基于ARM处理器S3C2440及Linux的I2C触摸屏设计

0章节　　随着计算机相关技术的发展，ARM嵌入式系统受到更加普遍的应用于，与人们生活的融合也更加密切。触摸屏设备因其友好的嵌入式性，操作者便利灵活性，输入速度慢，被普遍的应用于这种嵌入式领域中。嵌入式Linux系统具备研发源代码、内核平稳、可削减性等特点，更有着众多商业公司和自由软件开发者的目光，沦为嵌入式系统领域不可或缺的操作系统之一。

触摸屏是一种输出设备，操作者非常简单易学，可靠性低，不占到额外的空间，是最常用的便携式系统的输出设备。尤其是电阻式触摸屏，它结构非常简单，成本低，透明效果好，工作环境和外界几乎隔绝，不怕灰尘和水气，同时具备低解析度、高速传输反应、一次校正、稳定性低、不飘移等特点，因而被普遍用作工业掌控领域。　　1电阻式触摸屏的工作原理　　触摸屏加装在显示屏的前端，主要由触摸屏检测部件和触摸屏控制器两部分构成。

按照工作原理和传输信息的介质有所不同，触摸屏可分成电阻式、电容感应式、红外线式以及表面声波式。其中的电阻式触摸屏是在表面保护层和基层之间覆着2层半透明导电层氧化铟，而这2个导电层分别对应x、y轴，它们之间有微小半透明绝缘颗粒绝缘。当物品按在触摸屏上时，不会产生压力，从而使触摸屏两导电层接上，一旦触摸屏检测部件监测到用户的触碰方位，就将取得的方位信息送到触摸屏控制器TSC2007，并对该写出信号展开处置，将电压信号转换成数字信号，同时以中断的方式送往S3C2440处理器，计算出来出有触点座标。　　2硬件结构　　TSC2007是美国德州仪器(TI)公司发售的新一代4线制触摸屏控制器，它在与触摸屏因应用于时，一旦检测到笔或手指点触碰在屏上，可很快获得该点的方位信号，从而超过在触摸屏表面上传输速率的目的。

　　TSC2007是典型的逐步迫近式A／D变换器，其结构以电容再行产于为基础，包括了采样／维持功能。TSC2007的插槽与TPSC2003的插槽几乎相容，具备片内温度测量、触碰压力测量和预处理三个功能。TSC2007的I2C模块，以标准模式、高速模式和超高速模式展开数据传输与通讯。

为了与其他ARM芯片相容，设计中没用于S3C2440内置的A／D地下通道，而是使用了外阔控制器TSC2007的方法，通过I2C总线方式与S3C2440通信。由于在嵌入式系统I2C总线中，S3C2440是总线上的主机，TSC2007就是指机，而I2C系统有2个插槽，分别是串行数据线SDA和串行时钟线SCL。因此，设计中S3C2440的GPE14和GPE15分别作为I2C总线的SCL和SDA线，其触摸屏控制器模块电路如图1右图，图中的SDA和SCL线都是双向的。

　　3触摸屏的驱动　　在Linux系统中，设备驱动程序是一组涉及函数的子集，它还包括设备服务子程序和中断处理程序。其中的设备服务子程序包括了所有与设备涉及的代码，每个设备服务子程序只处置一种设备或者密切涉及的设备，从设备牵涉到的软件中拒绝接受抽象化的命令并继续执行它。当继续执行一条催促时，具体操作是根据控制器对驱动程序获取的模块，并利用中断机制去调用中断服务子程序因应设备来已完成这个催促。设备驱动程序利用结构file_operations与文件系统联系一起，设备的各种操作者的入口函数放到结构file_operations中，其中还包括open()、release()、read()和write()等模块，从而修改了驱动程序的撰写工作。

这样，应用程序显然不用考虑到操作者的是设备还是普通文件，可不准视作文件来处置，具备十分明晰统一的I／O模块。其触摸屏的file_operations结构定义如下：　　本结构的主要起到是为有所不同的设备获取完全一致的模块。

如在应用程序中，对有所不同设备展开读书操作者都用于read函数，写出操作者则都用于write函数。因此，撰写触摸屏驱动的实际工作并不简单。　　3.1驱动工作流程　　首先初始化触摸屏控制器，然后初始化脉宽调制计时器(PWMTIMER)，可以自由选择计时器4为时钟，定义10ms中断1次，以获取触摸屏取样时间基准，即10ms触摸屏取样1次。而后同构触摸屏中断向量和定时器中断向量到号召程序，触摸屏中断处理程序是辨别触摸屏否被按下了，若触摸屏被按下，则给全局变量Flag_Trouch赋值为Touch_Down，否则赋值为Touch_Up。

若计时器中断处理程序辨别Flag_Touch被赋值为Touch_Down，则给全局变量StartSample置位，以掌控触摸屏取样。然后系统通过S3C2440_get_xy()取得取样值，对获得的触摸屏的数据展开处置。接下来是对触摸屏的校准，最后是中断的获释和登记模块的修理。

其明确的触摸屏驱动工作流程图如图2右图。　　3.2设备初始化模块　　设备初始化模块的主要功能是：初始化设备、向内核登记设备等。

明确构建函数如下：　　初始化模块利用内核获取的request_irq函数，将触碰笔的按下与摇动的中断号展开注册，从而将中断号与中断服务函数联系一起；利用devfs_register_chrdev函数，向系统登记一个字符型设备；最后登记定时器中断，用来掌控触摸屏的数据取样。　　3.3取样值的取得　　首先启动TSC2007的A／D切换。

等候一段时间后，调用S3C2440_get_xy()函数，这个函数的功能是取得触摸屏的方位，首先从TSC2007的一个地下通道取得x的坐标值，然后在从另一个地下通道取得y的坐标值，辨别回到触碰点坐标值否在有效地范围内，如果在有效地范围内则取样标志ts_pressure=1，如果不出有效地范围之内，其取样标志ts_pressure=0。read函数中通过调用copy_to_user(buffer，dbuf，length)，可将内核空间数据拷贝到用户空间。

　　3.4取样值的处置　　函数Touch_CoordinateConversion已完成触摸屏取样值转换成表明座标，其中TOUCH_MAX_Y和TOUCH_MIN_Y是触摸屏X座标取样值的仅次于和最小值；X座标同理。若用于的是320×240的TFT屏，则Y座标的切换程序如下：　　3.5触摸屏的校准　　在实际的应用于中，一般来说触摸屏是作为与显示屏因应用于的输出设备，必须从触摸屏取样获得的座标与屏幕的表明座标做到一个同构。

文中触摸屏设计使用的是三点校准的方法，与两点校准比起，三点校准的模型考虑到变相和转动，更加相似实际情况。应用于中首先挑选3个距离很远且不出一条线上的3个作为校准输人的独立国家取样点，它们适当的触摸屏取样座标是P0(x0，y0)、P1(x1，y1)、P2(x2，y2)，表明座标是PD0(xD0，yD0)、PD1(xDl，yD1)、PD2(xD2，yD2)。直角坐标平面的两个点P和PD，定义P为触摸屏空间的座标点，PD为显示屏空间的座标点，P可以经过转动、比例和旋转获得PD座标。PD和P点之间不存在一次线性关系符合：xD=Ax+By+C，yD=Dx+Ey+F。

对于同一个设备，其中的A、B、C、D、E、F为常数，称作校准常数，故只需在触摸屏校准时，求解这6个常数，就可以构建触摸屏空间到表明空间的切换。　　3.6中断获释和登记模块的修理　　设计中通过调用s3c2440_ts_cleanup_module0来构建中断的获释和设备的修理，分别将它们获释在初始化过程中，其申请人的IRQ_TIMER4、IRQ_ADC_DONE、IRQ_TC的中断和字符设备的接口函数devfs_register_chrdev()明确如下：　　4结束语　　文中基于S3C2440的触摸屏驱动研发，考虑到与其他的ARM芯片兼容性，并没用于ARM自带的A／D地下通道，而是外扩了触摸屏控制器TSC2007。对TSC2007的初始化，主要是初始化TSC2007与S3C2440的I2C模块相连，在驱动流程中，如果触碰笔按下就入人中断处理程序，加载x，y座标，在取样函数中设置了一个copy_to_user(buffer，dbuf，length)函数，将从触摸屏倒数测量的数据，送到存储区。

　　结合实际的硬件平台，这个基于嵌入式Linux操作系统下I2C总线模块触摸屏设计，使用的是处置取样数据的方法，同时运用了改良的校准方法，从而使该触摸屏驱动更加能符合实际的拒绝。

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