漢王手寫(xiě)芯片的觸摸屏控制器應用設計

引言

在PDA和中高端手機等手持設備中，觸摸屏已經(jīng)成為一種比較常用的輸入設備，用戶(hù)可以通過(guò)在觸摸屏上的點(diǎn)擊和寫(xiě)劃完成與手持設備的交互。此外，由于基于觸摸屏的中文手寫(xiě)輸入法更符合我國各個(gè)文化層次的人使用，因此越來(lái)越多地出現在時(shí)下流行的各種手持設備中。大多數中文手寫(xiě)輸入法完全由軟件來(lái)實(shí)現，將輸入法界面程序和后臺識別算法集成到一起。其好處是不改變系統的硬件結構，而且便于升級；然而，使用商用的手寫(xiě)識別算法，較為高昂的費用和繁重的移植工作，會(huì )大大增加開(kāi)發(fā)成本和延長(cháng)開(kāi)發(fā)周期。若使用開(kāi)源的手寫(xiě)識別源代碼（如kanjipad）進(jìn)行移植開(kāi)發(fā)，則一方面涉及移植的工作量問(wèn)題，另一方面識別率比較低。針對以上這些由軟件實(shí)現中文手寫(xiě)輸入法所帶來(lái)的一系列問(wèn)題，本文提出一種在“PXA255微處理器＋Linux＋Qtopia圖形界面”上由HW006芯片同時(shí)實(shí)現中文手寫(xiě)輸入及觸摸屏控制的設計方案。該方案有以下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)：

◇ 軟件方面將觸摸屏驅動(dòng)和手寫(xiě)識別的工作合二為一。
◇ 完全在用戶(hù)空間實(shí)現觸摸屏的驅動(dòng)，減少了硬件平臺的依賴(lài)性，降低了驅動(dòng)設計的難度，分層的驅動(dòng)設計思想也不會(huì )破壞原有程序的完整性。
◇ 硬件方面，省去了專(zhuān)用的觸摸屏控制器芯片，降低了成本。
因此，該方案在工作量、成本、難度方面均有著(zhù)明顯的優(yōu)勢，從而大大縮短了開(kāi)發(fā)周期，增強了實(shí)用性。

1  HW006簡(jiǎn)介

HW006是一款漢王手寫(xiě)芯片，它內置了觸摸屏控制電路和對外的UART接口，同時(shí)提供了靈活的控制命令接口，可以滿(mǎn)足觸摸屏LCD分離型、觸摸屏LCD一體型等不同情況下的各種應用需求。

1.1  HW006主要功能

◇ 支持6 763個(gè)簡(jiǎn)體中文（GB2312）、52個(gè)英文大小寫(xiě)字母、10個(gè)數字、12個(gè)常用符號的手寫(xiě)識別輸入，并可自由組合，設置識別范圍；
◇ 支持點(diǎn)擊模式、手寫(xiě)模式和混合模式；
◇ 內嵌觸摸屏控制硬件和軟件，可直接與觸摸屏相連接；
◇ 支持異步串行通信接口（UART），通信波特率可設置，便于與各種CPU進(jìn)行通信；
◇ 在手寫(xiě)狀態(tài)下，識別參數可設置。
可見(jiàn)，HW006完全可以實(shí)現預想的功能。根據實(shí)際需要，選用混合模式。

1.2  HW006的通信協(xié)議

HW006為從設備，主設備對該芯片發(fā)送控制命令，HW006可以執行相應的功能。

（1） 主設備向手寫(xiě)芯片發(fā)送命令

格式如下：

（2）  手寫(xiě)芯片向主設備發(fā)送數據

這里主要介紹混合模式下的數據格式，如下：

在混合模式下，手寫(xiě)芯片先發(fā)送軌跡坐標，屬性表示該點(diǎn)的狀態(tài)：0x00，落筆；0x05，移筆；0x0f，抬筆。EOF表示發(fā)送軌跡結束標志，其值為0xff。之后發(fā)送識別字的編碼，低字節在前，高字節在后。

1.3  命令碼的簡(jiǎn)單介紹

對HW006進(jìn)行操作控制的主要命令碼如表1所列。

表1  HW006的主要命令碼

2  硬件框圖以及通信格式簡(jiǎn)介

硬件框圖如圖1所示。

圖1  硬件框圖

UART通信格式： 上電默認波特率，9 600 bps；數據位,8位；校驗位,無(wú)；停止位,1位；先低位后高位。觸摸屏采用了4線(xiàn)電阻屏，在觸摸屏與HW006連線(xiàn)處，需要加上濾波電容。

上電初始化時(shí)，默認工作模式為點(diǎn)擊模式。用戶(hù)可根據應用需要，設置相應工作模式。使用混合模式時(shí)必須通過(guò)UART給系統發(fā)送4個(gè)數據X1、Y1、X2、Y2,以確定矩形手寫(xiě)區域的范圍。

3  手寫(xiě)輸入法及觸摸屏驅動(dòng)的實(shí)現

選用的圖形界面系統Qtopia是由Trolltech公司所開(kāi)發(fā)的專(zhuān)門(mén)用于嵌入式Linux操作系統電子設備的應用平臺，這里使用開(kāi)放源代碼的Qtopia PDA版。它具有可定制的用戶(hù)界面和集成的組件，其組件包括窗口操作界面、游戲和多媒體、PIM應用程序、輸入法、本地化支持和無(wú)線(xiàn)支持等。對于輸入法，它提供了一系列的通用API，便于開(kāi)發(fā)用戶(hù)自己的輸入法。

Qtopia軟件平臺可分為4個(gè)層次，如圖2所示。

圖2  Qtopia軟件平臺層次結構

其中在Qt/Embedded層提供了觸摸屏的API，在Qtopia層提供了輸入法的API。需要完成的工作： ①  在Linux層編寫(xiě)觸摸屏庫，提供給Qt/Embedded層調用;②  改寫(xiě)Qt/Embedded層的觸摸屏API;③  在Qtopia層利用輸入法API完成手寫(xiě)輸入法的手寫(xiě)顯示和識別字顯示的界面。下面詳細介紹以上步驟。  

3.1  在Linux層編寫(xiě)觸摸屏庫

主要是提供設置HW006工作模式、讀/寫(xiě)HW006數據以及對讀到的數據進(jìn)行發(fā)送的接口函數，最終編譯成動(dòng)態(tài)鏈接庫，可供上層的應用程序調用。主要的接口函數及程序的主要代碼如下：

（1）  打開(kāi)串口
int *ts_open(const char * device) {
…
*fd=open(device,O_RDWR| O_NONBLOCK);  
if ( (*fd) < 0 ){
printf(open error!n);
return NULL;
}
return fd;
}

（2）  設置HW006的混合工作模式
void ts_config(int* fd) {
…
write(*fd,&SET_96,2); //設置HW006波特率為9600bps
write(*fd,&SET_X1,2);
write(*fd,&SET_Y1,2);
write(*fd,&SET_X2,2);
write(*fd,&SET_Y2,2);//設置手寫(xiě)區域4個(gè)角的坐標
write(*fd,&WAIT_T,2);//設置漢字識別等待時(shí)間
write(*fd,&REG_SCOPE,2);//設置識別范圍
write(*fd,&REG_CAN,2);//設置識別字候選個(gè)數
…
}

（3）  讀串口
int ts_read(int *fd,unsigned char *buf) {
int res;
res=read(*fd,buf,3);
return res;
}

（4） 發(fā)送到有名管道
void sendFifo(unsigned char* buf,int i) {
…
fd=open(/dev/myfifo,O_WRONLY | O_NONBLOCK);
write(fd,buf,i);
close(fd);
}

3.2  改寫(xiě)Qt/Embedded層的觸摸屏API

對讀到的原始數據進(jìn)行處理，包括變換、校正、分發(fā)等。Qt/Embedded中提供觸摸屏API的文件是qwsmouse_qws.cpp，其中的類(lèi)QCalibratedMouseHandler實(shí)現了對觸摸屏數據的讀取及其處理。本文所用的HW006是8位的，而顯示分辨率是640