【i.MX6ULL】驅(qū)動開發(fā)12——電容觸摸驅(qū)動實(shí)踐(上)

上篇文章介紹了LCD屏幕的使用，這個屏幕還有觸摸功能，本篇就來介紹LCD的觸摸功能的使用。

關(guān)于觸摸的內(nèi)容有點(diǎn)多，分為上下兩篇進(jìn)行講解，本篇先介紹觸摸驅(qū)動的編寫以及將觸摸點(diǎn)坐標(biāo)實(shí)時打印出來進(jìn)行測試，先有一個整體的使用感受，下篇文章再介紹具體的觸摸上報協(xié)議以及圖形化的測試方法。

1 觸摸介紹

LCD的觸摸功能，本質(zhì)就是顯示屏上再疊加一層透明的觸摸屏，實(shí)現(xiàn)觸摸的方式與LCD進(jìn)行交互。

觸摸屏分為電阻觸摸屏和電容觸摸屏。

電阻觸摸屏是一種傳感器，其結(jié)構(gòu)是薄膜加上玻璃的結(jié)構(gòu)，兩結(jié)構(gòu)相鄰的一面上均涂有ITO（一種導(dǎo)電性和透明性很好的）涂層。當(dāng)觸摸操作時，兩層結(jié)構(gòu)擠壓接觸，經(jīng)由感應(yīng)器傳出相應(yīng)的電信號，通過運(yùn)算轉(zhuǎn)化為屏幕上的X、Y值。

電容技術(shù)觸摸屏CTP（Capacity Touch Panel）是利用人體的電流感應(yīng)進(jìn)行工作的。電容屏是一塊四層復(fù)合玻璃屏，電容式觸摸屏就是支持多點(diǎn)觸摸的人機(jī)交互方式，普通電阻式觸摸屏只能進(jìn)行單一點(diǎn)的觸控。

1.1 硬件原理圖

本篇使用的是野火的7寸電容觸摸屏，分辨率和屏幕一樣，800x480。觸摸驅(qū)動芯片我GT911，是IIC接口的芯片。

觸摸芯片有四個引腳：

SDA：觸摸芯片的IIC 通信引腳

SCL：觸摸芯片的IIC 通信引腳

RSTN：觸摸芯片的復(fù)位引腳

INT：觸摸芯片的中斷引腳

對應(yīng)板子原理圖的觸摸接口如下：

對應(yīng)屏幕原理圖的觸摸接口如下：

2 編寫觸摸驅(qū)動代碼

觸摸芯片用到IIC通信，還要用到復(fù)位引腳和中斷引腳，因此需要先在設(shè)備樹中對引腳信息進(jìn)行配置。

2.1 修改設(shè)備樹

修改imx6ull_myboard.dts文件。

在設(shè)備樹中把觸摸要用到的引腳追加到 iomuxc即可。

需要注意的是，SNVS_TAMPER9 引腳被復(fù)用為 GPIO5_IO09，需要追加到 iomuxc_snvs 節(jié)點(diǎn)。

2.1.1 IIC引腳

觸摸芯片用到的是IIC1，這兩個引腳在設(shè)備樹中以及默認(rèn)添加了，無需修改：

2.1.2 復(fù)位引腳

&iomuxc節(jié)點(diǎn)中添加：

/*my gt911*/
pinctrl_tsc_reset: tscresetgrp {
    fsl,pins = <
        /* used for tsc reset */
        MX6UL_PAD_LCD_RESET__GPIO3_IO04 0x10b0
        >;
};

2.1.3 中斷引腳

&iomuxc_snvs節(jié)點(diǎn)中添加：

/*my gt911*/
pinctrl_tsc_irq: tsc_irq {
    fsl,pins = <
        /* used for tsc irq */
        MX6ULL_PAD_SNVS_TAMPER9__GPIO5_IO09   0x4001b8b0
        >;
}

2.1.4 IIC設(shè)備添加GT911

GT911觸摸驅(qū)動作為一個IIC設(shè)備掛載在IIC1總線上，找到IIC1節(jié)點(diǎn)：

需要在 IIC1 設(shè)備節(jié)點(diǎn)下追加相應(yīng)的子節(jié)點(diǎn)：

gt911_tsc@5d {
    compatible = "goodix,gt911";
	reg = <0x5d>;
    pinctrl-0 = <&pinctrl_tsc_reset>;
    pinctrl-1 = <&pinctrl_tsc_irq>;
    reset-gpios = <&gpio3 4 GPIO_ACTIVE_LOW>;
    irq-gpios = <&gpio5 9 GPIO_ACTIVE_HIGH>;
    interrupt-parent = <&gpio5>;
    interrupts = <9 IRQ_TYPE_EDGE_FALLING>;
};

修改后：

reg = <0x5d>是GT911觸摸芯片在 IIC1總線上的地址。

2.2 觸摸芯片數(shù)據(jù)寄存器

查看GT911的數(shù)據(jù)手冊，找到寄存器相關(guān)的表格：

主要關(guān)注以下這些寄存器，它們是用來讀取觸摸坐標(biāo)點(diǎn)的：

0x814E：這個寄存器很重要，它是可讀可寫的寄存器，通過讀取該寄存器，可以知道當(dāng)前是否有觸摸點(diǎn)（由最高位表示），以及有幾個觸摸點(diǎn)（由低3位表示）

0x814F~0x8156：是第一組觸摸的坐標(biāo)數(shù)據(jù)

0x814F：是觸摸點(diǎn)的追蹤id，GT911支持5點(diǎn)觸摸，這里id的取值為0~4

0x8150：觸摸點(diǎn)1的x坐標(biāo)(低字節(jié))

0x8151：觸摸點(diǎn)1的x坐標(biāo)(高字節(jié))y

0x8152：觸摸點(diǎn)1的y坐標(biāo)(低字節(jié))

0x8153：觸摸點(diǎn)1的y坐標(biāo)(高字節(jié))

0x8154~0x8156：暫不使用

0x8157以后的寄存器：與第一組觸摸的坐標(biāo)數(shù)據(jù)的含義類似，一個有五組

注：GT911支持硬件追蹤觸摸點(diǎn)，因此為每個觸摸點(diǎn)提供了一個track id，舉個簡單的例子，當(dāng)5個手指依次觸摸到屏幕時，5組坐標(biāo)寄存器中的track id會依次是0、1、2、3、4，當(dāng)松開第1個手指時，即track id為0的點(diǎn)沒有了，此時5組坐標(biāo)寄存器，是只有前45組坐標(biāo)寄存器有數(shù)據(jù)，track id會依次是1、2、3、4（理解這個很重要，因?yàn)槲乙婚_始想當(dāng)然的誤認(rèn)為，移開第1個手指時，是第1組坐標(biāo)寄存器沒數(shù)據(jù)了）

2.3 編寫驅(qū)動程序

新建gt911.c文件作為驅(qū)動文件

觸摸芯片GT911的使用，本質(zhì)是使用IIC通信，進(jìn)行數(shù)據(jù)的讀寫，因?yàn)橛|摸屏的驅(qū)動，實(shí)際就是IIC驅(qū)動。另外，觸摸的數(shù)據(jù)是通過中斷的方式觸發(fā)的，因此觸摸驅(qū)動的編寫，涉及到中斷的處理。在中斷時，讀取到觸摸數(shù)據(jù)后，要傳遞到應(yīng)用層，這里是使用Linux的input子系統(tǒng)(這也是Linux的一種軟件分層設(shè)計的方式)。

所以，編寫觸摸驅(qū)動，主要涉及3點(diǎn)：

IIC協(xié)議的驅(qū)動

中斷的處理（獲取觸摸數(shù)據(jù)）

input子系統(tǒng)（將觸摸數(shù)據(jù)傳遞到應(yīng)用層）

2.3.1 IIC驅(qū)動架構(gòu)

GT911的驅(qū)動按照IIC驅(qū)動來寫，當(dāng)驅(qū)動運(yùn)行時，會自動運(yùn)行gt911_probe，在這個函數(shù)中會進(jìn)行各種初始化操作。另外注意匹配列表，這里的“goodix,gt911”對應(yīng)設(shè)備樹中添加的設(shè)備節(jié)點(diǎn)，兩處的名字要一致。

/* 匹配列表 */
static const struct of_device_id gt911_of_match[] = {
    {.compatible = "goodix,gt911"},
    {/* Sentinel */}
};

/* i2c驅(qū)動結(jié)構(gòu)體 */
struct i2c_driver gt911_i2c_driver = {
    .driver = {
        .owner = THIS_MODULE,
        .name = "gt911",   /* 驅(qū)動名字 用于和設(shè)備匹配  適用于沒有設(shè)備樹的情況*/
        .of_match_table =gt911_of_match,  /* 設(shè)備樹匹配列表 */
    },
    .probe =gt911_probe,
    .remove =gt911_remove,
    .id_table = gt911_id, /* id配置列表 */
};

2.3.2 驅(qū)動的初始化流程

gt911_probe函數(shù)進(jìn)行觸摸驅(qū)動的初始化，基本流程就是從設(shè)備樹獲取觸摸節(jié)點(diǎn)，然后進(jìn)行IO的初始化，中斷和復(fù)位的初始化以及觸摸器件的初始化等。

static int gt911_probe(struct i2c_client *client, const struct i2c_device_id *id)
{
    u8 ret = 0; 
    gt911.client = client; 
    printk("[BSP] gt911 driver and device has match!\r\n");

    /* 獲取設(shè)備樹中的中斷和復(fù)位引腳 */
    printk("[BSP] get gpios\r\n");
    gt911.irq_pin   = of_get_named_gpio(client->dev.of_node, "irq-gpios", 0);
    gt911.reset_pin = of_get_named_gpio(client->dev.of_node, "reset-gpios", 0);

    /* 初始化復(fù)位引腳 */
    ret = gt911_ts_reset(client, >911);

    /* 初始化gt911 */
    printk("[BSP] init gt911\r\n");
    gt911_write_reg(>911, GT_CTRL_REG, 2);  /* 軟復(fù)位 */
    mdelay(100);
    gt911_write_reg(>911, GT_CTRL_REG, 0);  /* 停止軟復(fù)位 */
    mdelay(100);

    /* input 注冊設(shè)備*/
    printk("[BSP] init input device\r\n");
    gt911.input  = devm_input_allocate_device(&client->dev);
    
    /* 初始化input */
    gt911.input->name = client->name;
    gt911.input->id.bustype = BUS_I2C;
    gt911.input->dev.parent = &client->dev;
    
    /* 設(shè)置input設(shè)備需要上報哪些事件*/
    __set_bit(EV_SYN, gt911.input->evbit);
    __set_bit(EV_KEY, gt911.input->evbit);      /* 按鍵事件 */
    __set_bit(EV_ABS, gt911.input->evbit);      /* 重復(fù)事件 */
    /* 設(shè)置input設(shè)備需要上報哪些按鍵*/
    __set_bit(BTN_TOUCH, gt911.input->keybit);  /* 觸摸值 */
    
    /* 多點(diǎn)觸摸 */
    input_mt_init_slots(gt911.input, MAX_SUPPORT_POINTS, 0);  /*觸摸點(diǎn)的數(shù)量 */
    input_set_abs_params(gt911.input, ABS_MT_POSITION_X,0, 800, 0, 0);
    input_set_abs_params(gt911.input, ABS_MT_POSITION_Y,0, 480, 0, 0);

    /* 注冊input */
    ret = input_register_device(gt911.input);
    
    /* 最后初始化中斷 */
    ret = gt911_ts_irq(client, >911);
    
    printk("[BSP] %s done \r\n",__FUNCTION__);
    return 0;
}

2.3.3 復(fù)位與中斷的初始化

復(fù)位引腳的初始化主要就是拉低再拉高復(fù)位引腳，實(shí)現(xiàn)復(fù)位，主要內(nèi)容為：

/* 申請復(fù)位IO 并且默認(rèn)輸出高電平 */
devm_gpio_request_one(&client->dev,
                      dev->reset_pin,
                      GPIOF_OUT_INIT_HIGH,
                      "gt911 reset");

gpio_set_value(dev->reset_pin, 0);  /* 復(fù)位 */
msleep(10);
gpio_set_value(dev->reset_pin, 1);  /* 停止復(fù)位 */
msleep(300);

中斷的初始化，包括IO的申請和中斷函數(shù)的注冊：

/* 申請復(fù)位 IO */
devm_gpio_request_one(&client->dev,
                      dev->irq_pin,
                      GPIOF_IN,
                      "gt911 irq");

/* 申請中斷  */
devm_request_threaded_irq(&client->dev,
                          client->irq,
                          NULL,
                          gt911_irq_handler, /* 中斷處理函數(shù) */
                          IRQF_TRIGGER_FALLING | IRQF_ONESHOT, /* 觸發(fā)方式 */
                          client->name,
                          >911);

2.3.4 中斷處理函數(shù)

這里僅貼出gt911_irq_handler的主要內(nèi)容，基本思路是先讀取0x814E（GT_GSTID_REG）這一個寄存器，判斷觸摸點(diǎn)的數(shù)量，然后再讀取對應(yīng)的坐標(biāo)點(diǎn)數(shù)據(jù)寄存器，依次上報數(shù)據(jù)。

/* -----讀取觸摸信息寄存器----- */
ret = gt911_read_regs(dev, GT_GSTID_REG, &data, 1); 
if(data == 0x00) /* 沒有觸摸數(shù)據(jù)*/
{  
    goto fail;
}
else
{  /* 統(tǒng)計觸摸信息 */
    status       = data >> 7;          // bit7：1表示坐標(biāo)（或按鍵）已經(jīng)準(zhǔn)備好，主控可以讀取  0 表示未就緒，數(shù)據(jù)無效
    large_detect = (data >> 6) & 0x01; // bit6：
    touch_num    = data & 0x0f;        // bit3~0：屏上的坐標(biāo)點(diǎn)個數(shù)
}

if(touch_num) /* 有觸摸按下 */
{
    /* -----讀取具體的觸摸點(diǎn)數(shù)據(jù)寄存器----- */
    gt911_read_regs(dev, GT_TP1_REG, buf, BUFFER_SIZE);
    id = buf[0]; // 數(shù)據(jù)中的第一個觸摸點(diǎn)的id
    touch_index |= (0x01input, MT_TOOL_FINGER, true);   // 指定手指觸摸  連續(xù)觸摸
            input_report_abs(dev->input, ABS_MT_POSITION_X, input_x);   // 上報觸摸點(diǎn)坐標(biāo)信息 
            input_report_abs(dev->input, ABS_MT_POSITION_Y, input_y);   // 上報觸摸點(diǎn)坐標(biāo)信息
            printk("[%d](%d, %d) ", id, input_x, input_y);

            report_num++;
            if (report_num < touch_num)
            {
                pos += 8;
                id = buf[pos];
                touch_index |= (0x01input, MT_TOOL_FINGER, false);   // 關(guān)閉手指觸摸 
        }
    }
    printk("\r\n");
}
else if(last_index)/* 觸摸釋放 */
{
    for (i = 0; i < 5; i++)
    {
        if ((last_index & (0x01<input, i); /* 上報觸摸點(diǎn) */
            input_mt_report_slot_state(dev->input, MT_TOOL_FINGER, false); // 關(guān)閉手指觸摸 
        }
    }
}
last_index = touch_index;

input_mt_report_pointer_emulation(dev->input, true); 
input_sync(dev->input);   /* 同步數(shù)據(jù) 數(shù)據(jù)上報完成 */

data = 0x00;  /* 向0x814E寄存器寫0  不然就會一直進(jìn)入中斷 */
gt911_write_regs(dev, GT_GSTID_REG, &data, 1);   //寫入)))>);>);>

總結(jié)一下GT911多點(diǎn)觸摸驅(qū)動的執(zhí)行流程：

3 使用Linux內(nèi)核自帶的驅(qū)動(未測試)

對于觸摸屏的驅(qū)動，NXP已經(jīng)編寫好了觸摸驅(qū)動，加以修改可以在自己的板子上使用。

不過我沒有測試成功，以后有時間再搞，所以這一部分內(nèi)容可以跳過。

我這個7寸屏的驅(qū)動型號為GT911，屬于 GOODIX 公司生產(chǎn)的觸摸芯片，該觸摸驅(qū)動已默認(rèn)添加到了Linux內(nèi)核中，位于：/drivers/input/touchscreen/goodix.c。

使用Linux內(nèi)核自代的驅(qū)動，還需要進(jìn)行內(nèi)核配置。在Linux內(nèi)核源碼目錄，輸入以下指令打開內(nèi)核的圖形化配置：

make ARCH=arm CROSS_COMPILE=arm-linux-gnueabihf- menuconfig

到達(dá)Linux內(nèi)核配置界面，然后按下路徑找到對應(yīng)的配置項(xiàng)：

-> Device Drivers 
	-> Input device support         
		-> Touchscreens (INPUT_TOUCHSCREEN [=y])
			<*>   Goodix I2C touchscreen  

最終到達(dá)這個界面：

按下y勾選上星號，連按多次ESC退出，最后提示保存，按下y保存配置。

然后需要重新編譯zImage和設(shè)備樹，到Linux內(nèi)核源碼目錄，執(zhí)行之前的編寫的編譯腳本

./build_myboard.sh 

編譯的時候會彈出Linux圖形配置界面， 不需要做任何的配置， 直接按兩下ESC鍵退出圖形界面

將編譯出zImage（arch/arm/boot目錄）和imx6ull-myboard.dtb (arch/arm/boot/dts目錄)復(fù)制到網(wǎng)絡(luò)啟動位置

cp arch/arm/boot/zImage ~/myTest/tftpboot/nxp/
cp arch/arm/boot/dts/imx6ull-myboard.dtb ~/myTest/tftpboot/nxp/

4 觸摸測試

使用自己編寫的觸摸驅(qū)動程序，進(jìn)行測試。

make imx6ull-myboard.dtb
cp arch/arm/boot/dts/imx6ull-myboard.dtb ~/myTest/tftpboot/nxp/

4.1 編譯設(shè)備樹

首先是編譯設(shè)備樹，驗(yàn)證添加的觸摸節(jié)點(diǎn)是否工作正常，在Linux內(nèi)核源碼目錄執(zhí)行下面的命令，重新編譯設(shè)備樹并拷貝到網(wǎng)絡(luò)啟動位置。

make imx6ull-myboard.dtb
cp arch/arm/boot/dts/imx6ull-myboard.dtb ~/myTest/tftpboot/nxp/

然后重啟開發(fā)板，可以先到如下位置，查看設(shè)備樹的節(jié)點(diǎn)是否正常：

4.2 編譯驅(qū)動文件

然后是編譯驅(qū)動文件，也就是gt911.c，編譯方式和之前一樣，在ubuntu中使用Makefile進(jìn)行交叉編譯。

本篇暫未用到對應(yīng)的觸摸應(yīng)用程序，所有的觸摸坐標(biāo)打印都是在驅(qū)動程序中通過printk的方式進(jìn)行內(nèi)核打印。

編譯完驅(qū)動后，將對應(yīng)的.ko文件復(fù)制到板子中。

4.3 測試觸摸點(diǎn)的坐標(biāo)輸出

先加載觸摸驅(qū)動，串口會打印出為觸摸分配的event，我這里是event2。

然后執(zhí)行下面的指令進(jìn)行觸摸測試：

hexdump /dev/input/event2 

將手指放到屏幕上，就可以在LCD屏幕上看到坐標(biāo)值的打印，比如將手指放到屏幕左下角，對應(yīng)輸出的值大致就是屏幕的最大位置（800，480）：

GT911支持多點(diǎn)觸摸，驅(qū)動程序中也對多點(diǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行了獲取和打印，將多個手指放到屏幕上，可以看到最多有5個觸摸點(diǎn)的坐標(biāo)打?。?/p>

5 總結(jié)

本篇主要介紹了多點(diǎn)觸摸芯片GT911的驅(qū)動編寫與使用，并通過將觸摸點(diǎn)實(shí)時打印的方式，測試觸摸功能。

附：視頻演示

https://www.bilibili.com/video/BV1sZ4y1Q7da