基于MeeGo的電容式觸摸屏驅動(dòng)設計方案

　　引言

　　隨著(zhù)人們對操控要求的不斷提高，市場(chǎng)上出現了越來(lái)越多的高端手機、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)現多點(diǎn)觸控功能。多點(diǎn)觸控技術(shù)是當今炙手可熱的技術(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)成為高端手機的標配，如蘋(píng)果的iPhone以及HTC Motorola的一些高端手機，雖然目前電容屏的價(jià)格較貴，但隨著(zhù)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，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，基于Linux內核，其良好的開(kāi)源性為驅動(dòng)程序的開(kāi)發(fā)提供了很好的基礎條件。本設計在MeeGo1.1版本下，并基于Linux 2.6.35內核來(lái)討論實(shí)現電容式觸摸屏的驅動(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工作的，分為表面電容式和投射電容式，前者不能識別多點(diǎn)，后者可以識別多點(diǎn)，因此設計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。設計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成了電容的兩極。

　　當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。檢測投射式電容屏大小時(shí)，橫向的電極依次發(fā)射信號，縱向的所有電極同時(shí)接收信號，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怂愠雒恳粋€(gè)觸摸點(diǎn)的坐標，圖1為投射式電容屏的等效電路示意圖。

　　2 Linux輸入子系統

　　Linux輸入子系統（以下簡(jiǎn)稱(chēng)輸入子系統）是基于內核對象kobject實(shí)現的，應用于Linux 2.6.35內核中。憑借該機制內核通過(guò)輸入子系統向用戶(hù)空間輸出設備的各類(lèi)消息，方便了對設備的管理。輸入子系統由系統核心層、驅動(dòng)層和事件處理層三部分組成。一個(gè)輸入事件如鼠標移動(dòng)、鍵盤(pán)按鍵按下等操作通過(guò)驅動(dòng)層、系統核心層、事件處理層到達用戶(hù)空間，傳給應用程序。

　　這樣在設計驅動(dòng)程序時(shí)只需要考慮驅動(dòng)層的實(shí)現就可以了，減少了工作量，降低了設計難度。另外基于子系統的設計提高了驅動(dòng)程序的可移植性和可適應性，因為基于子系統的驅動(dòng)程序設計不用考慮向上層報告輸入設備的接口沒(méi)計，此工作由輸入子系統來(lái)完成，而輸入子系統對上層的接口具有通用性，可以使驅動(dòng)程序的使用范圍得到擴展。圖2是Linux輸入子系統的框架圖。

　　3 觸摸屏驅動(dòng)程序設計

　　3.1 觸摸屏驅動(dòng)工作原理

　　本設計重在提出觸摸屏驅動(dòng)的整體設計方案，該設計流程也適用于其他觸摸屏驅動(dòng)設計開(kāi)發(fā)。此設計可以采用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（數據輸入）、SDO（數據輸出）、CLK（時(shí)鐘）、CS（片選）。SPI總線(xiàn)為了與外設進(jìn)行數據交換，其輸出串行同步時(shí)鐘相位和極性可以根據外設工作要求進(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)行數據傳輸。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）數據被采樣；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）數據被采樣。時(shí)鐘極性（CPOL）對傳輸協(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 驅動(dòng)程序軟件設計

　　依托Linux輸入子系統架構，驅動(dòng)程序的設計需要完成以下工作。

　?。?）分配、注冊、注銷(xiāo)input設備

　　各個(gè)接口函數如下：

　　◆分配函數為struct input_dev*input_allocate_device（void）；

　　◆注冊函數為int input_register_device（struct input_dev*devr）；

　　◆注銷(xiāo)函數為void input_unregister_device（struct input_dev*dev）。

　?。?）設置input設備支持的事件類(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）。

　?。?）電容觸摸屏參數設置

　　由input_set_abs_params（）函數完成，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坐標范圍0~960

　　Input_set_abs_params（input,ABS_MAJOR,0,255,0,0）；

　　//Y坐標范圍0~640

　?。?）上報輸入事件

　　觸摸屏被觸摸感應時(shí)，通過(guò)input_report_abs（）函數上報發(fā)生的事件及坐標值。

　　3.3 驅動(dòng)設計的主要函數

　?。?）void spi_init（）函數

　　在該函數中通過(guò)spi_register_driver（strcut spi_driver*drv）來(lái)注冊觸摸屏SPI接口。

　?。?）Touch_probe（）函數

　　在這個(gè)函數中，會(huì )對SPI總線(xiàn)的相關(guān)參數進(jìn)行配置，并注冊open（）和close（）函數。調用input_dev*input_allocate_device（void）進(jìn)行輸入設備分配；調用set_bit（EV_ABS,input_evbit）來(lái)設置觸摸屏事件；調用input_set_params（）設置坐標范圍及接觸點(diǎn)主軸長(cháng)度范圍；最后調用input_register_device（struct input_dev*dev）把觸摸屏注冊為輸入子系統設備。

　?。?）觸摸屏中斷注冊及中斷處理函數

　　request_irq（TOUCH IRQ,Touch interrupt,0,"touch",NULL）為中斷函數注冊，其中Touch_interrupt是中斷處理函數。當觸摸屏有感應時(shí)將拉低INT引腳，此時(shí)便觸發(fā)中斷處理函數Touch_interrupt.該中斷函數調用intput_report_abs（）將采集到的坐標數據上報給輸入子系統，當為單點(diǎn)觸摸時(shí)，上報該觸點(diǎn)；當為多點(diǎn)觸摸時(shí)，依次將每個(gè)點(diǎn)的坐標上報。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,然后才對數據讀取。

　　3.4 數據的處理

　　電容式觸摸屏支持多點(diǎn)識別，所以必須要處理好多點(diǎn)數據的采集，為此將采集到的數據放到事先分配好的緩存read_data[]中。該緩存存有觸點(diǎn)的個(gè)數以及各個(gè)觸點(diǎn)的坐標值，為了保證每一點(diǎn)的準確性和完整性，需要用內核函數input_mt_sync（）進(jìn)行同步。具體的讀取代碼如下：

　　結語(yǔ)

　　多點(diǎn)觸控技術(shù)的使用將成為這個(gè)時(shí)代的標志。本文基于MecGo平臺，對電容屏的原理及驅動(dòng)開(kāi)發(fā)進(jìn)行了詳細的分析討論，并