触摸屏控制器驱动程序设计

1、触摸屏控制器驱 动程序设计在便携式的电子 类产品中,触摸屏由于其便、灵活、占用空间少等优点 ,已经逐渐取代键盘 成为嵌入式计算机系统常选用的人机交互输入设备。触摸屏输入系统 由触摸屏、触摸屏控制器、微控制器及其相应的驱动程序构成。本文 从触摸屏控制器的驱动程序设计着手 ,介绍触摸屏控制器 ADS7843 的内部结构及工作原理和在嵌入式 Linux 操作系统中基于PXA255微处理器的 ADS7843驱动程序设计。1 触摸屏控 制器 ADS7843的介绍1.1ADS7843的内部结构ADS7843内驻一个多路低导通电阻模拟开 关组成的供电 -测量电路网络、 12bit 逐次逼近 A/D 转换器和

2、异步串 行数据输入输出 ,ADS7843根据微控制器发来的不 同测量命令导通相应的模拟开关 ,以便向触摸屏电极对提供电压 ,并把相应电极上的触点坐标位置所 对应的电压模拟量引入 A/D 转换器 ,图 1 为 ADS7843内部结构图。 X+、Y+、X-、Y-为触摸屏电极模拟电压输入 ;CS为 ADS7843的片选输入信号 ,低电平有效 ;DCLK接外部时钟输入 ,为芯片进行 A/D 转换和异步串行数据输入 / 输出提供时钟;DIN 串行数据输入端 ,当 CS低电平时 ,输入数据在时钟的上升沿将串行数据锁存 ;DOUT串行数据输出端 ,在时钟下降沿数 据由此移位输出 , 当CS为高电平时 ,DO

3、UT呈高阻态 。BUSY为系统忙标志端 ,当 CS为低 电平 , 且 BUSY为高电平时 ,表示 ADS7843正在进行数据转换 ;VREF参考电压输入端 ,电压值在 +1V 到+VCC之间变化 ;PENIRQ为笔触中断 ,低电平有效 ;IN3、IN4为辅助 ADC转换输入通道 ;+VCC为电源输入。图 1ADS7843内部结构1.2ADS7843的转换时序ADS7843 完成一次数据转换需要与微控制 器进行 3 次通信 ,第一次微 处理器通过异步数 据传送向 ADS843 发送控制字 ,其中包 括起始位、通道选择、 8/12 位模式、差分 / 单端选择和掉电模式选择 ,其后的两次数据传送则是

4、微控制 器从 ADS7843 取出 16bitA/D 转换结果数据 (最后四位自动补零 ),每次通信需要 8 个时钟周期 ,完成一次数据转换共需 24 个时钟周期 ,图 2 为 ADS7843转换时序。图 2ADS7843转换时序2ADS7843与 PXA255硬件接口PXA255微处理器是 Intel 公司生产的第二代基于 32 位 XScale微架构的集成系统芯片 (ISOC),PXA255具有高性能、低功耗等优点 ,它除了 XScale微内核外 ,还集成了许多适用于手持设备市场 需要的外围设备。图 3 为ADS7843触摸屏控制器与 PXA255微处理器的硬件连线示意图。当 屏触发生时

5、ADS7843向 PXA255发出中断请求 ,由 PXA255响应该中断请求 ,启动通信过程 ,读取 ADS7843 的转换结果 ,从而得到触摸点的坐标。 ADS7843 各信号的时序受外部输入时钟信 号频率的影响 ,一旦外部输入时钟频率固定 ,各信号的时序便完全确定 ,因此需要配置 PXA255 的接口信号时序 ,使之完全符合 ADS7843的时序。图 3ADS7843触摸屏控制器与PXA255微处理器的连线示意图3ADS7843驱动程序的设计Linux 作为一个 宏内核操作系统 ,其设备驱动都在内核 ,即系统空间实现 ,实现方式有两种 ,一种是将有关的设备驱动程序和数据结构静态地连接在内核

6、映像中 ;另一种是将具体的设备驱动程序和数据结构独立加以编译,成为可安装的模块 ,需要时由应用程序通过系统调用动态地予以安装或拆卸。设备 驱动的实现方法也有两种 ,一种是轮询 (polling)方式,另一种是中断 (inter-rupt) 方式,轮询方式对设备的操作完全由 CPU掌握 ,外部设备则完全处 于被动状态。中断方式是由外部设备主动提出申请 , CPU响应申请后对外部设 备进行处理 ,是现在常用的设备驱动方式。 Linux 的设备驱 动具有两个显著的特点 ,其一是把所有的设备视为一种设备文件 ,每个设备都呈现于文件系统的 / dev 目录下 ,设备驱动与文件操作具有相同的 界面和语义

7、,并通过同一组系统调用进行操作 ;另一个显著特点是 Linux 的设备驱动有着分明的层次和 结构。Linux 内核的新 近版本为设备入口提供了一种特殊的文件系统,即设备文件系统 devfs(devicefilesystem)。新的 devfs 机制的优点在于 : 各种 设备驱动模块动 态地向系统登记 ,设备初始化时在 /dev 目录下创建设 备 入口点 , 移除设备时将其删除。 设备驱动程序可以指定设备名 、所 有者和权限位。 不需要为设备驱动程序分配主设备号以及次设备号。 当装载和卸载模块时 ,不再需要运行脚本来创建设备文件 ,驱动程序 自主地管理其设备文件。采用 devfs 机制的设备驱动

8、程序调用下面的函数来处理设备 的创建和删除工作。devfs_hander_tdevfs_mk_dir(devfs_han2der_tdir,constchar3name,void3info)devfs_hander_tdevfs_register(devfs_han2der_tdir,constchar3NAME,unsignedintflags,unsignedintmajor,unsignedintminor,umode_tmode,void3ops,void3info)voiddevfs_unregister(devfs_hander_tde)在 Linux 操作系统编写设备驱动 程序时

9、有几个固定的功能模块 :向 Linux 内核注册该设备 时的初始化设备驱动程序模块 ;用于系统卸载模块时删除设备驱动程序 的模块;提供用户使用该设备驱动程序的文件操作接口模块。对于各类 具体设备编写驱动程序时还应具有对该设备进行操作的应用函数。下 面就以 ADS7843驱动程序设 计为例分析以上几个功能模块。1)ADS7843向 Linux 内核注册设备时的初始化函数 int_initads7843_ts_init(void)/ 设备初始化函数intret;if(ret=devfs_register_chrdev(TS_MAJOR,TS_NAME,&ads7843_ts_fops)!=0)pr

10、intk(registeringofTS_NAMEisfailedn);returnret;devfs_ts_dir=devfs_mk_dir(NULL,touchscreen,NULL);/建立触摸屏设备目录devfs_handle=devfs_register(devfs_ts_dir,ts,DEVFS_FL_DEFAULT,TS_MA JOR,0,S_IFCHR|S_IRUSR|S_IWUSR,&ads7843_ts_fops,NULL);/注册设备 if(ret=request_irq(IRQ_GPIO_ADS7843,ads7843_ts_inter-rupt, SA_SHIRQ|S

11、A_INTERRUPT,TS_NAME,dev_id)/申请中断 printk(ads7843_ts_init:failedtoregisterIRQn);free_irq(IRQ_GPIO_ADS7843,dev_id);returnret;if(ret=ads7843_init()!=0)/ 初始化触摸屏free_irq(IRQ_GPIO_ADS7843,dev_id);returnret;GPDR0&=GPIO_bit(ADS7843_BUSY);GPDR0&=GPIO_bit(ADS7843_DOUT);Ads7843_Enable_IRQ();/开启中断printk(ads7843t

12、ouchscreendriverinitializedn);return0;2)系统卸载 ADS7843驱动程序功能函数void_exitads7843_ts_cleanup(void)/卸载驱动程序函数if(in_timehandle)del_timer(&timer);free_irq(IRQ_GPIO_ADS7843,dev_id);/释放中断devfs_unregister_chrdev(TS_MAJOR,TS_NAME);/从系统中删除设备驱动程序printk(ads7843touchscreendriverremovedn);3)在驱动程序最后 用于模块初始化和删除驱动的功能函数m

13、odule_init(ads7843_ts_init);/ 初始化驱动模块函数module_exit(ads7843_ts_cleanup);/删除驱动模块函数4)ADS7843设备文件操作结构体staticstructfile_operationsads7843_ts_fops=read:ads7843_ts_read,/从设备中读数 据操作 poll:ads7843_ts_poll,/ 查询设备操作ioctl:ads7843_ts_ioctl,/ 设备 IO 控制操作fasync:ads7843_ts_fasync,/异步通知操 作open:ads7843_ts_open,/打开设备操作r

14、elease:ads7843_ts_release,;/当文件结构被释放时 ,调用释放操作由于文章篇幅所 限,对设备文件操作的功能函数不再一一列出。5)ADS7843具体操作函数 ADS7843 串行输出控制字 函数voidADS7843_din(charcommand)udelay(DELAY);/延时for(inti=0;ii)&0x1)ADS7843_SetBit(0,ADS7843_DIN);/数据位为 1elseADS7843_ClearBit(0,ADS7843_DIN);/数据位为 0udelay(DELAY);ADS7843_SetBit(0,ADS7843_CLK);/时钟变

15、高 微处理器读取 X 坐标值函 数(读取 Y 坐标值函数相 类似,控制字为0x90)intADS7843_ts_measure_x(void)chari,inttouch_data=0;ADS7843_ClearBit(0,ADS7843_CS);/片选端置低电平udelay(DELAY);ADS7843_din(0xD0);/向 ADS7843发送读 X 坐标控制字 0xD0 ADS7843_ClearBit(0,ADS7843_CLK);udelay(DELAY);while(!(GPLR0&GPIO_bit(ADS7843_BUSY)printk(BUSY1n);ADS7843_ClearBit(0,ADS7843_CLK);for(i=0;i=3;/ 对最后 4 位自动置 0 处理return(touch_data&0xfff);4 驱动模块 的安装在 Linux 操作系统中 ,对于已编好的设备驱动程序 ,利用编译工具将驱动程序编译成驱动 模块。对于驱动模块的安装 ,一种方法是重新编译Linux 内核将驱 动程序加载到系统内核 ,另一种方法就是利用 inmod 和 rmmod 函数动态地装载