基于I2C的嵌入式多點觸摸屏幕驅動設計

　　摘要：采用了三星公司的S3C6410X處理器，通過嵌入式Linux的驅動管理系統實現了對Cypress7958、SnapticsTM1444等基于I2C總線協議的多點觸摸屏幕的驅動設計。實踐證明，在基于Linux核心的Qtopia平臺以及Andriod嵌入式操作系統上運行流暢，識別度與準確度很高。
　　
　　引言
　　
　　隨著嵌入式設備的開發和推廣，觸摸屏作為新式輸入設備已經隨處可見，手機、PDA、MID以及ATM機等設備都已經用到了觸摸屏。而科技在不斷發展，觸摸屏也由一開始的4線式單點電阻觸摸屏發展到今天的各種多點式電容觸摸屏。本文通過對以cypress7958為代表的I2C總線接口電容式多點觸摸屏的研究，設計了針對Linux操作系統的多點觸摸的屏幕驅動，以及不運行操作系統前提下的單片機對觸摸屏的驅動，取得了良好的效果。
　　
　　1、研究平臺介紹
　　
　　1.1ARM11處理器S3C6410X
　　
　　S3C6410X是基于ARM1176JZFS核的用于手持、移動等終端設備的通用處理器。S3C6410X是一款低功率、高性價比、高性能的用于和通用處理RSIC處理器。為2.5G和3G通信服務提供了優化的硬件性能，采用64/32位的內部總線架構，融合了AXI、AHB、APB總線。還有很多強大的硬件加速器，包括運動視頻處理、音頻處理、2D加速、顯示處理和縮放。
　　
　　1.2電容式多點觸摸屏
　　
　　電容式觸摸屏在觸摸屏4邊均鍍上狹長的電極，在導電體內形成一個低電壓交流電場。在觸摸屏幕時，由于人體電場，手指與導體層間會形成一個耦合電容，4邊電極發出的電流會流向觸點，而電流強度與手指到電極的距離成正比，位于觸摸屏幕后的控制器會計算電流的比例及強弱，準確算出觸摸點的位置。電容觸摸屏的雙玻璃不但能保護導體及感應器，更有效地防止外在環境因素對觸摸屏造成影響，就算屏幕沾有污穢、塵埃或油漬，電容式觸摸屏依然能準確算出觸摸位置。與電阻觸摸屏相對比，電容式觸摸屏就是支持多點觸摸的人機交互方式，普通電阻式觸摸屏只能進行單一點的觸控。
　　
　　1.3ARM工具鏈
　　
　　本文針對ARM核的單片機使用了armnONelinuxgnueabi4.3.2交叉編譯鏈，實現對ARM支持的二進制文件編譯,用以成功編譯ARMLinux2.6.28內核。
　　
　　1.4移植條件
　　
　　對于本文所述內容，所有支持Linux操作系統運行的處理器(包括嵌入式處理器)都可以運行，而所有支持I2C總線協議的單片機也可以在不使用操作系統的前提下將觸摸屏作為一種普通輸入設備進行使用。
　　
　　2、研究過程
　　
　　圖1顯示了本文中針對嵌入式Linux平臺下的驅動軟硬件結構體系。
　　
　　圖1驅動軟硬件結構體系
　　
　　2.1 I2C設備在平臺部分聲明
　　
　　CYPRESS7958多點觸摸屏的I2C地址為0x20，在使用前需要在平臺設備處進行I2C設備聲明，這樣才可以使Linux驅動找到其對應的I2C地址進行操作。首先要聲明該I2C設備結構體，代碼如下：
　　
　　STaticstructi2c_bOArd_infoi2c_devs1[]__initdata={
　　
　　{I2C_BOARD_INFO("Cypress7958",0x20),},/*cyprESS7958touchpannelcontroller*/
　　
　　};
　　
　　然后在staticvoid__initsmdk6410_machine_init(void)函數中聲明該I2C設備：
　　
　　i2c_register_board_info(1,i2c_devs1,ARRAY_SIZE(i2c_devs1));
　　
　　2.2 Cypress7958驅動部分設計
　　
　　2.2.1注冊和注銷模塊
　　
　　首先建立I2C驅動結構體，cypress_7958_driver,代碼如下：
　　
　　staticstructi2c_drivercypress_7958_driver={
　　
　　.probe=cypress_7958_probe,
　　
　　.remove=cypress_7958_remove,
　　
　　.id_table=cypress_7958_id,
　　
　　.driver={
　　
　　.name=CYPRESS_7958_NAME,
　　
　　},
　　
　　};
　　
　　然后建立_INIT初始化函數與_EXIT注銷設備函數：staticint__devinitcypress_7958_ts_init(void)，staticvoid__exitcypress_7958_exit(void)，通過i2c_add_driver與i2c_del_driver函數進行I2C設備的注冊與注銷。
　　
　　2.2.2觸摸屏驅動入口函數的設計
　　
　　由上節中聲明的I2C結構體得知，在設備被檢查到的時候進入staticintsynaptics_ts_probe(structi2c_client*client,conststructi2c_device_id*id)函數，在該函數中需要進行觸摸屏工作模式的初始化，對作為輸入設備的觸摸屏驅動在Linux平臺下的設備名注冊，同時初始化觸摸事件觸發時引起的中斷操作。
　　
　　(1)Cypress7958模式初始化
　　
　　作為多點觸摸屏幕，Cypress7958有很多相關的配置寄存器，本文中不再贅述，初始化部分僅需對屏幕是否工作在正常工作模式下進行檢查，通過讀取0x28地址的寄存器，如果值為0x07，則屏幕工作正常，否則返回錯誤值。
　　
　　ret=i2c_smbus_read_byte_data(ts>client,0x28);
　　
　　if(ret!=0x07){
　　
　　printk(KERN_ERR,"CypressDetectErrorn");
　　
　　returnret;
　　
　　}
　　
　　(2)輸入設備名注冊
　　
　　創建structinput_dev結構體，通過input_allocate_device()函數進行設備名的創建，然后通過set_bit函數進行輸入設備功能聲明。因為是多點觸摸屏，可以產生EV_SYN,EV_KEY,BTN_TOUCH,BTN_2(多點觸摸)，EV_ABS等功能，故對之進行聲明：
　　
　　set_bit(EV_SYN,ts>input_dev>evbit);
　　
　　set_bit(EV_KEY,ts>input_dev>evbit);
　　
　　set_bit(BTN_TOUCH,ts>input_dev>keybit);
　　
　　set_bit(BTN_2,ts>input_dev>keybit);
　　
　　set_bit(EV_ABS,ts>input_dev>evbit);
　　
　　然后完成對事件的具體配置：
　　
　　input_set_abs_params(ts>input_dev,ABS_X,0,max_y,0,0);
　　
　　input_set_abs_params(ts>input_dev,ABS_Y,0,max_x,0,0);
　　
　　input_set_abs_params(ts>input_dev,ABS_PRESSURE,0,255,0,0);
　　
　　input_set_abs_params(ts>input_dev,ABS_TOOL_WIDTH,0,15,0,0);
　　
　　input_set_abs_params(ts>input_dev,ABS_HAT0X,0,max_y,0,0);
　　
　　input_set_abs_params(ts>input_dev,ABS_HAT0Y,0,max_x,0,0);
　　
　　input_set_abs_params(ts>input_dev,ABS_MT_POSITION_X,0,max_y,0,0);
　　
　　input_set_abs_params(ts>input_dev,ABS_MT_POSITION_Y,0,max_x,0,0);
　　
　　input_set_abs_params(ts>input_dev,ABS_MT_TOUCH_MAJOR,0,255,0,0);
　　
　　input_set_abs_params(ts>input_dev,ABS_MT_WIDTH_MAJOR,0,15,0,0);
　　
　　zui后通過input_register_device(ts>input_dev)函數完成對該設備名的注冊。
　　
　　(3)驅動事件產生中斷函數初始化
　　
　　Cypress7958觸摸屏在觸摸事件產生時會在IRQ引腳產生一個低電平信號，將該引腳連接到GPN(15)引腳上，同時創建GPIO中斷函數：
　　
　　s3c_gpio_cfgpin(S3C64XX_GPN(15),S3C_GPIO_SFN(2));
　　
　　client>irq=gpio_to_irq(S3C64XX_GPN(15));
　　
　　irqflags=IRQF_TRIGGER_LOW;
　　
　　然后通過ret=request_irq(client>irq,cypress_7958_irq_handler,irqflags,client>name,ts)進行中斷函數申請。創建cypress_7958_irq_handler函數：
　　
　　staticirqreturn_tcypress_7958_irq_handler(intirq,void*dev_id){
　　
　　structsynaptics_ts_data*ts=dev_id;
　　
　　//intret=gpio_get_value(S3C64XX_GPN(15));
　　
　　//printk("%s:ret=%dn",__func__,ret);
　　
　　disable_irq_nosync(ts>client>irq);
　　
　　queue_work(cypress_7958_wq,&ts>work);
　　
　　returnIRQ_HANDLED;
　　
　　}
　　
　　當驅動事件被觸發之后通過queue_work函數進入驅動工作區cypress_7958_wq,進行驅動層對應用層的信息上報。
　　
　　2.2.3觸摸屏工作區函數設計
　　
　　觸摸屏工作區函數需要完成事件信息獲取以及驅動層對應用層的信息上報功能，通過INIT_WORK(&ts>work,cypress_7958_work_func)函數完成驅動工作區函數的初始化聲明，在驅動事件中斷產生之后進入工作區函數cypress_7958_work_func。
　　
　　(1)觸摸屏事件信息獲取
　　
　　Cypress7958的事件觸發信息存儲在寄存器中，只需要通過i2c_smbus_read_byte_data函數對其寄存器信息進行讀取即可完成其事件信息的獲取，也可以通過i2c_transfer完成對其寄存器信息的批量讀取:
　　
　　buf[0]=i2c_smbus_read_byte_data(ts>client,0x12);
　　
　　buf[1]=i2c_smbus_read_byte_data(ts>client,0x13);
　　
　　buf[2]=i2c_smbus_read_byte_data(ts>client,0x14);
　　
　　buf[3]=i2c_smbus_read_byte_data(ts>client,0x15);
　　
　　buf[4]=i2c_smbus_read_byte_data(ts>client,0x16);
　　
　　buf[5]=i2c_smbus_read_byte_data(ts>client,0x17);
　　
　　buf[6]=i2c_smbus_read_byte_data(ts>client,0x18);
　　
　　buf[7]=i2c_smbus_read_byte_data(ts>client,0x19);
　　
　　buf[8]=i2c_smbus_read_byte_data(ts>client,0x1a);
　　
　　buf[9]=i2c_smbus_read_byte_data(ts>client,0x1b);
　　
　　buf[10]=i2c_smbus_read_byte_data(ts>client,0x1c);
　　
　　buf[11]=i2c_smbus_read_byte_data(ts>client,0x1d);
　　
　　buf[12]=i2c_smbus_read_byte_data(ts>client,0x1e);
　　
　　buf[13]=i2c_smbus_read_byte_data(ts>client,0x1f);
　　
　　(2)觸摸屏事件信息上報
　　
　　通過對buf數組的分析，獲取當前事件具體信息，然后通過input_report系列函數進行事件信息的應用層上報：
　　
　　if(fingermark==2){
　　
　　input_report_key(ts>input_dev,ABS_MT_TRACKING_ID,0);
　　
　　input_report_abs(ts>input_dev,ABS_MT_TOUCH_MAJOR,f1z);
　　
　　input_report_abs(ts>input_dev,ABS_MT_POSITION_X,f1x);
　　
　　input_report_abs(ts>input_dev,ABS_MT_POSITION_Y,f1y);
　　
　　input_mt_sync(ts>input_dev);
　　
　　input_report_key(ts>input_dev,ABS_MT_TRACKING_ID,1);
　　
　　input_report_abs(ts>input_dev,ABS_MT_TOUCH_MAJOR,f2z);
　　
　　input_report_abs(ts>input_dev,ABS_MT_POSITION_X,f2x);
　　
　　input_report_abs(ts>input_dev,ABS_MT_POSITION_Y,f2y);
　　
　　input_mt_sync(ts>input_dev)
　　
　　input_sync(ts>input_dev);
　　
　　}
　　
　　elseif(fingermark==1){
　　
　　input_report_key(ts>input_dev,ABS_MT_TRACKING_ID,0);
　　
　　input_report_abs(ts>input_dev,ABS_MT_TOUCH_MAJOR,f1z);
　　
　　input_report_abs(ts>input_dev,ABS_MT_POSITION_X,f1x);
　　
　　input_report_abs(ts>input_dev,ABS_MT_POSITION_Y,f1y);
　　
　　input_mt_sync(ts>input_dev);
　　
　　input_sync(ts>input_dev);
　　
　　}
　　
　　else{
　　
　　input_report_abs(ts>input_dev,ABS_MT_TOUCH_MAJOR,0);
　　
　　input_mt_sync(ts>input_dev);
　　
　　input_sync(ts>input_dev);
　　
　　}
　　
　　2.3 Cypress7958驅動在內核中的移植
　　
　　通過改寫Makefile與KCONFIG完成Cypress7985在內核中的移植,以幫助GCC工具鏈實現對內核的編譯。
　　
　　2.3.1Kconfig的修改
　　
　　在/driver/input/touchscreen/Kconfig中添加如下語句：
　　
　　configTOUCHSCREEN_CYPRESS
　　
　　tristate"CYPRESS7958touchscreens"
　　
　　help
　　
　　SayYhereifyouhaveaCYPRESS7958touchscreenconnectedtoyoursystem.
　　
　　Ifunsure,sayN.
　　
　　以實現將文件編譯選項添加到MAKEMENUCONFIG中。由于觸摸屏驅動屬于系統基本輸入設備驅動，本身調用了I/O中斷，不能實現模塊編譯，只能*編譯進內核。在后續的研發中發現可以使用時鐘中斷將其模塊化編譯進內核，但由于時鐘中斷影響UCLINUX時間片的運行，故棄之不用。
　　
　　2.3.2Makefile的修改
　　
　　然后在/driver/input/touchscreen/Makefile中添加對應編譯信息:
　　
　　obj$(CONFIG_TOUCHSCREEN_CYPRESS)+=touchscreen_cypress.o
　　
　　zui終在編譯選項中將/MAKEFILE中的ARCH選項設置為S3C6410，在makemenuconfig命令之后的選項中選擇TOUCHSREEN_CYPRESS選項并選擇編譯進內核。
　　
　　3、結語
　　
　　本設計以I2C方式對多點觸摸屏進行驅動，通過嵌入式Linux將多點觸摸輸入方式應用到嵌入式應用系統中，豐富了單一的鍵盤輸入與單點輸入方式，減小了系統尺寸，提高了系統的可靠性。使得嵌入式系統的輸入方式簡單易行，同時也增強了嵌入式系統與人之間的通信能力，簡化了繁瑣的調試。采用三星公司的S3C6410ARM11處理器，加快了實驗的操作步驟。實踐證明，該設計驅動多點觸摸屏幕的速度以及穩定性滿足調試要求。該設計只需對底層驅動進行簡單修改，就可直接應用于單片機以及其他全部可以運行Linux的嵌入式系統中。