7843_DOU T） ）

touch_data | = 0x01 ;

else

touch_data & = 0xffffe ;

ADS7843_SetBit （0 , ADS7843_CL K） ;

udelay（DELA Y） ;

ADS7843_ClearBit （0 , ADS7843_CL K） ;}

touch_data > > = 3 ;/ / 對最后4 位自動置0 處理

return （touch_data & 0xfff） ;}

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4、驅(qū)動模塊的安裝

在 Linux操作系統(tǒng)中，對于已編好的設(shè)備驅(qū)動程序，利用編譯工具將驅(qū)動程序編譯成驅(qū)動模塊。對于驅(qū)動模塊的安裝，一種方法是重新編譯Linux內(nèi)核將驅(qū)動程序加載到系統(tǒng)內(nèi)核，另一種方法就是利用inmod和rmmod函數(shù)動態(tài)地裝載和卸載設(shè)備驅(qū)動模塊。我們在IntelXscalePXA255評估板上利用重新編譯Linux內(nèi)核的方法將觸摸屏控制器ADS7843的驅(qū)動模塊加載到系統(tǒng)內(nèi)核。運行后取得了理想的效果。

5、結(jié)束語

觸摸屏已成為現(xiàn)代嵌入式設(shè)備人機(jī)交互的首選輸入設(shè)備，觸摸屏控制器的驅(qū)動程序設(shè)計當(dāng)然也就成為嵌入式設(shè)備研發(fā)的必需工作。本文以ADS7843為例介紹了在嵌入式Linux操作系統(tǒng)中觸摸屏控制器驅(qū)動程序設(shè)計的編程方法。對于在嵌入式Linux操作系統(tǒng)下進(jìn)行其它設(shè)備的驅(qū)動開發(fā)具有一定的啟示作用。