嵌入式Linux中基于Qt/Embeded觸摸屏驅(qū)動的設(shè)計

嵌入式 Linux 以其開源性、內(nèi)核的健壯性和穩(wěn)定性、可裁減性，以及有著專業(yè)的商業(yè)公司和世界頂尖的自由軟件開發(fā)者的支持和維護等各方面優(yōu)勢，吸引了嵌入式系統(tǒng)開發(fā)商的目光，成為嵌入式操作系統(tǒng)的新寵。觸摸屏由于其友善的人機交互性、操作簡單靈活、輸入速度快，大大簡化了嵌入式系統(tǒng)的輸入而被廣泛運用。本文介紹了基于嵌入式 Linux 系統(tǒng)平臺上 Qt/Embedded 的觸摸屏驅(qū)動的設(shè)計。該方案已成功運用于工程機械安全儀和電能質(zhì)量監(jiān)測儀項目，實現(xiàn)了 GUI（圖形用戶操作接口）界面對觸摸屏的支持，并能根據(jù)觸摸屏的不同進行定制。

1、Qt/Embedded 簡介

Qt/Embedded 是著名的 Trolltech 公司發(fā)布的專門面向嵌入式系統(tǒng)的GUI 和應(yīng)用開發(fā)的開發(fā)庫。它是一種全面的 C++圖形界面應(yīng)用開發(fā)架構(gòu)，繼承了Qt 的全部標(biāo)準(zhǔn) API，提供了比 Xlib 和 XWindows 系統(tǒng)更加緊湊的窗口生成系統(tǒng)，對 FrameBuffer 直接進行操作（見圖 1）。完全模塊化的設(shè)計和高效的編譯系統(tǒng)減少了內(nèi)存的消耗，這些使 Qt/Embedded 成為嵌入式環(huán)境中，功能強大而全面的GUI開發(fā)工具。由于Qt/Embedded 的強大功能，被廣泛用于各種領(lǐng)域，從消費電子（移動電話、掌上電腦、機頂盒）到工業(yè)控制（醫(yī)療成像 設(shè)備、 移動信息系統(tǒng)）。

2 、Linux 下的設(shè)備驅(qū)動基礎(chǔ)

Linux 系統(tǒng)主要將設(shè)備分成 3 種類型：字符設(shè)備、塊設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)接口。每個模塊通常實現(xiàn)其中一種類型，相應(yīng)的模塊可分為字符模塊、塊模塊和網(wǎng)絡(luò)模塊 3 種。然而這種分類方式并不是非常嚴格，程序員可以構(gòu)造一個大的模塊，在其中實現(xiàn)不同類型的設(shè)備驅(qū)動程序。為了實現(xiàn)良好的伸縮性和擴展性，通常還要為每個功能創(chuàng)建一個不同的模塊。

字符設(shè)備是能夠像字節(jié)流一樣被訪問的設(shè)備，由字符設(shè)備驅(qū)動程序來實現(xiàn)這種特性。它通常至少 需要實現(xiàn) open、close、read 和 write 系統(tǒng)調(diào)用。字 符設(shè)備可以通過文件系統(tǒng)節(jié)點來訪問，比如字符終端（/dev/console）和串口（/dev/ttyS0）就是字符 設(shè)備的例子。塊設(shè)備也是通過/dev 目錄下的文件系統(tǒng)節(jié)點被訪問的。塊設(shè)備能夠容納文件系統(tǒng)。Linux 允許應(yīng)用程序像字符設(shè)備那樣讀寫塊設(shè)備，可以一次傳遞任意多字節(jié)的數(shù)據(jù)。因此，塊設(shè)備與字符設(shè)備的區(qū)別僅僅在于內(nèi)核內(nèi)部管理數(shù)據(jù)的方式。也就是內(nèi)核和驅(qū)動程序的接口不同。另外，塊設(shè)備的接口必須支持掛裝文件系統(tǒng)。

網(wǎng)絡(luò)接口是一個能夠和其他主機交換數(shù)據(jù)的設(shè)備。 它由內(nèi)核中的網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)驅(qū)動，負責(zé)發(fā)送和接收數(shù)據(jù)包，它無須了解每項事務(wù)是如何映射到實際傳輸?shù)臄?shù)據(jù)包的。

Linux 中還存在其他類型的驅(qū)動程序模塊，這些模塊利用內(nèi)核提供的公共服務(wù)來處理特定類型的設(shè)備。 因此我們能夠和通用串行總線（USB）模塊、串口模塊等通信。

在本系統(tǒng)中，控制器將觸摸屏采集的原始電壓信號通過專用 A/D 轉(zhuǎn)換為坐標(biāo)數(shù)據(jù)，經(jīng)過 RS-232 總線傳送給嵌入式系統(tǒng)（見圖 2）。Linux 系統(tǒng)利用內(nèi)核提供的串口模塊來處理觸摸屏設(shè)備，將該設(shè)備以文件/dev/ttyS0 的形式存放在/dev 目錄下，提供了 open、read、write、close 等系統(tǒng)調(diào)用。我們只需像操作普通 數(shù)據(jù)文件一樣對串口設(shè)備進行操作，將觸摸屏的坐標(biāo) 數(shù)據(jù)送往上層的 Qt/Embedded 應(yīng)用層。

3 、Qt 下觸摸屏的驅(qū)動

Qt/Embedded 中與用戶輸入事件相關(guān)的信號，是建立在對底層輸入設(shè)備的接口調(diào)用之上的，一般通過 對設(shè)備文件的 I/O 讀寫來實現(xiàn)。大部分這樣的驅(qū)動程序已經(jīng)被封裝進 Qt 庫當(dāng)中，形成了相應(yīng)的設(shè)備驅(qū)動接口，如顯示卡驅(qū)動、鼠標(biāo)、鍵盤、串口和并口等。其中鼠標(biāo)設(shè)備的抽象基類為 QWSMouse Handler，從該類又重新派生出一些具體的鼠標(biāo)類設(shè)備的實現(xiàn)類。在 3.3.4 版本系列的 Qt/Embedded 中，鼠標(biāo)類設(shè)備的派生結(jié)構(gòu)如圖 3 所示。

圖 3 鼠標(biāo)類設(shè)備的派生結(jié)構(gòu)圖（灰色線框表示可省略類結(jié)構(gòu)）

鼠標(biāo)類設(shè)備的加載方式與 KeyBoard 設(shè)備加載方 式是類似的，在系統(tǒng)構(gòu)造 QWSServer 對象時，調(diào)用成 員函數(shù) QWSServer:: openMouse，程序在QWSServer:: openMouse 函數(shù)中再調(diào)用QmouseDriverFactory::create () 或QmouseDriverPlugin:: create ()。該函數(shù)根據(jù) Linux 系統(tǒng)的環(huán)境變量QWS_MOUSE_PROTO獲得鼠標(biāo)類設(shè)備的設(shè)備類型和設(shè)備節(jié)點。打開并返回相應(yīng)設(shè)備的基類指針 QWSMouseHandler 給系統(tǒng)，系統(tǒng)通過操作該基類派生出的具體子類設(shè)備指針QWSCustomMouseHandler。

觸摸屏和鼠標(biāo)類設(shè)備在功能上基本是一致的，因 此，在 Qt 庫中一般把觸摸屏模擬成鼠標(biāo)設(shè)備來實現(xiàn)對觸摸屏設(shè)備的操作。但由于觸摸屏和鼠標(biāo)底層接口并不一樣，會造成對上層接口的不一致。例如，從鼠 標(biāo)驅(qū)動接口中幾乎不會得到絕對位置信息，一般只會讀到相對移動量。另外，鼠標(biāo)的移動加速度也需要考慮在內(nèi)，而觸摸屏接口則幾乎是清一色的絕對位置信息和壓力信息。針對此類差別，Qt/Embedded 將同一類設(shè)備的接口部分也給予區(qū)別和抽象，具體實現(xiàn)在 QmouseDriverInterface 類中。

在本系統(tǒng)中，Linux 系統(tǒng)從 COM1 口讀入觸摸屏的坐標(biāo)數(shù)據(jù)，但由于與觸摸屏的底層接口并不一致，需通過添加 QWSCustomMouseHandler 程序接口類來實現(xiàn)對觸摸屏的控制。查看Qt/Embedded源代碼qwsmouselinuxtp_qws.cpp 和 qwsmousevr41xx_qws.cpp，可知 Qt 提供了 linuxtp 和 vr41xx 觸摸屏的驅(qū)動接口類。如果使用的就是這兩種觸摸屏接口，可直接在執(zhí)行 Qt 的 configure 配置時加入配置選項-qt-mouse-driver>。由于我們的觸摸屏并非以上兩種，因此需添加驅(qū)動接口。