基于PXA255的觸摸屏控制器ADS7843驅動(dòng)程序設計

在便攜式的電子類(lèi)產(chǎn)品中，觸摸屏由于其便、靈活、占用空間少等優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)逐漸取代鍵盤(pán)成為嵌入式計算機系統常選用的人機交互輸入設備。觸摸屏輸入系統由觸摸屏、觸摸屏控制器、微控制器及其相應的驅動(dòng)程序構成。本文從觸摸屏控制器的驅動(dòng)程序設計著(zhù)手，介紹觸摸屏控制器ADS7843的內部結構及工作原理和在嵌入式Linux操作系統中基于PXA255微處理器的ADS7843驅動(dòng)程序設計。

1、觸摸屏控制器ADS7843的介紹

1.1　ADS7843的內部結構

ADS7843 內駐一個(gè)多路低導通電阻模擬開(kāi)關(guān)組成的供電-測量電路網(wǎng)絡(luò )、12bit逐次逼近A/D轉換器和異步串行數據輸入輸出，ADS7843根據微控制器發(fā)來(lái)的不同測量命令導通相應的模擬開(kāi)關(guān)，以便向觸摸屏電極對提供電壓，并把相應電極上的觸點(diǎn)坐標位置所對應的電壓模擬量引入A/D轉換器，圖1為ADS7843內部結構圖。X+、Y+、X-、Y-為觸摸屏電極模擬電壓輸入；CS為ADS7843的片選輸入信號，低電平有效；DCLK接外部時(shí)鐘輸入，為芯片進(jìn)行 A/D轉換和異步串行數據輸入/輸出提供時(shí)鐘；DIN串行數據輸入端，當CS低電平時(shí)，輸入數據在時(shí)鐘的上升沿將串行數據鎖存；DOUT串行數據輸出端， 在時(shí)鐘下降沿數據由此移位輸出，當CS為高電平時(shí)，DOUT呈高阻態(tài)。BUSY為系統忙標志端，當CS為低電平，且BUSY為高電平時(shí)，表示 ADS7843正在進(jìn)行數據轉換；VREF參考電壓輸入端，電壓值在+1V到+VCC之間變化；PENIRQ為筆觸中斷，低電平有效；IN3、IN4為輔助ADC轉換輸入通道；+VCC為電源輸入。

圖1　ADS7843內部結構

1.2　ADS7843的轉換時(shí)序

ADS7843 完成一次數據轉換需要與微控制器進(jìn)行3次通信，第一次微處理器通過(guò)異步數據傳送向ADS843發(fā)送控制字，其中包括起始位、通道選擇、8/12位模式、差分/單端選擇和掉電模式選擇，其后的兩次數據傳送則是微控制器從ADS7843取出16bitA/D轉換結果數據（最后四位自動(dòng)補零），每次通信需要8個(gè)時(shí)鐘周期，完成一次數據轉換共需24個(gè)時(shí)鐘周期，圖2為ADS7843轉換時(shí)序。

圖2　ADS7843轉換時(shí)序

2、ADS7843與PXA255硬件接口

PXA255 微處理器是Intel公司生產(chǎn)的第二代基于32位XScale微架構的集成系統芯片（ISOC），PXA255具有高性能、低功耗等優(yōu)點(diǎn)，它除了 XScale微內核外，還集成了許多適用于手持設備市場(chǎng)需要的外圍設備。圖3為ADS7843觸摸屏控制器與PXA255微處理器的硬件連線(xiàn)示意圖。當屏觸發(fā)生時(shí)ADS7843向PXA255發(fā)出中斷請求，由PXA255響應該中斷請求，啟動(dòng)通信過(guò)程，讀取ADS7843的轉換結果，從而得到觸摸點(diǎn)的坐標。ADS7843各信號的時(shí)序受外部輸入時(shí)鐘信號頻率的影響，一旦外部輸入時(shí)鐘頻率固定，各信號的時(shí)序便完全確定，因此需要配置PXA255的接口信號時(shí)序，使之完全符合ADS7843的時(shí)序。

圖3　ADS7843觸摸屏控制器與PXA255微處理器的連線(xiàn)示意圖

3、ADS7843驅動(dòng)程序的設計

Linux 作為一個(gè)宏內核操作系統，其設備驅動(dòng)都在內核，即系統空間實(shí)現，實(shí)現方式有兩種，一種是將有關(guān)的設備驅動(dòng)程序和數據結構靜態(tài)地連接在內核映像中；另一種是將具體的設備驅動(dòng)程序和數據結構獨立加以編譯，成為可安裝的模塊，需要時(shí)由應用程序通過(guò)系統調用動(dòng)態(tài)地予以安裝或拆卸。設備驅動(dòng)的實(shí)現方法也有兩種，一種是輪詢(xún)（polling）方式，另一種是中斷（inter-rupt）方式，輪詢(xún)方式對設備的操作完全由CPU掌握，外部設備則完全處于被動(dòng)狀態(tài)。中斷方式是由外部設備主動(dòng)提出申請，CPU響應申請后對外部設備進(jìn)行處理，是現在常用的設備驅動(dòng)方式。Linux的設備驅動(dòng)具有兩個(gè)顯著(zhù)的特點(diǎn)，其一是把所有的設備視為一種設備文件，每個(gè)設備都呈現于文件系統的/dev目錄下，設備驅動(dòng)與文件操作具有相同的界面和語(yǔ)義，并通過(guò)同一組系統調用進(jìn)行操作；另一個(gè)顯著(zhù)特點(diǎn)是Linux的設備驅動(dòng)有著(zhù)分明的層次和結構。

Linux內核的新近版本為設備入口提供了一種特殊的文件系統，即設備文件系統 devfs（device file system）。新的devfs機制的優(yōu)點(diǎn)在于：①各種設備驅動(dòng)模塊動(dòng)態(tài)地向系統登記，設備初始化時(shí)在/dev目錄下創(chuàng )建設備入口點(diǎn)，移除設備時(shí)將其刪除。②設備驅動(dòng)程序可以指定設備名、所有者和權限位。③不需要為設備驅動(dòng)程序分配主設備號以及次設備號。④當裝載和卸載模塊時(shí)，不再需要運行腳本來(lái)創(chuàng )建設備文件，驅動(dòng)程序自主地管理其設備文件。采用devfs機制的設備驅動(dòng)程序調用下面的函數來(lái)處理設備的創(chuàng )建和刪除工作。

devf s_hander_t devf s_mk_dir （ devf s_ han2 der_t dir ,const char 3 name ,void 3 info）

devf s_hander_t devf s_register （ devf s_ han2 der_t dir ,const char 3 name ,unsigned int flags , unsigned int major ,unsigned int minor ,umode_t mode ,void 3 op s ,void 3 info）

void devf s_unregister （devf s_hander_t de）

在 Linux操作系統編寫(xiě)設備驅動(dòng)程序時(shí)有幾個(gè)固定的功能模塊：向Linux內核注冊該設備時(shí)的初始化設備驅動(dòng)程序模塊；用于系統卸載模塊時(shí)刪除設備驅動(dòng)程序的模塊；提供用戶(hù)使用該設備驅動(dòng)程序的文件操作接口模塊。對于各類(lèi)具體設備編寫(xiě)驅動(dòng)程序時(shí)還應具有對該設備進(jìn)行操作的應用函數。下面就以ADS7843 驅動(dòng)程序設計為例分析以上幾個(gè)功能模塊。