Linux输入子系统在触摸屏驱动上的实现

1、第3期於琪建.等：LhlLX输入子系统在触摸屏驱动上的实现33机 电 工 程M echan ial& E Metrical Engiiet*riigM agazheLinux输入子系统在触摸屏驱动上的实现於填建，张海峰(杭州电子科技大学电子信息学院浙江杭州310018)摘 要：为了简化传统Lhux驱动程序设计及便于对驱动模块的管理与维护，采用了基于内核对象的输 入子系统，完成了 Lhux设备驱动框架，改进了传统基于文件操作接口的驱动程序设计方法，提出了只 需向系统报告输入事件的开发方法.并顺利地实现了鮭摸驱动的开发。试验结果表明，该驱动运行稳定 并能精确控制触摸屏。关键词：设备驱动；设

2、备模型;输入子系统:触摸屏中图分类号：TP316文献标识码：A文章编号：1001- 4551( 2(X)9 ) 03- (X)32- 04Realization of buch screen s driver widi L iiux hput subsystonYU Q 4-jian HANG H a-i-fengSchool <f E lectron ics hifotn a lion H anfzhou I) ianzi Un Persil)； angzhou 31001 8 Ch ha )Abstract A in hg al ship lily iig dir drsipi of

3、 lm<lili>na I L iiux drker «iri<l (ontrimliig to in anagtin ent ami rn ail lauoicr of the (lrke niodej us hg llie iiput subsystan liaseil <11 kernel <i)(he Liiux dwice drker s fnnn w oik was ti lfil(1 I lie IrnditkviaI ni etlnxl cciicenied n iii lie iiterlacvs of file qieratbns w

4、 as in pn)e(l 1'lie meixMl of onK re|x)rliig tlie input ev«it to lie Liiux synttni was |M<)|x)sal The dr her w as success 111 lk (levebpul The lesl n*su Its iidicalr dial the(I river w oiks w elj ami it can c<ik tro) tie k)u(h sen-en prre HehK W words dev ice dr Ker <lev i<v iiK

5、nlej i 屮 ul subsyslnn t>u(h sciven第3期於琪建.等：LhlLX输入子系统在触摸屏驱动上的实现33第3期於琪建.等：LhlLX输入子系统在触摸屏驱动上的实现33轴占波岌射器 袖占渡按收戏、柚由淡发射器指按卜处反射条纹收稿日期：2(X)8- 09- 24作者简介：於炭建(1933-).男,浙江台州人主要从事电子信息系统集成方面的研究.E-mail qijianlll5 yahoo amt cn 通诱A廉辱轿臥副教撮硕L生导师片严卩日hfzhaiij<)81 hdu «lu pi.J 1994-2012 China Academic Journ

6、al Electronic Publishing House. All rights reserved, 0引言在嵌入式系统屮，触摸屏具仃轻便、反应速度快、 节省空间、易于交流等优点，成为了以简单、方便、口然 的一种人机交互方式。1前，触摸屏仃4种类型：电阻 式触摸屏、电容感应式触摸屏、红外线式触模加以及丿、 面声波式触摸屏。它们的实现材料不同，但在实现原 理上都是一致的。本研究主要实现在嵌入式ARM( S3C2440)下的 触摸屏驱动程序，由于S3C2440芯片上已仃触模屏的 接口，为触摸屏驱动的实现创造了条件。1表而声波式触摸屏本研究中的触摸屏采用了三星公司的I.TV350QV 表而声波式

7、触摸屏。其结构山触摸屏幕、声波发生器、 反射条纹和声波接收器组成。触摸屏幕是一块玻璃平 板；声波发牛器是一种能发送跨越屏幕表面的高频声 波的能量器。一般在屏幕的左上角和右下角各【占1定了 竖直和水平方向的声波发射器右上角则固定了 2个 相应的声波接收器。触模屏的四周则刻仃45。角的反 射条纹，如图1所示。*轴 樓收ttrt图1表面声波式触摸屏原理以X轴为例，当手指去触摸屏幕时，将吸收相应 位世的声波能就.声波信号将衰减.此X轴声波接收 器接收到的波形在时间/上形成一个缺I，通过确定 缺口位置即得触摸屏坐标。2 S3C2440触摸屏接口S3C2440芯片支持触摸屏的接其包含触摸屏控制器、4个外部

8、场效应管及1个外部电压源，具体连 接町见芯片手册上的ADC和触摸屏接口操作框图小。该触模屏接口有4种工作模式口：(1) 正常转换模式:用于通用A/D转化；(2) 单独X 转化模式.先进行X模式转换，等X 坐标转换完成之后，产生ADC屮断,然后进入丫模式转 换.将丫坐标转换完成之后,又产生一次ADC中断：(3) X 门动转换模式.触摸屏H动地转换X坐 标和y坐标；(4) 等待中断模式:一般触摸屏开始工作后，将处 于此模式。只仃半触摸笔按下时.触摸屏控制器才产 生一个WTJTC中断信号。触摸屏接口工作模式涉及到S3C2440的A/D寄 存器主要竹4个：ADC控制寄存器、ADC触挾拧制俗 存器、AI

9、)C开始延迟寄存器、A1)C数据转化寄存器。 所得坐标将存入A1)C数据转化寄存器屮。3 Lhux字符设备驱动框架设备驱动程序是操作系统内核和底层硕件Z间的 接Ido设备驱动程序为上层应用程序屏蔽了硬件的细 节。Lhux系统中设备驱动程序的设计核心思想是:像 操作n通文件一样对碾件设备进行操作,它提供了相 应文件操作函数的入口点,如open( )、lead( )x write ()、rebase()等 WL imx设$驱动程序可分为字符设备驱动程序、块 设备驱动程序和网络设涪驱动程序，木研究中触摸屏 设备为字符设备。字符设备驱动程序涉及到3个丑要的数据结构 体，即fi lr_o iterati

10、on $ fi le iioda它们之间的关系及 其主要结构成员如图2所示。用户空间的应用程序要实现对设备文件的操作， 就是対位于/dev卜的设备文件进彳j操作。这些设备 文件在内核中就由inode结构表示。当用L iiiux系统 提供的open方法打开一个设备*点文件的时候就会 有表示该文件描述符£1的file结构指向这个node结 构，具体实现方式是经过皿5结构体(目录结构体) 产生关联。町以仃多个文件描述符指向iixxle结构， 也就是一个设备文件可以按不同的方式打开多次。打开设备文件后，上述3个数据结构已建立关联。 对设备文件的读等操作的访问路径为：file- > 的函

11、数实现读冯等操作。L hux系统为了区分各个不同设备采用主设备号 和次设备号來确定设备文件所指的设备。如图2所 示，bode结构体成员dev.t i.rdev就是设备编号。设 备驱动初始化时通过动态分配主设备号函数albc_ chnlev_iion()来获取主设备号,然后ffl cdev_hit() 关联宁符设备和结构体.id终实现字符 设备驱动程序的棊本框架。dcnlr>#A 构体inode结恂休| struct inode inode Tde> 11 rdc11 | struct file opcrahg i op| %:tile结构体1 .1:IstHicf 6lc opcT

12、itfion T op|独？】心加汕切牛L struct denin <icnfr>t.J 111! (eopCTl)(> U-J1 |sm/c 1 PrcadkOl 1图 2 fife_opcrati)nsj file bode关联过程4 Liiiux设备模型与输入子系统Limx 2 6内核的一个重要特色是提供了统一的 内核设备模型，以适应“系统的拓扑结构越来越复杂， 智能电源管理、热插拔以及即插即用的支持要求也越 来越高”的趋势。简单地说,Lhux设备模型是基于内核对象 ject来实现的。借助内核对彖kobjecl机制,内核通过/ sys向用户控件输出设备的各类信息方便了

13、设备的管 理。/sys是sysfs文件系统，它是一个类似于pm(文件 系统的特殊文件系统，用于将系统屮的设备组织成层 次结构，并向用户模式程序提供关于内核数据结构的 详细信息。输入子系统I 5,就是借助于kobjeclL制W建立起 來的一种设备模型。如图3所示，具体宙Drker驱动 层、Input核心层、Evenl处理层3部分组成。D river驱 动层主要将输入设备的数据或信息上报给Inputs心 层；Input核心层由/drer/hput/input c及相关头文件 实现,它对下提供了 Driver驱动层的接I，对上提供了 Event处理层的接口; Event处理层提供文件操作方法， 它负

14、责将数据放到设备缓冲区，用户程序(如 M hGU 1)打开设备节点，读取缓冲区数据。5触摸屏驱动程序的实现屁呻翊加舷th召擁讯血住lk釉卿胎ishi搀rfb觥嘿幅副通祐緞锻掏爛斂,就输入子系统的3层驱动结构中，核心层与K- 处理层已山内核实现.故采用设备模型与输入子 系统机制以简化设备驱动程斥的设计。现在只需实34*机 电 工 程第26卷用户亦间丨用尸少岸I内昭间|j、en吟理凶nput H 4L'7I "Bn、er驰动已图3 Input?系统层次结构可以完成触摸屏驱动程序的设计。Driver驱动层主耍实现向内核注册输入设备以实 现输入设备模型，并提供将触摸屏采集到的数据上报

15、 Inpu I核心层的方法。5 1输入设备的注册与注销I) river驱动层通过调用如下接口函数来向输入子 系统屮注册和注销输入设涪：(1) nput_ivgiste!(levk,e();(2) nput_unregistei(lev icr()。以上两个萌数调用的参数为inpu t_<lev结构体(在 drirer/input/hput h中定义)。注册完成之后,内核为 输入设备在Events理层关联了相应的文件操作方法 (在/driver/input/tadev c中实现)。这样，当设备成功 注册后，就会在/(I伙下生成相应的设备文件，从而形 成Lhux设备驱动程序基本框架。5 2触

16、摸屏驱动实现过程如图4所示首先触摸屏处于等待中断模式上。 当触摸笔按下的时候触摸屏将产生一个中断NT. TCo然后触摸屏将触发进入x/r轴单独转化模式，也 就是X X模式转换完成之后，将产工一个NT.ADC中 断此时将进入y模式转换当模式转换完成庇将 又会产生一个M.ADC +断。此时进入中断程序， 将分别取得X坐标值与y坐标值。然后驱动程序调 用接口函数hput_rep)rt_abs(),将取得的值上报给Iil pul核心层。* INT ADC卜.y坐标先后完成转换II intJtc 敏換电按F图4 D rivw驱动层9 Input核心层关联Input心层找出对应的M件处理函数.山Event

17、 处理层将数据放到设备缓冲区，如图5所示。上层驱 动处理函数将在应用程序(如M bGUI)调用驱动的 冲区而后应用程)¥根据触摸屏的坐标进行数据校准 (坐标转换)，赧终光标显示在触摸笔所指的正确的位 置上。険用屛饭冲I可而工件h述符de、点)file operation结构lEvcneUffl图5 Events理层与应用程序关联驱动中关键实现函数说明如下：(1) hpuLreport_al)s()函数,是实现 Driver驱动 层向In pu t核心层上报采集到的数据关键函数.也是 输入子系统处理输入事件的醺要机制。1)川er驱动 程序在注册输入设备前(调用h pu t_regist

18、rr_(levice 函数前)设置输入爭件类型然后Input核心层根据 输入类型关联III应的设备文件操作方法，从而实现 整个驰动。输入子系统设定事件类型主要包括EV_KEY(按 键事件)、EV_REL(相对值,如光标移动)和EV.ABS (绝对值，如触模屏，它工作在绝对坐标系统)。驱动中相关代码如下：i)piil_set_d>s_p<imn s( is dr ABSJC 0 0x3FE 0 0)： 设氏绝对坐标X的放小故大值从0 0x3FF(相 应地坐标y设置亦类似)。相关代码如下：iiput_set_al>s_|>aiun s( ts (lev .XBS3 - 0

19、()x3FF： 0 0):当触摸屏触发输入事件后，整个报告过程如下：h|>iit_niM>rt_<J>s( Is <h-v A BS_Kb xp); /V 坐标hput_rv|x>rt_«il)s( Is dev; A BS_Y.t> yp); /坐标iiput_rv|>ort_k( ts <lev HVN JP()l (11 1);Is dev); /4同步(2) 触摸屏输入事件的触发，相关代码如下： iw|u«Liq( HQJU s3c2440_KiLtc 1QF_SMPI,EU dev)IRQJTC是向I. imx

20、系统巾请的屮断号；s3c2440_ isr_t(<是实现相应触发事件的中断处理例程z,实 现上报X、y坐标的任务；RQF_SMPLE_aNDOM指 明中断类3!； tc_acti)n 用于在 /pioc/iiitenupts,|,显示 中断拥仃者：(s dev表明中断指向触摸屏设备结构。AI)C转换完成之后产生的中断的申请两数与此 类似，代码如下：m电禰咗)後歸i勰爲|0駆麴詡智黙霹康能lishing House. All rights reserved. http:/w阳爆.制页)iw|liftst_ in( 1<Q _A1X： s3(244() _ br_a(k lQF_SAM

21、 P112 _ RANDOM b <lw)统恢复供电后或系统结构发生变化JS町亜新按照搜 索树的建立步骤，依照各终端的遥信，車新生成配网树 形结构。2算例验证2 1单点故障下而就以图1所示的配电结构进彳亍模拟验证算 法的仆效性。在图1的不同线段上模拟单点故障，其 结果如表1所示。34*机 电 工 程第26卷34*机 电 工 程第26卷表1单点故障仃故障电流的if点故障区域(H点所围区域)隔离的卩点恢艾供电介闸疔点是否为末梢点1L 448I 4 55 65 6无需合闸L 4 5 66Z后的末梢点6无2 1()1Q 9 16IQ U 16124、6畸变信号畸变信号畸变信号畸变信号注：对于畸变

22、信号的说明.根据故障区域检测规则2如果节点 故判斷此为畸变信号.4 5i 6存在故障电流.则作为父节点的1也必然存在故障电流.34*机 电 工 程第26卷34*机 电 工 程第26卷2 2多点故障对于多点故障同样以图1所示的配电结构进行 模拟，验证算法的有效性(图1中，箭头指向方向为故 障发生点)，其结果如表2所示。表2多点故障冇故障电流 的"点故障区域(节点 所出区域)隔离的 节点恢复供电 合闸节点L 4 a S 134,7 和口 144 5i 7. 13无需合闸爭实上，多巫故障同时发生的概率很低，不町能绝 对同时发生,所以也町以把多亚故障当单巫故障处理, 因为单故障处理起来比较容

23、易和安全。3结束语本研究配电肖点间的联络关系生成配电网的 树状拓扑结构，在此茲础上提出了基于树状结构的配 电网故障定位、隔离和恢复算法。该方法充分利用配 电网络的结构特点町动态生成拓扑结构，具仃准确性 高、实时性好、程序设计简单等特点，可适用于单电源、 多电源等开坏运行的配网结构。参考文献(References):1 周羽生.英于FTL：的配电网故障区段判断算法J电力 自动化设备.2(X)0 20(4)： 25 - 27.2 刘 键.配电网故障区威判断和隔离的统-算法J.电 力系统自动化,1999 23( 1)： 31- 3331唐群冈一种基于FTU的配网故障定位矩阵单元化算法 | J|.重庆大学学报 2(X)6 29( 5): 29- 314卫志农，何桦.配电网故障定位的一种新篦法| J.电力系 统口动化，2001 25( 14): 46- 5(1|5徐肯山电力系统故障诊断及故障恢fiM .北京：中国 电力出版社.2007|6刘 键.毕鹏翔锻海鹏.复杂配电网简化分析与优化 |M .北京:中国电力出版杜.2002|7刘 键倪建立邓水辉配电自动化系统M北京:中 国水利电力出版补2001|8|于建辉周 浩陆 华杭州iokvrfe电网合环问题的 研究J机电工程,2007 24( 10): 54- 57.I编辑：罗向阳34*机 电 工