基于MecGo平臺的觸摸屏驅動設計方案

引言

隨著人們對操控要求的不斷提高，市場上出現(xiàn)了越來越多的高端手機、平板電腦，這些產(chǎn)品共同的特點就是給人們提供了非常便利的操控方式，尤其是電容觸摸屏的使用，它能很好地實現(xiàn)多點觸控功能。多點觸控技術是當今炙手可熱的技術，它讓人們的生活方式得到了前所未有的改變。電容觸摸屏已經(jīng)成為高端手機的標配，如蘋果的iPhone以及HTC Motorola的一些高端手機，雖然目前電容屏的價格較貴，但隨著工藝的提高，其價格必定會下降，再加上其給用戶帶來的豐富體驗，電容觸摸屏的使用必將越來越廣泛。MeeGo是Intel和Nokia公司合作開發(fā)的開源操作系統(tǒng)，基于Linux內(nèi)核，其良好的開源性為驅動程序的開發(fā)提供了很好的基礎條件。本設計在MeeGo1.1版本下，并基于Linux 2.6.35內(nèi)核來討論實現(xiàn)電容式觸摸屏的驅動開發(fā)技術。

1 電容觸摸屏原理

電容式觸摸屏是利用人體的電流感應工作的，分為表面電容式和投射電容式，前者不能識別多點，后者可以識別多點，因此設計采用投射電容式觸摸屏。投射電容式觸摸屏是傳感器利用觸摸屏電極發(fā)射出靜電場線而工作的，分為交互電容和自我電容。設計采用的是交互電容式觸摸屏。它是在玻璃表面用ITO（氧化銦錫）制作橫向與縱向的電極，兩組電極交叉之處將會形成電容，即這兩組電極分別構成了電容的兩極。

當電容屏被手指觸摸時，手指就會吸收一個很小的電流，從而改變了觸摸點附近電極之間的藕合，這就會改變這兩個電極之間的電容量。檢測投射式電容屏大小時，橫向的電極依次發(fā)射信號，縱向的所有電極同時接收信號，這樣就能得到兩電極交匯點的電容值大小，也就是整個觸摸屏平面的電容大小?？梢該?jù)此算出每一個觸摸點的坐標，圖1為投射式電容屏的等效電路示意圖。

2 Linux輸入子系統(tǒng)

Linux輸入子系統(tǒng)（以下簡稱輸入子系統(tǒng)）是基于內(nèi)核對象kobject實現(xiàn)的，應用于Linux 2.6.35內(nèi)核中。憑借該機制內(nèi)核通過輸入子系統(tǒng)向用戶空間輸出設備的各類消息，方便了對設備的管理。輸入子系統(tǒng)由系統(tǒng)核心層、驅動層和事件處理層三部分組成。一個輸入事件如鼠標移動、鍵盤按鍵按下等操作通過驅動層、系統(tǒng)核心層、事件處理層到達用戶空間，傳給應用程序。

這樣在設計驅動程序時只需要考慮驅動層的實現(xiàn)就可以了，減少了工作量，降低了設計難度。另外基于子系統(tǒng)的設計提高了驅動程序的可移植性和可適應性，因為基于子系統(tǒng)的驅動程序設計不用考慮向上層報告輸入設備的接口沒計，此工作由輸入子系統(tǒng)來完成，而輸入子系統(tǒng)對上層的接口具有通用性，可以使驅動程序的使用范圍得到擴展。圖2是Linux輸入子系統(tǒng)的框架圖。

3 觸摸屏驅動程序設計

3.1 觸摸屏驅動工作原理

本設計重在提出觸摸屏驅動的整體設計方案，該設計流程也適用于其他觸摸屏驅動設計開發(fā)。此設計可以采用SPI總線作為觸摸屏和處理器的接口，硬件連接示意圖如圖3所示。TOUCH SCREEN是電容式觸摸屏，可采用FT5201電容式全屏觸摸芯片，INT是中斷引腳，當觸摸屏被觸摸時，通過INT引腳觸發(fā)中斷處理程序，CPU可采用Intel公司的Atom D510處理器。

SPI總線是一種高速的、全雙工、同步的通信總線，以主從方式工作，有4根線分別是SDI（數(shù)據(jù)輸入）、SDO（數(shù)據(jù)輸出）、CLK（時鐘）、CS（片選）。SPI總線為了與外設進行數(shù)據(jù)交換，其輸出串行同步時鐘相位和極性可以根據(jù)外設工作要求進行配置。時鐘相位（CPHA）能夠配置用于選擇兩種不同的傳輸協(xié)議之一進行數(shù)據(jù)傳輸。如果CPHA=0，在串行同步時鐘的第一個跳變沿（上升或下降）數(shù)據(jù)被采樣；如果CPHA=1，在串行同步時鐘的第二個跳變沿（上升或下降）數(shù)據(jù)被采樣。時鐘極性（CPOL）對傳輸協(xié)議沒有重大的影響，如果CPOL=0，串行同步時鐘的空閑狀態(tài)為低電平；如果CPOL=1，串行同步時鐘的空閑狀態(tài)為高電平。

3.2 驅動程序軟件設計

依托Linux輸入子系統(tǒng)架構，驅動程序的設計需要完成以下工作。

（1）分配、注冊、注銷input設備

各個接口函數(shù)如下：

◆分配函數(shù)為struct input_dev*input_allocate_device（void）；

◆注冊函數(shù)為int input_register_device（struct input_dev*devr）；

◆注銷函數(shù)為void input_unregister_device（struct input_dev*dev）。

（2）設置input設備支持的事件類型

通過set_bit（）告訴所支持的事件類型，觸摸屏的事件類型代碼為EV_ABS（0x03）。

（3）電容觸摸屏參數(shù)設置

由input_set_abs_params（）函數(shù)完成，代碼如下：

input_set_abs_params（input，ABS_X，0，960，0，0）；

//屏幕分辨率為960×640

Input_set_abs_params（input，ABS_Y，0.640，0，0）；

//X坐標范圍0~960

Input_set_abs_params（input，ABS_MAJOR，0，255，0，0）；

//Y坐標范圍0~640

（4）上報輸入事件

觸摸屏被觸摸感應時，通過input_report_abs（）函數(shù)上報發(fā)生的事件及坐標值。

3.3 驅動設計的主要函數(shù)

（1）void spi_init（）函數(shù)

在該函數(shù)中通過spi_register_driver（strcut spi_driver*drv）來注冊觸摸屏SPI接口。

（2）Touch_probe（）函數(shù)

在這個函數(shù)中，會對SPI總線的相關參數(shù)進行配置，并注冊open（）和close（）函數(shù)。調(diào)用input_dev*input_allocate_device（void）進行輸入設備分配；調(diào)用set_bit（EV_ABS，input_evbit）來設置觸摸屏事件；調(diào)用input_set_params（）設置坐標范圍及接觸點主軸長度范圍；最后調(diào)用input_register_device（struct input_dev*dev）把觸摸屏注冊為輸入子系統(tǒng)設備。

（3）觸摸屏中斷注冊及中斷處理函數(shù)

request_irq（TOUCH IRQ，Touch interrupt，0，“touch”，NULL）為中斷函數(shù)注冊，其中Touch_interrupt是中斷處理函數(shù)。當觸摸屏有感應時將拉低INT引腳，此時便觸發(fā)中斷處理函數(shù)Touch_interrupt.該中斷函數(shù)調(diào)用intput_report_abs（）將采集到的坐標數(shù)據(jù)上報給輸入子系統(tǒng)，當為單點觸摸時，上報該觸點；當為多點觸摸時，依次將每個點的坐標上報。這里為了消除抖動帶來的誤操作，在中斷處理程序中啟用了一個定時器init_timer（），進入中斷后將延時5 ms，然后才對數(shù)據(jù)讀取。

3.4 數(shù)據(jù)的處理

電容式觸摸屏支持多點識別，所以必須要處理好多點數(shù)據(jù)的采集，為此將采集到的數(shù)據(jù)放到事先分配好的緩存read_data［］中。該緩存存有觸點的個數(shù)以及各個觸點的坐標值，為了保證每一點的準確性和完整性，需要用內(nèi)核函數(shù)input_mt_sync（）進行同步。具體的讀取代碼如下：

結語

多點觸控技術的使用將成為這個時代的標志。本文基于MecGo平臺，對電容屏的原理及驅動開發(fā)進行了詳細的分析討論，并基于Linux輸入子系統(tǒng)的框架開發(fā)驅動，減少了驅動開發(fā)的工作量，提高了程序的可移植性。在此驅動基礎上，并結合MeeGo提供的多點觸摸界面框架（MeeGo Touch UI Framework，MTF），就可以實現(xiàn)多點觸控的功能。