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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(diǎn),已經(jīng)逐漸取代鍵盤成為嵌入式計(jì)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(dòng)程序構(gòu)成。本文從觸摸屏控制器的驅(qū)動(dòng)程序設(shè)計(jì)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(dòng)程序設(shè)計(jì)。 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(gè)多路低導(dǎo)通電阻模擬開關(guān)組成的供電-測(cè)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(lái)的不同測(cè)量命令導(dǎo)通相應(yīng)的模擬開關(guān),以便向觸摸屏電極對(duì)提供電壓,并把相應(yīng)電極上的觸點(diǎn)坐標(biāo)位置所對(duì)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(hào),低電平有效;DCLK接外部時(shí)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(shí)鐘;DIN串行數(shù)據(jù)輸入端,當(dāng)CS低電平時(shí),輸入數(shù)據(jù)在時(shí)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(shí)鐘下降沿?cái)?shù)據(jù)由此移位輸出,當(dāng)CS為高電平時(shí),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(shí),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  ENIRQ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1ADS7843內(nèi)部結(jié)構(gòu) 1.2 ADS7843的轉(zhuǎn)換時(shí)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(guò)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(dòng)補(bǔ)零),每次通信需要8個(gè)時(shí)鐘周期,完成一次數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換共需24個(gè)時(shí)鐘周期,圖2為ADS7843轉(zhuǎn)換時(shí)序。 圖2ADS7843轉(zhuǎn)換時(shí)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(diǎn),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(chǎng)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(shí)ADS7843向PXA255發(fā)出中斷請(qǐng)求,由PXA255響應(yīng)該中斷請(qǐng)求,啟動(dòng)通信過(guò)程,讀取ADS7843的轉(zhuǎn)換結(jié)果,從而得到觸摸點(diǎn)的坐標(biāo)。ADS7843各信號(hào)的時(shí)序受外部輸入時(shí)鐘信號(hào)頻率的影響,一旦外部輸入時(shí)鐘頻率固定,各信號(hào)的時(shí)序便完全確定,因此需要配置PXA255的接口信號(hào)時(shí)序,使之完全符合ADS7843的時(shí)序。 圖3ADS7843觸摸屏控制器與PXA255微處理器的連線示意圖 3 ADS7843驅(qū)動(dòng)程序的設(shè)計(jì) Linux作為一個(gè)宏內(nèi)核操作系統(tǒng),其設(shè)備驅(qū)動(dòng)都在內(nèi)核,即系統(tǒng)空間實(shí)現(xiàn),實(shí)現(xiàn)方式有兩種,一種是將有關(guān)的設(shè)備驅(qū)動(dòng)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(dòng)程序和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)獨(dú)立加以編譯,成為可安裝的模塊,需要時(shí)由應(yīng)用程序通過(guò)系統(tǒng)調(diào)用動(dòng)態(tài)地予以安裝或拆卸。設(shè)備驅(qū)動(dòng)的實(shí)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(duì)設(shè)備的操作完全由CPU掌握,外部設(shè)備則完全處于被動(dòng)狀態(tài)。中斷方式是由外部設(shè)備主動(dòng)提出申請(qǐng),CPU響應(yīng)申請(qǐng)后對(duì)外部設(shè)備進(jìn)行處理,是現(xiàn)在常用的設(shè)備驅(qū)動(dòng)方式。Linux的設(shè)備驅(qū)動(dòng)具有兩個(gè)顯著的特點(diǎn),其一是把所有的設(shè)備視為一種設(shè)備文件,每個(gè)設(shè)備都呈現(xiàn)于文件系統(tǒng)的/dev目錄下,設(shè)備驅(qū)動(dòng)與文件操作具有相同的界面和語(yǔ)義,并通過(guò)同一組系統(tǒng)調(diào)用進(jìn)行操作;另一個(gè)顯著特點(diǎn)是Linux的設(shè)備驅(qū)動(dòng)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(diǎn)在于:①各種設(shè)備驅(qū)動(dòng)模塊動(dòng)態(tài)地向系統(tǒng)登記,設(shè)備初始化時(shí)在/dev目錄下創(chuàng)建設(shè)備入口點(diǎn),移除設(shè)備時(shí)將其刪除。②設(shè)備驅(qū)動(dòng)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(dòng)程序分配主設(shè)備號(hào)以及次設(shè)備號(hào)。④當(dāng)裝載和卸載模塊時(shí),不再需要運(yùn)行腳本來(lái)創(chuàng)建設(shè)備文件,驅(qū)動(dòng)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(dòng)程序調(diào)用下面的函數(shù)來(lái)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(dòng)程序時(shí)有幾個(gè)固定的功能模塊:向Linux內(nèi)核注冊(cè)該設(shè)備時(shí)的初始化設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序模塊;用于系統(tǒng)卸載模塊時(shí)刪除設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序的模塊;提供用戶使用該設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序的文件操作接口模塊。對(duì)于各類具體設(shè)備編寫驅(qū)動(dòng)程序時(shí)還應(yīng)具有對(duì)該設(shè)備進(jìn)行操作的應(yīng)用函數(shù)。下面就以ADS7843驅(qū)動(dòng)程序設(shè)計(jì)為例分析以上幾個(gè)功能模塊。 1) ADS7843 向Linux 內(nèi)核注冊(cè)設(shè)備時(shí)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(cè)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(qǐng)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(dòng)程序功能函數(shù) void __exit ads7843_t s_cleanup (void) / / 卸載驅(qū)動(dòng)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(dòng)程序 print k (" ads7843 touch screen driver removed\ n" ) ;} 3) 在驅(qū)動(dòng)程序最后用于模塊初始化和刪除驅(qū)動(dòng)的功能函數(shù) module_init (ads7843_t s_init) ;/ / 初始化驅(qū)動(dòng)模塊函數(shù) module_exit (ads7843_t s_cleanup) ;/ / 刪除驅(qū)動(dòng)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?cè)O(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(shí),調(diào)用釋放操作 由于文章篇幅所限,對(duì)設(shè)備文件操作的功能函數(shù)不再一一列出。 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(shí) for (int i = 0 ; i > 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(shí)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 > = 3 ;/ / 對(duì)最后4 位自動(dòng)置0 處理 return (touch_data & 0xfff) ;} 4 驅(qū)動(dòng)模塊的安裝 在Linux操作系統(tǒng)中,對(duì)于已編好的設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序,利用編譯工具將驅(qū)動(dòng)程序編譯成驅(qū)動(dòng)模塊。對(duì)于驅(qū)動(dòng)模塊的安裝,一種方法是重新編譯Linux內(nèi)核將驅(qū)動(dòng)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(dòng)態(tài)地裝載和卸載設(shè)備驅(qū)動(dòng)模塊。我們?cè)贗ntelXscalePXA255評(píng)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(dòng)模塊加載到系統(tǒng)內(nèi)核。運(yùn)行后取得了理想的效果。 5 結(jié)束語(yǔ) 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(dòng)程序設(shè)計(jì)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(dòng)程序設(shè)計(jì)的編程方法。對(duì)于在嵌入式Linux操作系統(tǒng)下進(jìn)行其它設(shè)備的驅(qū)動(dòng)開發(fā)具有一定的啟示作用。 |
