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mini2440驅(qū)動分析系列之 ---------------------------------------Mini2440觸摸屏程序分析 By JeefJiang July，8th，2009 這是mini2440驅(qū)動分析系列的第三篇文章，本文分為三個部分，第一部分講敘硬件知識，包括觸摸屏的原理以及SCC2440 SOC上的觸摸屏是如何工作的。第二部分分析輸入設(shè)備子系統(tǒng)的框架，并進(jìn)行相應(yīng)的代碼分析。第三部分利用上述的原理來分析mini2440的觸摸屏驅(qū)動。第四部分介紹了測試和校準(zhǔn)。 1.需要準(zhǔn)備的硬件知識 1.1電阻式觸摸屏工作原理原理 觸摸屏附著在顯示器的表面，與顯示器相配合使用，如果能測量出觸摸點在屏幕上的坐標(biāo)位置，則可根據(jù)顯示屏上對應(yīng)坐標(biāo)點的顯示內(nèi)容或圖符獲知觸摸者的意圖。觸摸屏按其技術(shù)原理可分為五類：矢量壓力傳感式、電阻式、電容式、紅外線式、表面聲波式，其中電阻式觸摸屏在嵌入式系統(tǒng)中用的較多。電阻觸摸屏是一塊4層的透明的復(fù)合薄膜屏，如圖2所示，最下面是玻璃或有機(jī)玻璃構(gòu)成的基層，最上面是一層外表面經(jīng)過硬化處理從而光滑防刮的塑料層，中間是兩層金屬導(dǎo)電層，分別在基層之上和塑料層內(nèi)表面，在兩導(dǎo)電層之間有許多細(xì)小的透明隔離點把它們隔開。當(dāng)手指觸摸屏幕時，兩導(dǎo)電層在觸摸點處接觸。 觸摸屏的兩個金屬導(dǎo)電層是觸摸屏的兩個工作面，在每個工作面的兩端各涂有一條銀膠，稱為該工作面的一對電極，若在一個工作面的電極對上施加電壓，則在該工作面上就會形成均勻連續(xù)的平行電壓分布。如圖4所示，當(dāng)在X方向的電極對上施加一確定的電壓，而Y方向電極對上不加電壓時，在X平行電壓場中，觸點處的電壓值可以在Y+(或Y-)電極上反映出來，通過測量Y+電極對地的電壓大小，便可得知觸點的X坐標(biāo)值。同理，當(dāng)在Y電極對上加電壓，而X電極對上不加電壓時，通過測量X+電極的電壓，便可得知觸點的Y坐標(biāo)。電阻式觸摸屏有四線和五線兩種。四線式觸摸屏的X工作面和Y工作面分別加在兩個導(dǎo)電層上，共有四根引出線，分別連到觸摸屏的X電極對和Y電極對上。五線式觸摸屏把X工作面和Y工作面都加在玻璃基層的導(dǎo)電涂層上，但工作時，仍是分時加電壓的，即讓兩個方向的電壓場分時工作在同一工作面上，而外導(dǎo)電層則僅僅用來充當(dāng)導(dǎo)體和電壓測量電極。因此，五線式觸摸屏的引出線需為5根。 1.2 在S3C2440中的觸摸屏接口 SOC S3C2440的觸摸屏接口是與ADC接口結(jié)合在一起的，框圖如下： 轉(zhuǎn)換速率：當(dāng)PCLK=50MHz時，分頻設(shè)為49，則10位的轉(zhuǎn)換計算如下： When the GCLK frequency is 50MHz and the prescaler value is 49, A/D converter freq. = 50MHz/(49+1) = 1MHz Conversion time = 1/(1MHz / 5cycles) = 1/200KHz = 5 us This A/D converter was designed to operate at maximum 2.5MHz clock, so the conversion rate can go up to 500 KSPS. 觸摸屏接口的模式有以下幾種： 普通ADC轉(zhuǎn)換模式 獨立X/Y位置轉(zhuǎn)換模式 自動X/Y位置轉(zhuǎn)換模式 等待中斷模式 我們主要接受觸摸屏接口的等待中斷模式和自動X/Y位置轉(zhuǎn)換模式（驅(qū)動程序中會用到）： 自動轉(zhuǎn)換模式操作流程如下：觸摸屏控制器自動轉(zhuǎn)換X,Y的觸摸位置，當(dāng)轉(zhuǎn)換完畢后將數(shù)據(jù)分別存放在寄存器ADCDAT0和ADCDAT1.并產(chǎn)生INT_ADC中斷通知轉(zhuǎn)換完畢。 等待中斷模式： Touch Screen Controller generates interrupt (INT_TC) signal when the Stylus is down. Waiting for Interrupt Modesetting value is rADCTSC=0xd3; // XP_PU, XP_Dis, XM_Dis, YP_Dis, YM_En. 當(dāng)觸摸后，觸摸屏控制器產(chǎn)生INT_TC中斷，四個引腳設(shè)置應(yīng)該為： 引腳 XP XM YP YM 狀態(tài) PULL UP/XP Disable Disable (初始值即是) Disable Enable 設(shè)置 1 0 1 1 當(dāng)中斷產(chǎn)生后，X/Y的位置數(shù)據(jù)可以選擇獨立X/Y位置轉(zhuǎn)換模式，和自動X/Y位置轉(zhuǎn)換模式進(jìn)行讀取，采用自動X/Y位置轉(zhuǎn)換模式進(jìn)行讀取需要對我們已經(jīng)設(shè)置的TSC寄存器進(jìn)行更改，在原有的基礎(chǔ)上或上S3C2410_ADCTSC_PULL_UP_DISABLE | S3C2410_ADCTSC_AUTO_PST | S3C2410_ADCTSC_XY_PST(0)。 數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換完畢后，也會產(chǎn)生中斷。 2. 輸入子系統(tǒng)模型分析 2.1 整體框架： 輸入子系統(tǒng)包括三個部分設(shè)備驅(qū)動、輸入核心、事件處理器。 第一部分是連接在各個總線上的輸入設(shè)備驅(qū)動，在我們的SOC上，這個總線可以使虛擬總線platformbus，他們的作用是將底層的硬件輸入轉(zhuǎn)化為統(tǒng)一事件型式，向輸入核心（Input core）匯報. 第二部分輸入核心的作用如下： （1） 調(diào)用input_register_device() used to 添加設(shè)備，調(diào)用input_unregister_device() 除去設(shè)備。（下面會結(jié)合觸摸屏驅(qū)動講述） （2） 在/PROC下產(chǎn)生相應(yīng)的設(shè)備信息，下面這個例子即是： /proc/bus/input/devices showing a USB mouse: I: Bus=0003 Vendor=046d Product=c002 Version=0120 N: Name="Logitech USB-PS/2 Mouse M-BA47" P: Phys=usb-00:01.2-2.2/input0 H: Handlers=mouse0 event2 B: EV=7 B: KEY=f0000 0 0 0 0 0 0 0 0 B: REL=103 （3） 通知事件處理器對事件進(jìn)行處理 第三部分是事件處理器： 輸入子系統(tǒng)包括了您所需要的大所屬處理器，如鼠標(biāo)、鍵盤、joystick，觸摸屏，也有一個通用的處理器被叫做event handler（對于內(nèi)核文件evdev.C）.需要注意的是隨著內(nèi)核版本的發(fā)展，event handler將用來處理更多的不同硬件的輸入事件。在Linux2.6.29版本中，剩下的特定設(shè)備事件處理就只有鼠標(biāo)和joystick。這就意味著越來越多的輸入設(shè)備將通過event handler來和用戶空間打交道。事件處理層的主要作用就是和用戶空間打交道，我們知道Linux在用戶空間將所有設(shè)備當(dāng)成文件來處理，在一般的驅(qū)動程序中都有提供fops接口，以及在/dev下生成相應(yīng)的設(shè)備文件nod，而在輸入子系統(tǒng)的驅(qū)動中，這些動作都是在事件處理器層完成的，我們看看evdev.C相關(guān)代碼吧。 static int __init evdev_init(void) { return input_register_handler(&evdev_handler); } 這是該模塊的注冊程序，將在系統(tǒng)初始化時被調(diào)用。 初始化得過程很簡單，就一句話，不過所有的秘密都被保藏在evdev_handler中了： static struct input_handler evdev_handler = { .event = evdev_event, .connect = evdev_connect, .disconnect = evdev_disconnect, .fops = &evdev_fops, .minor = EVDEV_MINOR_BASE, .name = "evdev", .id_table = evdev_ids, }; 先看connect函數(shù)中如下的代碼： snprintf(evdev->name, sizeof(evdev->name), "event%d", minor); evdev = kzalloc(sizeof(struct evdev), GFP_KERNEL); evdev->handle.dev = input_get_device(dev); evdev->handle.name = evdev->name; dev_set_name(&evdev->dev, evdev->name); evdev->dev.devt = MKDEV(INPUT_MAJOR, EVDEV_MINOR_BASE + minor); evdev->dev.class = &input_class; evdev->dev.parent = &dev->dev; evdev->dev.release = evdev_free; device_initialize(&evdev->dev); error = device_add(&evdev->dev); 注意黑色的部分這將會在/sys/device/viture/input/input0/event0這個目錄就是在這里生成的，在event下會有一個dev的屬性文件，存放著設(shè)備文件的設(shè)備號，，這樣 udev 就能讀 取該屬性文件獲得設(shè)備號，從而在/dev目錄下創(chuàng)建設(shè)備節(jié)點/dev/event0 再看evdev_fops成員： static const struct file_operations evdev_fops = { .owner = THIS_MODULE, .read = evdev_read, .write = evdev_write, .poll = evdev_poll, .open = evdev_open, .release = evdev_release, .unlocked_ioctl = evdev_ioctl, #ifdef CONFIG_COMPAT .compat_ioctl = evdev_ioctl_compat, #endif .fasync = evdev_fasync, .flush = evdev_flush }; 看過LDD3的人都知道，這是設(shè)備提供給用戶空間的接口，用來提供對設(shè)備的操作，其中evdev_ioctl提供了很多命令，相關(guān)的命令使用參照《Using the Input Subsystem, Part II》 3 mini2440的觸摸屏驅(qū)動 3.1 初始化： static int __init s3c2410ts_init(void) { struct input_dev *input_dev; adc_clock = clk_get(NULL, "adc"); if (!adc_clock) { printk(KERN_ERR "failed to get adc clock source\n"); return -ENOENT; } clk_enable(adc_clock); //獲取時鐘，掛載APB BUS上的外圍設(shè)備，需要時鐘控制，ADC就是這樣的設(shè)備。 base_addr=ioremap(S3C2410_PA_ADC,0x20); I/O內(nèi)存是不能直接進(jìn)行訪問的，必須對其進(jìn)行映射，為I/O內(nèi)存分配虛擬地址，這些虛擬地址以__iomem進(jìn)行說明，但不能直接對其進(jìn)行訪問，需要使用專用的函數(shù)，如iowrite32 if (base_addr == NULL) { printk(KERN_ERR "Failed to remap register block\n"); return -ENOMEM; } /* Configure GPIOs */ s3c2410_ts_connect(); iowrite32(S3C2410_ADCCON_PRSCEN | S3C2410_ADCCON_PRSCVL(0xFF),\ base_addr+S3C2410_ADCCON);//使能預(yù)分頻和設(shè)置分頻系數(shù) iowrite32(0xffff, base_addr+S3C2410_ADCDLY);//設(shè)置ADC延時，在等待中斷 模式下表示產(chǎn)生INT_TC的間隔時間 iowrite32(WAIT4INT(0), base_addr+S3C2410_ADCTSC); 按照等待中斷的模式設(shè)置TSC 接下來的部分是注冊輸入設(shè)備 /* Initialise input stuff */ input_dev = input_allocate_device(); //allocate memory for new input device,用來給輸入設(shè)備分配空間，并做一些輸入設(shè)備通用的初始的設(shè)置 if (!input_dev) { printk(KERN_ERR "Unable to allocate the input device !!\n"); return -ENOMEM; } dev = input_dev; dev->evbit[0] = BIT(EV_SYN) | BIT(EV_KEY) | BIT(EV_ABS); //設(shè)置事件類型 dev->keybit[BITS_TO_LONGS(BTN_TOUCH)] = BIT(BTN_TOUCH); input_set_abs_params(dev, ABS_X, 0, 0x3FF, 0, 0); input_set_abs_params(dev, ABS_Y, 0, 0x3FF, 0, 0); input_set_abs_params(dev, ABS_PRESSURE, 0, 1, 0, 0); 以上四句都是設(shè)置事件類型中的code，如何理解呢，先說明事件類型，常用的事件類型 EV_KEY、EV_MOSSE, EV_ABS(用來接收像觸摸屏這樣的絕對坐標(biāo)事件)，而每種事件又會 有不同類型的編碼code，比方說ABS_X，ABS_Y，這些編碼又會有相應(yīng)的value dev->name = s3c2410ts_name; dev->id.bustype = BUS_RS232; dev->id.vendor = 0xDEAD; dev->id.product = 0xBEEF; dev->id.version = S3C2410TSVERSION; //以上是輸入設(shè)備的名稱和id，這些信息時輸入設(shè)備的身份信息了，在用戶空間如何看到呢， cat /proc/bus/input/devices，下面是我的截圖 /* Get irqs */ if (request_irq(IRQ_ADC, stylus_action, IRQF_SAMPLE_RANDOM, "s3c2410_action", dev)) { printk(KERN_ERR "s3c2410_ts.c: Could not allocate ts IRQ_ADC !\n"); iounmap(base_addr); return -EIO; } if (request_irq(IRQ_TC, stylus_updown, IRQF_SAMPLE_RANDOM, "s3c2410_action", dev)) { printk(KERN_ERR "s3c2410_ts.c: Could not allocate ts IRQ_TC !\n"); iounmap(base_addr); return -EIO; } printk(KERN_INFO "%s successfully loaded\n", s3c2410ts_name); /* All went ok, so register to the input system */ input_register_device(dev); //前面已經(jīng)設(shè)置了設(shè)備的基本信息和所具備的能力，所有的都準(zhǔn)備好了，現(xiàn)在就可以注冊了 return 0; } 中斷處理 stylus_action和stylus_updown兩個中斷處理函數(shù)，當(dāng)筆尖觸摸時，會進(jìn)入到stylus_updown， static irqreturn_t stylus_updown(int irq, void *dev_id) { unsigned long data0; unsigned long data1; int updown; //注意在觸摸屏驅(qū)動模塊中，這個ADC_LOCK的作用是保證任何時候都只有一個驅(qū)動程序使用ADC的中斷線，因為在mini2440adc模塊中也會使用到ADC,這樣只有擁有了這個鎖，才能進(jìn)入到啟動ADC,注意盡管LDD3中說過信號量因為休眠不適合使用在ISR中，但down_trylock是一個例外，它不會休眠。 if (down_trylock(&ADC_LOCK) == 0) { OwnADC = 1; data0 = ioread32(base_addr+S3C2410_ADCDAT0); data1 = ioread32(base_addr+S3C2410_ADCDAT1); updown = (!(data0 & S3C2410_ADCDAT0_UPDOWN)) && (!(data1 & S3C2410_ADCDAT0_UPDOWN)); if (updown) {//means down touch_timer_fire(0);//這是一個定時器函數(shù)，當(dāng)然在這里是作為普通函數(shù)調(diào)用，用來啟動ADC } else { OwnADC = 0; up(&ADC_LOCK);//注意紅色的部分是基本不會執(zhí)行的，除非你觸摸后以飛快的速度是否，還來不及啟動ADC，當(dāng)然這種飛快的速度一般是達(dá)不到的，筆者調(diào)試程序時發(fā)現(xiàn)這里是進(jìn)入不了的 } } return IRQ_HANDLED; } static void touch_timer_fire(unsigned long data) { unsigned long data0; unsigned long data1; int updown; data0 = ioread32(base_addr+S3C2410_ADCDAT0); data1 = ioread32(base_addr+S3C2410_ADCDAT1); updown = (!(data0 & S3C2410_ADCDAT0_UPDOWN)) && (!(data1 & S3C2410_ADCDAT0_UPDOWN)); if (updown) {//means down 轉(zhuǎn)換四次后進(jìn)行事件匯報 if (count != 0) { long tmp; tmp = xp; xp = yp; yp = tmp; //這里進(jìn)行轉(zhuǎn)換是因為我們的屏幕使用時采用的是240*320，相當(dāng)于把原來的屏幕的X,Y軸變換。 個人理解，不只是否正確 xp >>= 2; yp >>= 2; / input_report_abs(dev, ABS_X, xp); input_report_abs(dev, ABS_Y, yp); //設(shè)備X,Y值 input_report_key(dev, BTN_TOUCH, 1); input_report_abs(dev, ABS_PRESSURE, 1); input_sync(dev); //這個表明我們上報了一次完整的觸摸屏事件，用來間隔下一次的報告 } xp = 0; yp = 0; count = 0; iowrite32(S3C2410_ADCTSC_PULL_UP_DISABLE | AUTOPST, base_addr+S3C2410_ADCTSC); iowrite32(ioread32(base_addr+S3C2410_ADCCON) | S3C2410_ADCCON_ENABLE_START, base_addr+S3C2410_ADCCON); 如果還沒有啟動ADC或者ACD轉(zhuǎn)換四次完畢后則啟動ADC } else { 如果是up狀態(tài)，則提出報告并讓觸摸屏處在等待觸摸的階段 count = 0; input_report_key(dev, BTN_TOUCH, 0); input_report_abs(dev, ABS_PRESSURE, 0); input_sync(dev); iowrite32(WAIT4INT(0), base_addr+S3C2410_ADCTSC); if (OwnADC) { OwnADC = 0; up(&ADC_LOCK); } } } static irqreturn_t stylus_action(int irq, void *dev_id) { unsigned long data0; unsigned long data1; if (OwnADC) { data0 = ioread32(base_addr+S3C2410_ADCDAT0); data1 = ioread32(base_addr+S3C2410_ADCDAT1); xp += data0 & S3C2410_ADCDAT0_XPDATA_MASK; yp += data1 & S3C2410_ADCDAT1_YPDATA_MASK; count++; 讀取數(shù)據(jù) if (count < (1<<2)) {如果小如四次重新啟動轉(zhuǎn)換 iowrite32(S3C2410_ADCTSC_PULL_UP_DISABLE | AUTOPST, base_addr+S3C2410_ADCTSC); iowrite32(ioread32(base_addr+S3C2410_ADCCON) | S3C2410_ADCCON_ENABLE_START, base_addr+S3C2410_ADCCON); } else {如果超過四次，則等待1ms后進(jìn)行數(shù)據(jù)上報 mod_timer(&touch_timer, jiffies+1); iowrite32(WAIT4INT(1), base_addr+S3C2410_ADCTSC); } } return IRQ_HANDLED; } 我們從整體上描述轉(zhuǎn)換的過程： （1） 如果觸摸屏感覺到觸摸，則進(jìn)入updown ISR,如果能獲取ADC_LOCK則調(diào)用touch_timer_fire，啟動ADC, （2） ADC轉(zhuǎn)換，如果小于四次繼續(xù)轉(zhuǎn)換，如果四次完畢后，啟動1個時間滴答的定時器，停止ADC, 也就是說在這個時間滴答內(nèi)，ADC是停止的， （3） 這樣可以防止屏幕抖動。 （4） 如果1個時間滴答到時候，觸摸屏仍然處于觸摸狀態(tài)則上報轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)，并重啟ADC,重復(fù)（2） （5） 如果觸摸筆釋放了，則上報釋放事件，并將觸摸屏重新設(shè)置為等待中斷狀態(tài)。 4 測試與校準(zhǔn) 關(guān)于應(yīng)用程序的編寫，請參照《Using the Input Subsystem, Part II》，講解了input設(shè)備的API, 觸摸屏的校準(zhǔn)時使觸摸屏的坐標(biāo)與LCD得坐標(biāo)進(jìn)行對應(yīng)，這種對應(yīng)需要映射，這個映射的過程即為校準(zhǔn)，我們提供了一種線性算法的映射方法，具體的代碼見附件。 |
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