新興微型光學(xué)手指導航模組的嵌入式系統開(kāi)發(fā)

　　2 微型光學(xué)手指導航模組開(kāi)發(fā)

　　2.1 應用器件選型

　　不少半導體公司進(jìn)行了OFN器件及其模組的研發(fā)與生產(chǎn)，如Avago的ABDSA320、ST的VD5376、ATLab的ATA2188MOF與MOA器件及其FO1R/FO3R/SMID/AP33M2I/P模組、CrucialTec的CT01~27系列模組、Apexone的A2815器件及其AMF813模組、Mitsumi的SFN11LE與SFN11GU等。特別值得一提的是SFN11GU，模組超薄化已經(jīng)達到了2 mm。很多光電半導體公司采用現有的OFN器件生產(chǎn)不同規格的OFN模組系列產(chǎn)品，如科特通信、世紀芯成、合盈光電等。

　　選擇OFN器件或模組，需要考慮的主要因素有：形體大小、功率消耗、電源供給和硬件接口。形體方面更關(guān)心的是厚度，越薄越適宜便攜式消費產(chǎn)品，當然成本也會(huì )越高。便攜式消費產(chǎn)品的應用，特別注重形體、功耗和電源供應，通常形體小巧、工作與待機電流小和可以更低電壓供電的OFN器件或模組更受青睞。工農業(yè)過(guò)程控制、儀表儀器設備等行業(yè)應用，則更多考慮的是OFN器件或模組的穩定高效、連接方便和EMI/EMC/ESD能力。

　　這里重點(diǎn)說(shuō)明一下OFN的復合功能，導航及實(shí)時(shí)手指觸控與位移檢測是OFN的基本功能，由此衍生OFN的復合功能包括：點(diǎn)擊、雙擊、拖動(dòng)、滾屏、翻頁(yè)、卷屏等。通常采用的OFN器件，僅有基本導航功能。為適合常用的“點(diǎn)擊確認”需求，構成OFN模組時(shí)，常常在其FPC下附帶微型的“鍋仔片”機械按鍵，已經(jīng)能夠滿(mǎn)足大多數應用場(chǎng)合了，非常經(jīng)濟。一些OFN，則直接把常用的點(diǎn)擊、雙擊、拖動(dòng)等簡(jiǎn)單的復合功能集成在器件內，把滾屏、翻頁(yè)、卷屏等復雜的復合功能設計成規范API函數庫，供OFN器件或模組用戶(hù)在具體的應用系統的上層軟件中自由按需添加，CrucialTec的部分CTxx系列OFN模組就是如此。

　　2.2 硬件體系設計

　　嵌入式系統中引入OFN，硬件電路設計上需要做到：

　?、?數字I/O接口的連接，主要考慮3個(gè)方面。

　　◆ I/O接口的連接。增加10~50 Ω限流電阻加以實(shí)現，特別是電壓規格不同的情形。

　　◆ 電磁干擾的抑制?？梢酝ㄟ^(guò)瓷片電容與限流電阻構成簡(jiǎn)潔的RC濾波電路加以實(shí)現。

　　◆ 驅動(dòng)能力的增強?？梢酝ㄟ^(guò)上拉電阻簡(jiǎn)單加以實(shí)現。

　?、?供給電源的去噪濾波可以選用鉭電容與瓷片電容，簡(jiǎn)單加以實(shí)現。

　　圖1給出了一種典型的OFN模組硬件電路設計，其中Mode用于選擇I2C或SPI總線(xiàn)形式，INT為對外的實(shí)時(shí)中斷信號，#RST和#ShtDwn為主機的復位和開(kāi)關(guān)控制端口，I2C信號為SCK與SDA，SPI信號為SCK、RxD、TxD和#CS。

圖1 OFN的硬件電路設計示意圖

　　對于抗干擾、驅動(dòng)和適應能力強大的OFN器件，可以不考慮濾波、限流和上拉電阻，具體情況應視所選用的OFN模組的性能和電路設計需求而定。電路設計時(shí)需要注意參考廠(chǎng)家的推薦電路及其器件參數與相關(guān)的估算公式，特別是PCB或FPC的印制板設計。

　　2.3 軟件體系設計

　　OFN模組，作為一種新興的人機輸入微型接口設備，一般是以片外設備的身份，加入到以各類(lèi)微處理器為核心的嵌入式應用系統中的，嵌入式微處理器軟件體系必需實(shí)現對OFN模組的驅動(dòng)才能及時(shí)地從中得到來(lái)自OFN的各種信息。

　　OFN模組的驅動(dòng)程序主要包括3部分：初始配置、過(guò)程變化控制和數據的收發(fā)傳輸。初始配置完成對OFN光敏分辨率、休眠方式、連續中斷間隔等項的設置，如果不進(jìn)行初始配置，OFN則按默認配置工作。過(guò)程變化控制用于主機對OFN的開(kāi)關(guān)、復位及其工作參數變化的控制。數據收發(fā)傳輸是OFN的常規行為，只要有手指觸控，OFN就會(huì )以一定的時(shí)間間隔按中斷的形式通知主機系統?？梢圆捎弥袛嗷虿樵?xún)的方式實(shí)時(shí)地從OFN中獲取手指的觸控輸入信息。查詢(xún)操作往往需要使用周期定時(shí)器，在定時(shí)中斷中查詢(xún)并獲取必要的OFN數據。從這層意義上講，查詢(xún)方式也是一類(lèi)中斷方式。主機可以在外部事件中斷或定時(shí)中斷服務(wù)中，通過(guò)I2C或SPI總線(xiàn)操作，得到必要的OFN檢測信息。

　　通過(guò)底層驅動(dòng)程序得到OFN檢測信息后，對于沒(méi)有嵌入式操作系統EOS（Embedded Operatig System）的直接軟件體系，或諸如RTX、μC/OSII等微型嵌入式實(shí)時(shí)操作系統ERTOS（Embedded Real Time Operating System）的主機系統，上層應用程序直接用來(lái)進(jìn)行屏幕指示、操作控制或數據的存儲、轉發(fā)等活動(dòng)，這主要針對工農業(yè)過(guò)程控制、儀表儀器設備、器件性能檢測完善等應用情形。對于使用Nucleus MTK、ThreadX展迅、Symbian、Windows CE/Mobile、ARMLinux/Android、MACOSXiPhone、VxWorks等典型EOS及其應用體系的主機系統，還需要對OFN信息進(jìn)行數據封裝或控制格式轉換，以便使原有系統的絕大多數應用程序都能直接使用，如鼠標數據包格式、觸摸屏數據包格式、方向鍵信息格式等。這種信息封裝或變換，操作簡(jiǎn)單的直接在驅動(dòng)程序中實(shí)現，操作復雜的則需要在應用層通過(guò)消息、隊列等軟件通信或同步機制做“二傳”或“三傳”加以實(shí)現。