Mini2440觸摸屏程序分析

這是mini2440驅(qū)動(dòng)分析系列的第三篇文章，本文分為三個(gè)部分，第一部分講敘硬件知識(shí)，包括觸摸屏的原理以及SCC2440 SOC上的觸摸屏是如何工作的。第二部分分析輸入設(shè)備子系統(tǒng)的框架，并進(jìn)行相應(yīng)的代碼分析。第三部分利用上述的原理來分析mini2440的觸摸屏驅(qū)動(dòng)。第四部分介紹了測(cè)試和校準(zhǔn)。
1.需要準(zhǔn)備的硬件知識(shí)
1.1電阻式觸摸屏工作原理原理
觸摸屏附著在顯示器的表面，與顯示器相配合使用，如果能測(cè)量出觸摸點(diǎn)在屏幕上的坐標(biāo)位置，則可根據(jù)顯示屏上對(duì)應(yīng)坐標(biāo)點(diǎn)的顯示內(nèi)容或圖符獲知觸摸者的意圖。觸摸屏按其技術(shù)原理可分為五類：矢量壓力傳感式、電阻式、電容式、紅外線式、表面聲波式，其中電阻式觸摸屏在嵌入式系統(tǒng)中用的較多。電阻觸摸屏是一塊4層的透明的復(fù)合薄膜屏，如圖2所示，最下面是玻璃或有機(jī)玻璃構(gòu)成的基層，最上面是一層外表面經(jīng)過硬化處理從而光滑防刮的塑料層，中間是兩層金屬導(dǎo)電層，分別在基層之上和塑料層內(nèi)表面，在兩導(dǎo)電層之間有許多細(xì)小的透明隔離點(diǎn)把它們隔開。當(dāng)手指觸摸屏幕時(shí)，兩導(dǎo)電層在觸摸點(diǎn)處接觸。
觸摸屏的兩個(gè)金屬導(dǎo)電層是觸摸屏的兩個(gè)工作面，在每個(gè)工作面的兩端各涂有一條銀膠，稱為該工作面的一對(duì)電極，若在一個(gè)工作面的電極對(duì)上施加電壓，則在該工作面上就會(huì)形成均勻連續(xù)的平行電壓分布。如圖4所示，當(dāng)在X方向的電極對(duì)上施加一確定的電壓，而Y方向電極對(duì)上不加電壓時(shí)，在X平行電壓場(chǎng)中，觸點(diǎn)處的電壓值可以在Y+(或Y-)電極上反映出來，通過測(cè)量Y+電極對(duì)地的電壓大小，便可得知觸點(diǎn)的X坐標(biāo)值。同理，當(dāng)在Y電極對(duì)上加電壓，而X電極對(duì)上不加電壓時(shí)，通過測(cè)量X+電極的電壓，便可得知觸點(diǎn)的Y坐標(biāo)。電阻式觸摸屏有四線和五線兩種。四線式觸摸屏的X工作面和Y工作面分別加在兩個(gè)導(dǎo)電層上，共有四根引出線，分別連到觸摸屏的X電極對(duì)和Y電極對(duì)上。五線式觸摸屏把X工作面和Y工作面都加在玻璃基層的導(dǎo)電涂層上，但工作時(shí)，仍是分時(shí)加電壓的，即讓兩個(gè)方向的電壓場(chǎng)分時(shí)工作在同一工作面上，而外導(dǎo)電層則僅僅用來充當(dāng)導(dǎo)體和電壓測(cè)量電極。因此，五線式觸摸屏的引出線需為5根。


1.2 在S3C2440中的觸摸屏接口
SOC S3C2440的觸摸屏接口是與ADC接口結(jié)合在一起的，框圖如下：

轉(zhuǎn)換速率：當(dāng)PCLK=50MHz時(shí)，分頻設(shè)為49，則10位的轉(zhuǎn)換計(jì)算如下：
When the GCLK frequency is 50MHz and the prescaler value is 49,
A/D converter freq. = 50MHz/(49+1) = 1MHz
Conversion time = 1/(1MHz / 5cycles) = 1/200KHz = 5 us
This A/D converter was designed to operate at maximum 2.5MHz clock, so the conversion rate can go up to 500 KSPS.
觸摸屏接口的模式有以下幾種：
普通ADC轉(zhuǎn)換模式
獨(dú)立X/Y位置轉(zhuǎn)換模式
自動(dòng)X/Y位置轉(zhuǎn)換模式
等待中斷模式
我們主要接受觸摸屏接口的等待中斷模式和自動(dòng)X/Y位置轉(zhuǎn)換模式（驅(qū)動(dòng)程序中會(huì)用到）：
自動(dòng)轉(zhuǎn)換模式操作流程如下：觸摸屏控制器自動(dòng)轉(zhuǎn)換X,Y的觸摸位置，當(dāng)轉(zhuǎn)換完畢后將數(shù)據(jù)分別存放在寄存器ADCDAT0和ADCDAT1.并產(chǎn)生INT_ADC中斷通知轉(zhuǎn)換完畢。
等待中斷模式：
Touch Screen Controller generates interrupt (INT_TC) signal when the Stylus is down. Waiting for Interrupt Modesetting value is rADCTSC=0xd3; // XP_PU, XP_Dis, XM_Dis, YP_Dis, YM_En.
當(dāng)觸摸后，觸摸屏控制器產(chǎn)生INT_TC中斷，四個(gè)引腳設(shè)置應(yīng)該為：
引腳 XP XM YP YM
狀態(tài) PULL UP/XP Disable Disable (初始值即是) Disable Enable
設(shè)置 1 0 1 1
當(dāng)中斷產(chǎn)生后，X/Y的位置數(shù)據(jù)可以選擇獨(dú)立X/Y位置轉(zhuǎn)換模式，和自動(dòng)X/Y位置轉(zhuǎn)換模式進(jìn)行讀取，采用自動(dòng)X/Y位置轉(zhuǎn)換模式進(jìn)行讀取需要對(duì)我們已經(jīng)設(shè)置的TSC寄存器進(jìn)行更改，在原有的基礎(chǔ)上或上S3C2410_ADCTSC_PULL_UP_DISABLE | S3C2410_ADCTSC_AUTO_PST | S3C2410_ADCTSC_XY_PST(0)。
數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換完畢后，也會(huì)產(chǎn)生中斷。

2. 輸入子系統(tǒng)模型分析
2.1 整體框架：
輸入子系統(tǒng)包括三個(gè)部分設(shè)備驅(qū)動(dòng)、輸入核心、事件處理器。
第一部分是連接在各個(gè)總線上的輸入設(shè)備驅(qū)動(dòng)，在我們的SOC上，這個(gè)總線可以使虛擬總線platformbus，他們的作用是將底層的硬件輸入轉(zhuǎn)化為統(tǒng)一事件型式，向輸入核心（Input core）匯報(bào).

第二部分輸入核心的作用如下：
（1） 調(diào)用input_register_device() used to 添加設(shè)備，調(diào)用input_unregister_device() 除去設(shè)備。（下面會(huì)結(jié)合觸摸屏驅(qū)動(dòng)講述）
（2） 在/PROC下產(chǎn)生相應(yīng)的設(shè)備信息，下面這個(gè)例子即是：
/proc/bus/input/devices showing a USB mouse:
I: Bus=0003 Vendor=046d Product=c002 Version=0120
N: Name="Logitech USB-PS/2 Mouse M-BA47"
P: Phys=usb-00:01.2-2.2/input0
H: Handlers=mouse0 event2
B: EV=7
B: KEY=f0000 0 0 0 0 0 0 0 0
B: REL=103
（3） 通知事件處理器對(duì)事件進(jìn)行處理
第三部分是事件處理器：
輸入子系統(tǒng)包括了您所需要的大所屬處理器，如鼠標(biāo)、鍵盤、joystick，觸摸屏，也有一個(gè)通用的處理器被叫做event handler（對(duì)于內(nèi)核文件evdev.C）.需要注意的是隨著內(nèi)核版本的發(fā)展，event handler將用來處理更多的不同硬件的輸入事件。在Linux2.6.29版本中，剩下的特定設(shè)備事件處理就只有鼠標(biāo)和joystick。這就意味著越來越多的輸入設(shè)備將通過event handler來和用戶空間打交道。事件處理層的主要作用就是和用戶空間打交道，我們知道Linux在用戶空間將所有設(shè)備當(dāng)成文件來處理，在一般的驅(qū)動(dòng)程序中都有提供fops接口，以及在/dev下生成相應(yīng)的設(shè)備文件nod，而在輸入子系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)中，這些動(dòng)作都是在事件處理器層完成的，我們看看 evdev.C相關(guān)代碼吧。
static int __init evdev_init(void)
{
return input_register_handler(&evdev_handler);
}
這是該模塊的注冊(cè)程序，將在系統(tǒng)初始化時(shí)被調(diào)用。
初始化得過程很簡(jiǎn)單，就一句話，不過所有的秘密都被保藏在evdev_handler中了：
static struct input_handler evdev_handler = {
.event = evdev_event,
.connect = evdev_connect,
.disconnect = evdev_disconnect,
.fops = &evdev_fops,
.minor = EVDEV_MINOR_BASE,
.name = "evdev",
.id_table = evdev_ids,
};
先看connect函數(shù)中如下的代碼：
snprintf(evdev->name, sizeof(evdev->name), "event%d", minor);
evdev = kzalloc(sizeof(struct evdev), GFP_KERNEL);
evdev->handle.dev = input_get_device(dev);
evdev->handle.name = evdev->name;
dev_set_name(&evdev->dev, evdev->name);
evdev->dev.devt = MKDEV(INPUT_MAJOR, EVDEV_MINOR_BASE + minor);
evdev->dev.class = &input_class;
evdev->dev.parent = &dev->dev;
evdev->dev.release = evdev_free;
device_initialize(&evdev->dev);
error = device_add(&evdev->dev);
注意黑色的部分這將會(huì)在/sys/device/viture/input/input0/event0這個(gè)目錄就是在這里生成的，在event下會(huì)有一個(gè)dev的屬性文件，存放著設(shè)備文件的設(shè)備號(hào)，，這樣 udev 就能讀
取該屬性文件獲得設(shè)備號(hào)，從而在/dev目錄下創(chuàng)建設(shè)備節(jié)點(diǎn)/dev/event0
再看evdev_fops成員：
static const struct file_operations evdev_fops = {
.owner = THIS_MODULE,
.read = evdev_read,
.write = evdev_write,
.poll = evdev_poll,
.open = evdev_open,
.release = evdev_release,
.unlocked_ioctl = evdev_ioctl,
#ifdef CONFIG_COMPAT
.compat_ioctl = evdev_ioctl_compat,
#endif
.fasync = evdev_fasync,
.flush = evdev_flush
};
看過LDD3的人都知道，這是設(shè)備提供給用戶空間的接口，用來提供對(duì)設(shè)備的操作，其中evdev_ioctl提供了很多命令，相關(guān)的命令使用參照《Using the Input Subsystem, Part II》

3 mini2440的觸摸屏驅(qū)動(dòng)
3.1 初始化：
static int __init s3c2410ts_init(void)
{
struct input_dev *input_dev;

adc_clock = clk_get(NULL, "adc");
if (!adc_clock) {
printk(KERN_ERR "failed to get adc clock sourcen");
return -ENOENT;
}
clk_enable(adc_clock);
//獲取時(shí)鐘，掛載APB BUS上的外圍設(shè)備，需要時(shí)鐘控制，ADC就是這樣的設(shè)備。
base_addr=ioremap(S3C2410_PA_ADC,0x20);
I/O內(nèi)存是不能直接進(jìn)行訪問的，必須對(duì)其進(jìn)行映射，為I/O內(nèi)存分配虛擬地址，這些虛擬地址以__iomem進(jìn)行說明，但不能直接對(duì)其進(jìn)行訪問，需要使用專用的函數(shù)，如iowrite32
if (base_addr == NULL) {
printk(KERN_ERR "Failed to remap register blockn");
return -ENOMEM;
}

/* Configure GPIOs */
s3c2410_ts_connect();

iowrite32(S3C2410_ADCCON_PRSCEN | S3C2410_ADCCON_PRSCVL(0xFF),
base_addr+S3C2410_ADCCON);//使能預(yù)分頻和設(shè)置分頻系數(shù)
iowrite32(0xffff, base_addr+S3C2410_ADCDLY);//設(shè)置ADC延時(shí)，在等待中斷
模式下表示產(chǎn)生INT_TC的間隔時(shí)間
iowrite32(WAIT4INT(0), base_addr+S3C2410_ADCTSC);
按照等待中斷的模式設(shè)置TSC
接下來的部分是注冊(cè)輸入設(shè)備
/* Initialise input stuff */
input_dev = input_allocate_device();
//allocate memory for new input device,用來給輸入設(shè)備分配空間，并做一些輸入設(shè)備通用的初始的設(shè)置
if (!input_dev) {
printk(KERN_ERR "Unable to allocate the input device !!n");
return -ENOMEM;
}

dev = input_dev;
dev->evbit[0] = BIT(EV_SYN) | BIT(EV_KEY) | BIT(EV_ABS);
//設(shè)置事件類型
dev->keybit[BITS_TO_LONGS(BTN_TOUCH)] = BIT(BTN_TOUCH);
input_set_abs_params(dev, ABS_X, 0, 0x3FF, 0, 0);
input_set_abs_params(dev, ABS_Y, 0, 0x3FF, 0, 0);
input_set_abs_params(dev, ABS_PRESSURE, 0, 1, 0, 0);
以上四句都是設(shè)置事件類型中的code，如何理解呢，先說明事件類型，常用的事件類型
EV_KEY、EV_MOSSE, EV_ABS(用來接收像觸摸屏這樣的絕對(duì)坐標(biāo)事件)，而每種事件又會(huì)
有不同類型的編碼code，比方說ABS_X，ABS_Y，這些編碼又會(huì)有相應(yīng)的value
dev->name = s3c2410ts_name;
dev->id.bustype = BUS_RS232;
dev->id.vendor = 0xDEAD;
dev->id.product = 0xBEEF;
dev->id.version = S3C2410TSVERSION;
//以上是輸入設(shè)備的名稱和id，這些信息時(shí)輸入設(shè)備的身份信息了，在用戶空間如何看到呢，
cat /proc/bus/input/devices，下面是我的截圖

/* Get irqs */
if (request_irq(IRQ_ADC, stylus_action, IRQF_SAMPLE_RANDOM,
"s3c2410_action", dev)) {
printk(KERN_ERR "s3c2410_ts.c: Could not allocate ts IRQ_ADC !n");
iounmap(base_addr);
return -EIO;
}
if (request_irq(IRQ_TC, stylus_updown, IRQF_SAMPLE_RANDOM,
"s3c2410_action", dev)) {
printk(KERN_ERR "s3c2410_ts.c: Could not allocate ts IRQ_TC !n");
iounmap(base_addr);
return -EIO;
}

printk(KERN_INFO "%s successfully loadedn", s3c2410ts_name);

/* All went ok, so register to the input system */
input_register_device(dev);
//前面已經(jīng)設(shè)置了設(shè)備的基本信息和所具備的能力，所有的都準(zhǔn)備好了，現(xiàn)在就可以注冊(cè)了
return 0;
}
中斷處理
stylus_action和stylus_updown兩個(gè)中斷處理函數(shù)，當(dāng)筆尖觸摸時(shí)，會(huì)進(jìn)入到stylus_updown，
static irqreturn_t stylus_updown(int irq, void *dev_id)
{
unsigned long data0;
unsigned long data1;
int updown;
//注意在觸摸屏驅(qū)動(dòng)模塊中，這個(gè)ADC_LOCK的作用是保證任何時(shí)候都只有一個(gè)驅(qū)動(dòng)程序使用ADC的中斷線，因?yàn)樵趍ini2440adc模塊中也會(huì)使用到ADC,這樣只有擁有了這個(gè)鎖，才能進(jìn)入到啟動(dòng)ADC,注意盡管LDD3中說過信號(hào)量因?yàn)樾菝卟贿m合使用在ISR中，但down_trylock是一個(gè)例外，它不會(huì)休眠。
if (down_trylock(&ADC_LOCK) == 0) {
OwnADC = 1;
data0 = ioread32(base_addr+S3C2410_ADCDAT0);
data1 = ioread32(base_addr+S3C2410_ADCDAT1);

updown = (!(data0 & S3C2410_ADCDAT0_UPDOWN)) && (!(data1 & S3C2410_ADCDAT0_UPDOWN));

if (updown) {//means down
touch_timer_fire(0);//這是一個(gè)定時(shí)器函數(shù)，當(dāng)然在這里是作為普通函數(shù)調(diào)用，用來啟動(dòng)ADC
} else {
OwnADC = 0;
up(&ADC_LOCK);//注意紅色的部分是基本不會(huì)執(zhí)行的，除非你觸摸后以飛快的速度是否，還來不及啟動(dòng)ADC，當(dāng)然這種飛快的速度一般是達(dá)不到的，筆者調(diào)試程序時(shí)發(fā)現(xiàn)這里是進(jìn)入不了的
}
}

return IRQ_HANDLED;
}
static void touch_timer_fire(unsigned long data)
{
unsigned long data0;
unsigned long data1;
int updown;

data0 = ioread32(base_addr+S3C2410_ADCDAT0);
data1 = ioread32(base_addr+S3C2410_ADCDAT1);

updown = (!(data0 & S3C2410_ADCDAT0_UPDOWN)) && (!(data1 & S3C2410_ADCDAT0_UPDOWN));

if (updown) {//means down
轉(zhuǎn)換四次后進(jìn)行事件匯報(bào)
if (count != 0) {
long tmp;

tmp = xp;
xp = yp;
yp = tmp;
//這里進(jìn)行轉(zhuǎn)換是因?yàn)槲覀兊钠聊皇褂脮r(shí)采用的是240*320，相當(dāng)于把原來的屏幕的X,Y軸變換。
個(gè)人理解，不只是否正確
xp >>= 2;
yp >>= 2;
/
input_report_abs(dev, ABS_X, xp);
input_report_abs(dev, ABS_Y, yp);
//設(shè)備X,Y值
input_report_key(dev, BTN_TOUCH, 1);
input_report_abs(dev, ABS_PRESSURE, 1);
input_sync(dev);
//這個(gè)表明我們上報(bào)了一次完整的觸摸屏事件，用來間隔下一次的報(bào)告
}
xp = 0;
yp = 0;
count = 0;

iowrite32(S3C2410_ADCTSC_PULL_UP_DISABLE | AUTOPST, base_addr+S3C2410_ADCTSC);
iowrite32(ioread32(base_addr+S3C2410_ADCCON) | S3C2410_ADCCON_ENABLE_START, base_addr+S3C2410_ADCCON);
如果還沒有啟動(dòng)ADC或者ACD轉(zhuǎn)換四次完畢后則啟動(dòng)ADC

} else {
如果是up狀態(tài)，則提出報(bào)告并讓觸摸屏處在等待觸摸的階段
count = 0;

input_report_key(dev, BTN_TOUCH, 0);
input_report_abs(dev, ABS_PRESSURE, 0);
input_sync(dev);

iowrite32(WAIT4INT(0), base_addr+S3C2410_ADCTSC);
if (OwnADC) {
OwnADC = 0;
up(&ADC_LOCK);
}
}
}
static irqreturn_t stylus_action(int irq, void *dev_id)
{
unsigned long data0;
unsigned long data1;

if (OwnADC) {
data0 = ioread32(base_addr+S3C2410_ADCDAT0);
data1 = ioread32(base_addr+S3C2410_ADCDAT1);

xp += data0 & S3C2410_ADCDAT0_XPDATA_MASK;
yp += data1 & S3C2410_ADCDAT1_YPDATA_MASK;
count++;
讀取數(shù)據(jù)
if (count < (1<<2)) {如果小如四次重新啟動(dòng)轉(zhuǎn)換
iowrite32(S3C2410_ADCTSC_PULL_UP_DISABLE | AUTOPST, base_addr+S3C2410_ADCTSC);
iowrite32(ioread32(base_addr+S3C2410_ADCCON) | S3C2410_ADCCON_ENABLE_START, base_addr+S3C2410_ADCCON);
} else {如果超過四次，則等待1ms后進(jìn)行數(shù)據(jù)上報(bào)

mod_timer(&touch_timer, jiffies+1);
iowrite32(WAIT4INT(1), base_addr+S3C2410_ADCTSC);
}
}

return IRQ_HANDLED;
}
我們從整體上描述轉(zhuǎn)換的過程：
（1） 如果觸摸屏感覺到觸摸，則進(jìn)入updown ISR,如果能獲取ADC_LOCK則調(diào)用touch_timer_fire，啟動(dòng)ADC,
（2） ADC轉(zhuǎn)換，如果小于四次繼續(xù)轉(zhuǎn)換，如果四次完畢后，啟動(dòng)1個(gè)時(shí)間滴答的定時(shí)器，停止ADC, 也就是說在這個(gè)時(shí)間滴答內(nèi)，ADC是停止的，
（3） 這樣可以防止屏幕抖動(dòng)。
（4） 如果1個(gè)時(shí)間滴答到時(shí)候，觸摸屏仍然處于觸摸狀態(tài)則上報(bào)轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)，并重啟ADC,重復(fù)（2）
（5） 如果觸摸筆釋放了，則上報(bào)釋放事件，并將觸摸屏重新設(shè)置為等待中斷狀態(tài)。
4 測(cè)試與校準(zhǔn)
關(guān)于應(yīng)用程序的編寫，請(qǐng)參照《Using the Input Subsystem, Part II》，講解了input設(shè)備的API,
觸摸屏的校準(zhǔn)時(shí)使觸摸屏的坐標(biāo)與LCD得坐標(biāo)進(jìn)行對(duì)應(yīng)，這種對(duì)應(yīng)需要映射，這個(gè)映射的過程即為校準(zhǔn)，我們提供了一種線性算法的映射方法