SP5V210的嵌入式電容觸摸屏驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)

引言

目前，隨著手機(jī)和平板電腦的廣泛使用，電容式觸摸屏已成為電子產(chǎn)品的重要組成部分，電容觸摸屏的多點(diǎn)觸摸功能是紅外式、電阻式觸摸屏所不具備的，其線性度、透明度和耐久度也有著明顯優(yōu)勢(shì)。蘋果公司的多點(diǎn)觸摸技術(shù)使人們的生活方式有了極大變化，且隨著嵌入式設(shè)備和技術(shù)的成熟，電容觸摸屏作為新興的輸入設(shè)備必將得到廣泛應(yīng)用。

SP5V210是基于Cortex—A8架構(gòu)的32位處理器，帶有內(nèi)存管理單元MMU，最高主頻為1.0 GHz，內(nèi)部集成圖像處理器可以高效顯示與處理圖像，且可以十分流暢地運(yùn)行Linux和Android高級(jí)系統(tǒng);GT811為5點(diǎn)電容屏控制芯片，其內(nèi)部觸摸檢測(cè)網(wǎng)絡(luò)由10路感應(yīng)通道與16路驅(qū)動(dòng)通道構(gòu)成，通過(guò)內(nèi)部的數(shù)模轉(zhuǎn)化模塊、模擬放大電路和MPU采集實(shí)時(shí)的觸摸信息，并由I2C總線傳輸?shù)街骺靥幚砥鳌?/p>

本設(shè)計(jì)以SP5V210處理器和Linux2.6.25內(nèi)核為系統(tǒng)的硬件與軟件平臺(tái)，用GT811作為電容式觸摸屏的控制器，設(shè)計(jì)了一種基于SP5V210的嵌入式多點(diǎn)電容觸摸屏驅(qū)動(dòng)。

1 電容式觸摸屏

目前大部分電容屏是投射式互容電容屏。本文以投射式電容觸摸屏為例，應(yīng)用OGS方案，即將氧化銦錫(ITO)導(dǎo)電膜直接鍍?cè)诒Ｗo(hù)玻璃上形成傳感器，此時(shí)保護(hù)玻璃具有了觸摸傳感功能。該電容觸摸屏采用單層ITO(SITO)結(jié)構(gòu)，水平X和垂直Y電極通過(guò)蝕刻ITO層形成，電極交叉處有絕緣層，這樣X(jué)電極與Y電極之間形成了耦合電容CM。

通過(guò)檢測(cè)觸摸屏整個(gè)二維平面的互電容大小來(lái)計(jì)算觸摸位置，首先觸摸屏控制器會(huì)控制X電極依次發(fā)出激勵(lì)信號(hào)，Y電極同時(shí)接收，得到所有XY電極交叉處的電容值，當(dāng)手指觸摸時(shí)會(huì)使觸摸位置局部電容CM減小，這樣根據(jù)二維電容數(shù)據(jù)變化量就可以計(jì)算出每個(gè)觸摸位置的真實(shí)坐標(biāo)。

本設(shè)計(jì)采用三星公司的SP5V210處理器作為主機(jī)，通過(guò)I2C總線接口與電容式觸摸屏控制芯片GT811相連，GT811集成在柔性線路板上通過(guò)綁定技術(shù)連接到7寸電容觸摸屏屏體上。圖1為系統(tǒng)硬件連接示意圖。觸摸屏控制器GT811驅(qū)動(dòng)端依次從drv00到drv15發(fā)出激勵(lì)脈沖，感應(yīng)端sens00～sens09同時(shí)接收，并轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，此時(shí)為原始數(shù)據(jù)rawdata，經(jīng)數(shù)據(jù)處理后再由內(nèi)部MPU通過(guò)I2C總線與處理器SP5V210完成觸摸坐標(biāo)信息的交互。

2 觸摸屏驅(qū)動(dòng)程序設(shè)計(jì)

本文利用處理器SPSV210、觸摸屏控制器GT811和Linux輸入子系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)電容觸摸屏的驅(qū)動(dòng)，程序流程如圖2所示。

2.1 I2C總線設(shè)備注冊(cè)

GT811是一個(gè)I2C設(shè)備，需向Linux內(nèi)核注冊(cè)才可被使用。注冊(cè)GT811的I2C模塊先在Linux內(nèi)核文件arch/arm/mach-s5pv210/mach-tq210.c的I2C通道2結(jié)構(gòu)體中加入TC的I2C地址，也就是0x5d，添加后如下：

系統(tǒng)初始化時(shí)會(huì)根據(jù)板級(jí)I2C總線設(shè)備配置信息，創(chuàng)建I2C總線客戶端設(shè)備I2C_client，并將其添加到I2C子系統(tǒng)中。

2.2 I2C總線設(shè)備驅(qū)動(dòng)注冊(cè)

I2C總線設(shè)備需要兩個(gè)結(jié)構(gòu)體：struct IIC_driver表示I2C設(shè)備驅(qū)動(dòng)，struct IIC_client用于描述I2C設(shè)備：

2.3 驅(qū)動(dòng)入口函數(shù)

檢查到I2C總線設(shè)備進(jìn)入探測(cè)函數(shù)static int sp5v210_tc_probe(struct IIC client*client，const struct dev_id*id)，該函數(shù)的主要工作如下：

觸摸屏控制器GT811初始化，通過(guò)初始化函數(shù)static int tc_init_panel(struct IIC_client*client)配置各相關(guān)寄存器，檢測(cè)是否工作在正常模式。

手指按下時(shí)中斷引腳被拉低，處理器SP5V210調(diào)用中斷處理函數(shù)tc_irq_handler，首先該處理函數(shù)將提交任務(wù)ts→work給工作隊(duì)列tc_wq，然后進(jìn)入工作隊(duì)列tc_wq中的tc_ work_fun函數(shù)。

2.4 觸摸屏工作函數(shù)設(shè)計(jì)

手指觸摸時(shí)電容控制器首先會(huì)采集多幀原始數(shù)據(jù)進(jìn)行平均值處理并存儲(chǔ)，再進(jìn)行數(shù)據(jù)處理得到實(shí)時(shí)的坐標(biāo)信息，通過(guò)I2C總線傳輸觸點(diǎn)坐標(biāo)給CPU，并在觸摸屏工作函數(shù)中完成坐標(biāo)點(diǎn)的修正、上報(bào)以及多點(diǎn)處理功能。由于電容觸摸屏XY電極上一般會(huì)蝕刻成菱形的感應(yīng)塊(對(duì)角線長(zhǎng)約4～6 mm)，這樣手指操作時(shí)會(huì)觸摸到4個(gè)感應(yīng)塊(如圖3所示)，需要采用算法定位坐標(biāo)。

采用重心法計(jì)算觸點(diǎn)坐標(biāo)位置(Px，P，y)：

其中，Sn為第n個(gè)感應(yīng)塊交叉處的信號(hào)值，Nx和Ny分別為X、Y電極方向上感應(yīng)塊個(gè)數(shù)，R為觸摸屏的邏輯分辨率。再由工作函數(shù)tc_work_fun(struct worK_struct*work)進(jìn)行數(shù)據(jù)的讀取與事件上報(bào)。

觸摸屏觸點(diǎn)坐標(biāo)信息會(huì)保存在控制器GT811的輸出信息寄存器中，如表1所列。中斷觸發(fā)后進(jìn)入tc_worK_fun()函數(shù)。該函數(shù)的主要工作：讀取GT811輸出信息寄存器中的坐標(biāo)信息;向上層報(bào)告對(duì)應(yīng)的事件和坐標(biāo)信息。

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