基于MeeGo的電容式觸摸屏驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)方案

　　引言

　　隨著人們對(duì)操控要求的不斷提高，市場(chǎng)上出現(xiàn)了越來(lái)越多的高端手機(jī)、平板電腦，這些產(chǎn)品共同的特點(diǎn)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(shí)現(xiàn)多點(diǎn)觸控功能。多點(diǎn)觸控技術(shù)是當(dāng)今炙手可熱的技術(shù)，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(jī)的標(biāo)配，如蘋(píng)果的iPhone以及HTC Motorola的一些高端手機(jī)，雖然目前電容屏的價(jià)格較貴，但隨著工藝的提高，其價(jià)格必定會(huì)下降，再加上其給用戶(hù)帶來(lái)的豐富體驗(yàn)，電容觸摸屏的使用必將越來(lái)越廣泛。MeeGo是Intel和Nokia公司合作開(kāi)發(fā)的開(kāi)源操作系統(tǒng)，基于Linux內(nèi)核，其良好的開(kāi)源性為驅(qū)動(dòng)程序的開(kāi)發(fā)提供了很好的基礎(chǔ)條件。本設(shè)計(jì)在MeeGo1.1版本下，并基于Linux 2.6.35內(nèi)核來(lái)討論實(shí)現(xiàn)電容式觸摸屏的驅(qū)動(dòng)開(kāi)發(fā)技術(shù)。

　　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(xiàn)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(chēng)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(guò)輸入子系統(tǒng)向用戶(hù)空間輸出設(shè)備的各類(lèi)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(pán)按鍵按下等操作通過(guò)驅(qū)動(dòng)層、系統(tǒng)核心層、事件處理層到達(dá)用戶(hù)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(méi)計(jì)，此工作由輸入子系統(tǒng)來(lái)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(kāi)發(fā)。此設(shè)計(jì)可以采用SPI總線(xiàn)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(guò)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(xiàn)是一種高速的、全雙工、同步的通信總線(xiàn)，以主從方式工作，有4根線(xiàn)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(xiàn)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(méi)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。

　?。?）分配、注冊(cè)、注銷(xiāo)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(xiāo)函數(shù)為void input_unregister_device（struct input_dev*dev）。

　?。?）設(shè)置input設(shè)備支持的事件類(lèi)型

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

　?。?）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

　?。?）上報(bào)輸入事件

　　觸摸屏被觸摸感應(yīng)時(shí)，通過(guò)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(guò)spi_register_driver（strcut spi_driver*drv）來(lái)注冊(cè)觸摸屏SPI接口。

　?。?）Touch_probe（）函數(shù)

　　在這個(gè)函數(shù)中，會(huì)對(duì)SPI總線(xiàn)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(lái)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。

　?。?）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(lái)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(kāi)發(fā)進(jìn)行了詳細(xì)的分析討論，并