隨著信息查詢(xún)技術(shù)的發(fā)展，觸摸屏因具有堅(jiān)固耐用、反應(yīng)速度快、節(jié)省空間、易于交流等優(yōu)點(diǎn)，而得到了廣泛應(yīng)用［1］。觸摸屏作為一種新興的電腦輸入設(shè)備，是目前最簡(jiǎn)單、方便的一種人機(jī)交互設(shè)備。
　　1 硬件簡(jiǎn)介
　　1.1 TQ2440開(kāi)發(fā)板簡(jiǎn)介
　　天嵌公司生產(chǎn)的TQ2440開(kāi)發(fā)板，微處理器采用Samsung S3C2440AL，板載64 MB SDRAM、256 MB Nand Flash、2 MB Nor Flash，板載5線異步串行口（UART0）、100 Mb/s DM9000網(wǎng)卡、USB HOST接口、USB Device接口和一個(gè)SD卡接口，集成了4線電阻式觸摸屏接口和JTAG接口等，音頻接口采用芯片UDA1341，立體聲音頻輸出，可錄音。
　　1.2 S3C2440處理器簡(jiǎn)介
　　S3C2440是由三星公司推出的16/32 bit RISC微處理器，最高主頻可達(dá)533 MHz，為手持設(shè)備和一般類(lèi)型應(yīng)用提供了低價(jià)格、低功耗、高性能小型微控制器的解決方案。處理器內(nèi)部集成SDRAM控制器、LCD控制器、4通道DMA、3通道UART、I2C總線、I2S總線、SD接口、PWMtimer、觸摸屏接口、8通道10 bit A/D控制器和camera接口等，很便于一般開(kāi)發(fā)。
　　1.3 觸摸屏
　　按照觸摸屏的工作原理和傳輸信息的介質(zhì)一般可分為4種，分別為電阻式、紅外線式、電容感應(yīng)式以及表面聲波式。本次設(shè)計(jì)采用的是東華3.5英寸觸摸屏，為4線電阻式觸摸屏。具體參數(shù)為：型號(hào)： WXCAT35-TG3＃001F；尺寸：103 mm×83 mm；顯示面積：70.08 mm（H）×52.56 mm（V）；顯示顏色：16.7兆色分辨率；對(duì)比度：300:1；亮度：320 cd/m2；電源：5 V電壓供電。
　　電阻式觸摸屏利用壓力感應(yīng)進(jìn)行控制，由觸摸檢測(cè)部件和觸摸屏控制器組成。觸摸檢測(cè)部件安裝在顯示器屏幕前面，用于檢測(cè)用戶(hù)觸摸位置，并將觸摸位置信息送到觸摸屏控制器；觸摸屏控制器的主要作用是從觸摸點(diǎn)檢測(cè)裝置上接收觸摸信息，并將它轉(zhuǎn)換成觸點(diǎn)坐標(biāo)，再送給CPU，它同時(shí)能接收來(lái)自CPU的命令并加以執(zhí)行。觸摸屏的屏體部分是一塊與顯示器表面非常配合的多層復(fù)合薄膜，由一層玻璃或有機(jī)玻璃作為基層，表面涂有一層透明的導(dǎo)電層氧化銦（OTI），上面再覆蓋有一層外表面硬化處理、光滑防刮的塑料層，它的內(nèi)表面也涂有一層OTI，在兩層導(dǎo)電層之間有許多細(xì)?。ㄐ∮?/1 000）的透明隔離點(diǎn)把它們隔開(kāi)絕緣。當(dāng)手指接觸屏幕時(shí)，兩層OTI導(dǎo)電層將出現(xiàn)一個(gè)接觸點(diǎn)，因其中一面導(dǎo)電層接通Y軸方向的5 V均勻電壓場(chǎng)，使得偵測(cè)層的電壓由零變?yōu)榉橇悖刂破鱾蓽y(cè)到這個(gè)接通數(shù)據(jù)后，進(jìn)行 A/D轉(zhuǎn)換，并將得到的電壓值與5 V相比較，即可得出觸摸點(diǎn)的Y軸坐標(biāo)。同理可得出X軸的坐標(biāo)。
　　S3C2440的觸摸屏接口包括觸摸觸點(diǎn)控制邏輯和有中斷產(chǎn)生邏輯的ADC接口邏輯，可以控制或選擇觸摸屏觸點(diǎn)用于XY坐標(biāo)的轉(zhuǎn)換。觸摸屏接口為了完成相應(yīng)的工作，具有4種工作模式［2］：
　?。?）正常轉(zhuǎn)換模式：此模式與通用的AD轉(zhuǎn)換模式相似，可以在ADCCON（ADC控制寄存器）中設(shè)置，在ADCDAT0（ADC數(shù)據(jù)寄存器0）中完成數(shù)據(jù)讀寫(xiě)。
　?。?）X/Y坐標(biāo)各自轉(zhuǎn)換：觸摸屏控制器支持兩種轉(zhuǎn)換模式，X/Y坐標(biāo)各自轉(zhuǎn)換與X/Y坐標(biāo)自動(dòng)轉(zhuǎn)換。各自轉(zhuǎn)換是在X模式下，將X坐標(biāo)寫(xiě)入ADCDAT0后產(chǎn)生中斷；在Y模式下，將Y坐標(biāo)寫(xiě)入ADCDAT1后產(chǎn)生中斷。
　?。?）X/Y坐標(biāo)自動(dòng)轉(zhuǎn)換：在此模式下，觸摸屏控制器先后轉(zhuǎn)換觸摸點(diǎn)的X坐標(biāo)與Y坐標(biāo)。當(dāng)X坐標(biāo)與Y坐標(biāo)都轉(zhuǎn)換完成時(shí)，中斷控制器產(chǎn)生中斷。
　?。?）等待中斷模式：當(dāng)觸摸筆按下時(shí)，觸摸屏產(chǎn)生中斷（INT_TC）。等待中斷模式必須將寄存器rADCTSC設(shè)置為0xd3；在觸摸屏控制器產(chǎn)生中斷以后，必須將此模式清除。
　　如果GCLK是50 MHz且預(yù)分頻器的分頻值設(shè)置為49 MHz，10 bit的轉(zhuǎn)換時(shí)間按下式計(jì)算：
　　A/D轉(zhuǎn)換頻率=50 MHz/（49+1）MHz=1 MHz
　　轉(zhuǎn)換時(shí)間=1/（1 MHz/5個(gè)周期）=1/200 kHz=5 ？滋s，可見(jiàn)轉(zhuǎn)換時(shí)間很短。
　　2 觸摸屏驅(qū)動(dòng)程序
　　2.1 建立嵌入式Linux系統(tǒng)開(kāi)發(fā)環(huán)境
　　建立此開(kāi)發(fā)環(huán)境的步驟為：
　?。?）在Windows XP SP3系統(tǒng)下安裝虛擬機(jī)vmware5.5.3，在虛擬機(jī)里安裝Redhat9.0系統(tǒng)。在Redhat9.0系統(tǒng)下編譯開(kāi)發(fā)板所需的鏡像和文件，使用虛擬機(jī)工具實(shí)現(xiàn)了Windows和Redhat的文件共享，在Windows系統(tǒng)下可以直接下載鏡像和文件到開(kāi)發(fā)板上。
　?。?）使用Windows XP SP3自帶的超級(jí)終端，并使用串口線連接PC和開(kāi)發(fā)板。這樣就可以在PC上對(duì)開(kāi)發(fā)板進(jìn)行相關(guān)的操作。
　?。?）本次實(shí)驗(yàn)開(kāi)發(fā)板使用的是Linux2.6.30.4內(nèi)核，而Redhat9.0系統(tǒng)是2.4.20.8內(nèi)核，所以需要下載適合開(kāi)發(fā)板的編譯器。下載最新版本的支持EABI技術(shù)的交叉編譯器（本次實(shí)驗(yàn)使用的是EABI_4.3.3_2009版本），復(fù)制到Redhat9.0系統(tǒng)目錄/opt/EABI_4.3.3_2009/下，打開(kāi)系統(tǒng)文件/etc/profile（可在終端使用命令vim /etc/profile），添加相應(yīng)語(yǔ)句（本次實(shí)驗(yàn)使用vim命令打開(kāi)profile文件，在第20行添加語(yǔ)句pathmunge/opt/EABI_4.3.3_2009/4.3.3/bin）讓編譯器生效，這樣就可以在PC上交叉編譯開(kāi)發(fā)板所需要的文件。至此開(kāi)發(fā)環(huán)境已經(jīng)建立。
　　2.2 Linux內(nèi)核的移植
　　本次實(shí)驗(yàn)使用的boatload是天嵌公司自己開(kāi)發(fā)的u-boot，用J-TAG燒寫(xiě)方式寫(xiě)入NOR Flash，然后便可以使用u-boot自帶的USB下載（需要在Windows下安裝USB下載驅(qū)動(dòng)程序）功能下載開(kāi)發(fā)板上需要的Linux內(nèi)核鏡像了，這樣方便而且高效。下載Linux2.6.30.4內(nèi)核源代碼，復(fù)制到Redhat9.0系統(tǒng)目錄/opt下，并解壓。在目錄/opt/linux2.6.30.4/目錄下便可以進(jìn)行修改和編譯開(kāi)發(fā)板上需要的內(nèi)核鏡像。在移植觸摸屏驅(qū)動(dòng)之前，需要移植板載256 MB NAND Flash的驅(qū)動(dòng)、yaffs文件系統(tǒng)，這樣便完善了串口驅(qū)動(dòng)程序，最后移植LCD屏的驅(qū)動(dòng)。
　　2.3 觸摸屏驅(qū)動(dòng)程序
　　Linux系統(tǒng)將存儲(chǔ)器和外設(shè)分為字符設(shè)備、塊設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備三大類(lèi)。觸摸屏屬于字符設(shè)備，以串行順序依次進(jìn)行訪問(wèn)。在Linux系統(tǒng)中，以文件名的形式在/dev目錄下建立觸摸屏設(shè)備文件， 應(yīng)用程序可以通過(guò)系統(tǒng)調(diào)用函數(shù)open（）打開(kāi)此文件，建立起與設(shè)備的連接，然后通過(guò)函數(shù)read（）、write（）、release（）、ioctl（）等常規(guī)的文件操作對(duì)目標(biāo)設(shè)備進(jìn)行操作。Linux為了把所有的設(shè)備當(dāng)作文件系統(tǒng)進(jìn)行管理，為所有的文件及設(shè)備文件定義了統(tǒng)一的操作函數(shù)接口file_operations，每個(gè)文件都通過(guò)指向file_operations結(jié)構(gòu)的指針字段與它自己的函數(shù)集相關(guān)聯(lián)。file_operations中成員為一系列指向各操作函數(shù)的指針，這些操作函數(shù)主要負(fù)責(zé)系統(tǒng)調(diào)用的實(shí)現(xiàn)，不同類(lèi)型的設(shè)備文件系統(tǒng)有不同類(lèi)型的file_operations結(jié)構(gòu)［4］。觸摸屏的 file_operations 結(jié)構(gòu)定義為：
　　static struct file_operation s3c2410_fops=
　　{
　　owner： THIS_MODULE，
　　open： s3c2410_ts_open， //打開(kāi)
　　read： s3c2410_ts_read， //讀坐標(biāo)
　　release：
　　s3c2410_ts_release，
　　#ifdef USE_ASYNC
　　Fasync:s3c2410_ts_fasync，//fasync（）函數(shù)
　　#endif
　　poll:s3c2410_ts_poll，//輪詢(xún)
　　}
　　結(jié)構(gòu)中s3c2410_ts_open函數(shù)為file_operations中函數(shù)指針open所指向的函數(shù)，即打開(kāi)觸摸屏設(shè)備時(shí) open操作即為調(diào)用s3c2410_ts_open函數(shù)，完成觸摸屏初始狀態(tài)參數(shù)的設(shè)置、消息隊(duì)列初始化等。read所指向s3c2410_ts_
　　read函數(shù)主要是向消息隊(duì)列提供觸摸屏坐標(biāo)采集數(shù)據(jù)，以供應(yīng)用程序調(diào)用。s3c2410_ts_poll為查詢(xún)?cè)O(shè)備的可讀寫(xiě)狀態(tài)，s3c2410_ts_release則在釋放設(shè)備時(shí)調(diào)用。
　　在觸摸屏驅(qū)動(dòng)程序中定義了一組宏，用于控制觸摸屏和ADC進(jìn)入不同的工作模式，如等待中斷、X/Y位置轉(zhuǎn)換等。定義了觸摸屏結(jié)構(gòu)體TS_DEV包含一個(gè)緩沖區(qū)、自旋鎖、等待隊(duì)列和fasync_struct指針，結(jié)構(gòu)為：
　　typedef struct
　　{
　　unsigned int penStatus；
　　TS_RET buf［MAX_TS_BUF］; /*緩沖區(qū)*/
　　unsigned int head，tail; /*緩沖區(qū)頭和尾*/
　　wait_queue_head_t wq; /*等待隊(duì)列*/
　　spinlock_t lock;
　　#ifdef USE_ASYNC
　　struct fasync_struct *aq;
　　#endif
　　struct cdev cdev;
　　}TS_DEV;
　　觸摸屏結(jié)構(gòu)體中的TS_RET包含屏幕的X、Y坐標(biāo)和觸摸狀態(tài)信息（PEN_DOWN、PEN_UP），這個(gè)信息會(huì)在用戶(hù)讀取觸摸屏信息時(shí)復(fù)制到用戶(hù)空間，結(jié)構(gòu)為：
　　typedef struct
　　{
　　unsigned short pressure;
　　unsigned short x；//X坐標(biāo)
　　unsigned shorty；//Y坐標(biāo)
　　unsigned short pad；
　　}TS_RET；
　　觸摸屏工作時(shí)會(huì)產(chǎn)生兩類(lèi)中斷：一類(lèi)是觸點(diǎn)中斷（INT_TC），一類(lèi)是X/Y位置轉(zhuǎn)換中斷（INT_ADC）。使用函數(shù)s3c2410_isr_tc用來(lái)處理觸摸屏的觸點(diǎn)/抬起中斷，在觸點(diǎn)中斷發(fā)生后，若之前處于PEN_UP狀態(tài)，則應(yīng)該啟動(dòng)X/Y位置轉(zhuǎn)換；當(dāng)處于PEN_DOWN狀態(tài)時(shí)，則調(diào)用函數(shù)tsEvent完成緩沖區(qū)的填充、等待隊(duì)列的喚醒和異步通知信號(hào)的釋放。使用函數(shù)s3c2410_isr_adc來(lái)處理X/Y位置轉(zhuǎn)換中斷，當(dāng)X/Y位置轉(zhuǎn)換中斷發(fā)生后，讀取X、Y的坐標(biāo)值，填入緩沖區(qū)。在函數(shù)s3c2410_isr_adc中通過(guò)調(diào)用函數(shù)s3c2410_get_XY來(lái)獲取X、Y坐標(biāo)的。最后由函數(shù)s3c2410_ts_poll實(shí)現(xiàn)輪詢(xún)接口，將等待隊(duì)列添加到結(jié)構(gòu)體poll_table中，當(dāng)緩沖區(qū)有數(shù)據(jù)時(shí)，返回資源可讀取標(biāo)志，否則返回0。函數(shù)s3c2410_ts_fasync完成觸摸屏對(duì)應(yīng)用程序的異步通知。在程序的最后，由函數(shù)__init s3c2410_ts_init和__exit s3c2410_ts_exit完成從內(nèi)核中加載和卸載觸摸屏驅(qū)動(dòng)程序，加載函數(shù)__init s3c2410_ts_init還需要完成申請(qǐng)?jiān)O(shè)備號(hào)、添加cdev、申請(qǐng)中斷、設(shè)置觸摸屏控制引腳等多項(xiàng)工作，卸載函數(shù)_exit s3c2410_ts_exit完成釋放設(shè)備號(hào)、刪除cdev、釋放中斷等工作［3］。
　　2.4 實(shí)驗(yàn)操作過(guò)程
　　將編寫(xiě)好的觸摸屏驅(qū)動(dòng)ts.c文件拷貝到內(nèi)核源碼目錄“drivers/input/touchsreen/”下，并修改同目錄下的“Kconfig”和“Makefile”文件。在內(nèi)核配置單中添加觸摸屏編譯配置選項(xiàng)，修改Kconfig文件的第468行，添加如下內(nèi)容：
　　config TOUCHSCREEN
　　tristate “TouchScreen input driver”
　　depends on ARCH_S3C2410 && INPUT &&
　　INPUT_TOUCHSCREEN
　　help
　　Say Y here if you have the TouchScreen.
　　and depends on ADC
　　If unsure， say N.
　　To compile this driver as a module， choose M here： the
　　module will be called ts.
　　在目錄的Makefile文件中添加觸摸屏的編譯條目，添加內(nèi)容如下：
　　obj-$（CONFIG_TOUCHSCREEN） += ts.o
　　內(nèi)核配置單的選擇：
　　Device Drivers ---》
　　Input device support ---》
　?。?］ Touchscreens ---》
　　《*》 TouchScreen input driver
　　配置完畢后，保存配置單，然后編譯內(nèi)核，再將編譯好的鏡像下載到開(kāi)發(fā)板中運(yùn)行。
　　2.5 觸摸屏的校準(zhǔn)
　　TQ2440出廠時(shí)使用的是Linux2.6.25.8內(nèi)核，觸摸屏已經(jīng)完成校準(zhǔn)，但本次實(shí)驗(yàn)重新使用了最新的Linux2.6.30.4內(nèi)核，所以需要重新校準(zhǔn)。移植好內(nèi)核之后，下載了天嵌公司已經(jīng)做好的QT圖形界面到開(kāi)發(fā)板，并重啟開(kāi)發(fā)板，校準(zhǔn)時(shí)只需要將觸摸筆點(diǎn)中十字架的中心，然后進(jìn)行5點(diǎn)校準(zhǔn)，完畢后觸摸屏就可以正常使用。如圖1所示。
　　
　　觸摸屏因其使用方便、快捷，而得到廣泛應(yīng)用。Linux系統(tǒng)因其源代碼公開(kāi)、成本低廉、裁減性好、高效、靈活等特點(diǎn)，在嵌入式領(lǐng)域得到了很好的發(fā)展和應(yīng)用。本文介紹了觸摸屏的工作原理，對(duì)嵌入式Linux系統(tǒng)內(nèi)核源碼的觸摸屏驅(qū)動(dòng)做了深入探討，編譯和下載Linux內(nèi)核到開(kāi)發(fā)板上運(yùn)行，并且移植了QT圖形界面，觸摸屏校準(zhǔn)之后，使用情況良好。
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