基于嵌入式技术的智能仪器触摸屏接口设计

2 触摸屏接口驱动程序

Linux驱动程序是系统内核的一部分， 它把软件和硬件分离开来， 并向上提供应用程序访问硬件的通信接口， 向下管理保护系统硬件。触摸屏在Linux下被定义为字符设备， 其驱动主要完成触点电压的采集， 并向用户空间传递X 坐标、Y坐标和笔动作（按下、抬起或拖拽） 数据。当触笔按下时， ADS7843的11脚输出低电平， 触发PXA255通用IO口的12脚产生外部中断， 开启定时器， 实现触摸屏的动作。触摸屏的驱动流程如图3所示。

图3 触摸屏驱动程序结构流程

2.1 驱动的编写

触摸屏驱动在Linux框架下属于字符设备驱动。

驱动的入口函数为ads7843 _ ts_ init （ ） , 在该函数中，初始化I/O口， 注册笔中断和设备节点， 完成设备文件系统创建标准字符设备的初始化工作[ 8 - 10 ].触摸屏设备操作的结构通过ads7843_ts_fop s定义。

　　STatic struct file_operatiONs ads7843_ts_fop s = {

　　read: ads7843_ts_read,

　　poll: ads7843_ts_poll,

　　ioctl: ads7843_ts_ioctl,

　　fasync: ads7843_ts_fasync,

　　open: ads7843_ts_open,

　　release: ads7843_ts_release,

　　};

这样， 只需根据实际需要正确定义该结构中的几个函数过程， 就可完成设备驱动的开发。

当触摸屏设备被打开时， 首先执行到ads7843_ts_open （ ）函数， 并在该函数中， 初始化一个缓冲区， 用于存储坐标数据。在触摸屏被按下后， 系统首先触发中断， 在ads7843_ts_interrup t （ ）中断程序中， 判断in_timehandle全局变量的状态， in_ timehandle在定时器函数中被改变， 也就是说进入中断后， 先经过定时器延时20ms, 完成触摸屏的软件去抖， 再判断触摸屏是否被按下。然后通过read_xy （ ）函数分别切换至X和Y 通道， 完成触点电压的AD转换， 并读取12 位坐标值。

　　static void ads7843_ ts_ interrup t （ int IRq, void 3 dev_ id,

　　struct p t_regs3 regs）

　　{

　　sp in_lock_irq （&tsdevlock） ;

　　if （ in_timehandle > 0）

　　{

　　sp in_unlock_irq （&tsdevlock） ;

　　return;

　　}

　　disable_irq （ IRQ_GPIO_ADS7843） ;

　　ads7843_ts_starttimer （ ） ;

　　sp in_unlock_irq （&tsdevlock） ;

　　}

应用程序调用read （ ） 函数时， 进入驱动的ads7843_ts_read （ ）接口函数。在该接口函数中获取采样结果， 判断是否要对坐标进行校准， 将最终结果写入到缓冲区中， 并通过copy_to_user （ ）函数将其从内核空间复制到用户空间， 以使应用程序能够使用。在ads7843_ts_read （ ）函数中采用了非阻塞型操作， 使得在没有数据到达的时候立即返回， 然后用异步触发fasync （ ）来通知数据的到来。ads7843 _ ts_poll （ ）函数用于驱动程序的非阻塞操作， ads7843_ts_fasync （ ）函数用于驱动异步触发。ads7843_ts_ioctl （ ）函数中， 提供了可从用户态控制的参数， 如触摸屏是否在驱动中校准、屏幕的最大最小坐标值等。ads7843_ts_release（ ）函数用来关闭触摸屏设备。

2.2 触摸屏的校准

在仪器开发过程中，触摸屏作为输入设备与LCD配合使用。为了能使从触摸屏采样得到坐标与屏幕的显示坐标对应， 还需要做一个映射， 也就是要对触摸屏进行校准。如图4所示， 所用的触摸屏和液晶屏都是标准的矩形， 只要安装合理， 可以认为触摸屏的X 方向坐标只与显示屏X 方向相关， Y方向坐标只与显示屏的Y方向相关。假设显示屏的分辨率是W ×H, 显示区域的左上角对应的触摸屏采样坐标是（ x1 , y1 ） ,右下角对应的坐标是（ x2 , y2 ） , 那么触摸屏上任意一点采样坐标（ x, y） 与显示屏坐标（ xd , yd ） 的对应关系可以按照如下公式计算：

这样， 在测得（ x1 , y1 ） 和（ x2 , y2 ） 点触摸屏的采样值后， 利用上述公式编制校准函数， 在触摸屏工作的过程中， 计算出实际触摸点对应的显示坐标，完成触摸屏的校准。

图4　触摸屏的校准

3 触摸屏用户应用程序

创建的Linux设备文件系统触摸屏节点为/dev/ts.在应用程序中， 可以像打开文件一样用open函数打开设备文件， 然后用read （ ）函数读取由驱动传递到用户空间的数据。仪器应用程序的开发采用MiniGU I进行， MiniGU I是由北京飞漫公司开发， 可应用于实时嵌入式系统中的轻量级图形用户界面支持系统。其函数接口与Windows SDK类似， 开发方便。

MiniGU I的输入抽象层（ IAL: Input Abstract Layer）提供了对触摸屏、鼠标等输入设备的丰富支持， 并支持PXA255处理器平台。只要经过简单的设置就可以在应用程序中使用触摸屏。配置安装MiniGU I时， 使用22enable2px255bial项， 由于在安装MiniGU I时采用了内嵌资源的静态编译方式， 所以在编译之前， 需在MiniGU I的src / sysres/目录下建立mgetc2pxa1c 文件，并在其中用下面语句设置系统参数， 将触摸屏设为输入设备。

static char * SYSTEM_VALUES[ ] = { " fbcon" ," PX255B" , " /dev/ ts" , " none" };

MiniGU I对触摸屏输入的处理方式如图5 所示。