引言

　　本文基于Nokia和Intel公司合作開發(fā)的開源操作系統(tǒng)MeeGo，采用基于內(nèi)核對(duì)象的Linux輸入子系統(tǒng)來設(shè)計(jì)觸摸屏的驅(qū)動(dòng)。該方案極大地方便了觸摸屏的驅(qū)動(dòng)開發(fā)，可應(yīng)用在車載娛樂、上網(wǎng)本、智能手機(jī)等電子產(chǎn)品上。

　　1 電容觸摸屏原理

　　電容式觸摸屏是利用人體的電流感應(yīng)工作的，分為表面電容式和投射電容式，前者不能識(shí)別多點(diǎn)，后者可以識(shí)別多點(diǎn)，因此設(shè)計(jì)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(chǎng)線而工作的，分為交互電容和自我電容。設(shè)計(jì)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(huì)形成電容，即這兩組電極分別構(gòu)成了電容的兩極。

　　當(dāng)電容屏被手指觸摸時(shí)，手指就會(huì)吸收一個(gè)很小的電流，從而改變了觸摸點(diǎn)附近電極之間的藕合，這就會(huì)改變這兩個(gè)電極之間的電容量。檢測(cè)投射式電容屏大小時(shí)，橫向的電極依次發(fā)射信號(hào)，縱向的所有電極同時(shí)接收信號(hào)，這樣就能得到兩電極交匯點(diǎn)的電容值大小，也就是整個(gè)觸摸屏平面的電容大小?？梢該?jù)此算出每一個(gè)觸摸點(diǎn)的坐標(biāo)，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(jiǎn)稱輸入子系統(tǒng))是基于內(nèi)核對(duì)象kobject實(shí)現(xiàn)的，應(yīng)用于Linux 2.6.35內(nèi)核中。憑借該機(jī)制內(nèi)核通過輸入子系統(tǒng)向用戶空間輸出設(shè)備的各類消息，方便了對(duì)設(shè)備的管理。輸入子系統(tǒng)由系統(tǒng)核心層、驅(qū)動(dòng)層和事件處理層三部分組成。一個(gè)輸入事件如鼠標(biāo)移動(dòng)、鍵盤按鍵按下等操作通過驅(qū)動(dòng)層、系統(tǒng)核心層、事件處理層到達(dá)用戶空間，傳給應(yīng)用程序。

　　這樣在設(shè)計(jì)驅(qū)動(dòng)程序時(shí)只需要考慮驅(qū)動(dòng)層的實(shí)現(xiàn)就可以了，減少了工作量，降低了設(shè)計(jì)難度。另外基于子系統(tǒng)的設(shè)計(jì)提高了驅(qū)動(dòng)程序的可移植性和可適應(yīng)性，因?yàn)榛谧酉到y(tǒng)的驅(qū)動(dòng)程序設(shè)計(jì)不用考慮向上層報(bào)告輸入設(shè)備的接口沒計(jì)，此工作由輸入子系統(tǒng)來完成，而輸入子系統(tǒng)對(duì)上層的接口具有通用性，可以使驅(qū)動(dòng)程序的使用范圍得到擴(kuò)展。圖2是Linux輸入子系統(tǒng)的框架圖。

　　3 觸摸屏驅(qū)動(dòng)程序設(shè)計(jì)

　　3.1 觸摸屏驅(qū)動(dòng)工作原理

　　本設(shè)計(jì)重在提出觸摸屏驅(qū)動(dòng)的整體設(shè)計(jì)方案，該設(shè)計(jì)流程也適用于其他觸摸屏驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)開發(fā)。此設(shè)計(jì)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(dāng)觸摸屏被觸摸時(shí)，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(shí)鐘)、CS(片選)。SPI總線為了與外設(shè)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，其輸出串行同步時(shí)鐘相位和極性可以根據(jù)外設(shè)工作要求進(jìn)行配置。時(shí)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(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。如果CPHA=0，在串行同步時(shí)鐘的第一個(gè)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(shí)鐘的第二個(gè)跳變沿(上升或下降)數(shù)據(jù)被采樣。時(shí)鐘極性(CPOL)對(duì)傳輸協(xié)議沒有重大的影響，如果CPOL=0，串行同步時(shí)鐘的空閑狀態(tài)為低電平;如果CPOL=1，串行同步時(shí)鐘的空閑狀態(tài)為高電平。

　　3.2 驅(qū)動(dòng)程序軟件設(shè)計(jì)

　　依托Linux輸入子系統(tǒng)架構(gòu)，驅(qū)動(dòng)程序的設(shè)計(jì)需要完成以下工作。

　　(1)分配、注冊(cè)、注銷input設(shè)備

　　各個(gè)接口函數(shù)如下：

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

　　◆注冊(cè)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(shè)置input設(shè)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(shè)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(biāo)范圍0～960

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

　　//Y坐標(biāo)范圍0～640

　　(4)上報(bào)輸入事件

　　觸摸屏被觸摸感應(yīng)時(shí)，通過input_report_abs()函數(shù)上報(bào)發(fā)生的事件及坐標(biāo)值。

　　3.3 驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)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(cè)觸摸屏SPI接口。

　　(2)Touch_probe()函數(shù)

　　在這個(gè)函數(shù)中，會(huì)對(duì)SPI總線的相關(guān)參數(shù)進(jìn)行配置，并注冊(cè)open()和close()函數(shù)。調(diào)用input_dev*input_allocate_device(void)進(jìn)行輸入設(shè)備分配;調(diào)用set_bit(EV_ABS，input_evbit)來設(shè)置觸摸屏事件;調(diào)用input_set_params()設(shè)置坐標(biāo)范圍及接觸點(diǎn)主軸長(zhǎng)度范圍;最后調(diào)用input_register_device(struct input_dev*dev)把觸摸屏注冊(cè)為輸入子系統(tǒng)設(shè)備。

　　(3)觸摸屏中斷注冊(cè)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(cè)，其中Touch_interrupt是中斷處理函數(shù)。當(dāng)觸摸屏有感應(yīng)時(shí)將拉低INT引腳，此時(shí)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(biāo)數(shù)據(jù)上報(bào)給輸入子系統(tǒng)，當(dāng)為單點(diǎn)觸摸時(shí)，上報(bào)該觸點(diǎn);當(dāng)為多點(diǎn)觸摸時(shí)，依次將每個(gè)點(diǎn)的坐標(biāo)上報(bào)。這里為了消除抖動(dòng)帶來的誤操作，在中斷處理程序中啟用了一個(gè)定時(shí)器init_timer()，進(jìn)入中斷后將延時(shí)5 ms，然后才對(duì)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(diǎn)識(shí)別，所以必須要處理好多點(diǎn)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(diǎn)的個(gè)數(shù)以及各個(gè)觸點(diǎn)的坐標(biāo)值，為了保證每一點(diǎn)的準(zhǔn)確性和完整性，需要用內(nèi)核函數(shù)input_mt_sync()進(jìn)行同步。具體的讀取代碼如下：

　　結(jié)語(yǔ)

　　多點(diǎn)觸控技術(shù)的使用將成為這個(gè)時(shí)代的標(biāo)志。本文基于MecGo平臺(tái)，對(duì)電容屏的原理及驅(qū)動(dòng)開發(fā)進(jìn)行了詳細(xì)的分析討論，并基于Linux輸入子系統(tǒng)的框架開發(fā)驅(qū)動(dòng)，減少了驅(qū)動(dòng)開發(fā)的工作量，提高了程序的可移植性。在此驅(qū)動(dòng)基礎(chǔ)上，并結(jié)合MeeGo提供的多點(diǎn)觸摸界面框架(MeeGo Touch UI Framework，MTF)，就可以實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)觸控的功能。