叮当物联

Linux驱动之触摸屏程序编写

1、介绍电阻式触摸屏的原理

所谓的电阻式触摸屏,只不过是在LCD屏幕上贴了一层膜,这层膜的大小与LCD的尺寸刚好相同,它分为上下两层膜(假设上层为X膜,下层为Y膜),按下膜的不同位置,会产生不同的电压值,这样根据不同的电压值可以确定触点的位置,这就是触摸屏的基本原理。其实是利用了最简单的电阻分压原理。

下面的图是四线式电阻触摸屏的原理图,它的四根线都接到芯片的IO口上。
1、如图14.4是什么都不设置的触摸屏的情况,其中S1、S2、S3、S4是由芯片内部寄存器控制的,四线电阻的四根线其实等效于接到了这个四个开关上了。

2、如图14.5是将触摸屏设置为等待中断的情况,可以看到只要触摸板被按下,Y_ADC点的电压就会发生变化,然后就会产生一个中断事件报告CPU有按键按下待处理。

3、确定按键被按下后,通过设置触摸屏ADC相关寄存器,设置为自动测量坐标模式,首先会进入测量X坐标模式,如图14.6可以将Y_ADC的值测量出来

4、接着进入测量Y坐标模式,如图14.7可以将X_ADC的值测量出来。x,y坐标测量出来后会存放在相应寄存中,然后又会产生一个中断,等待CPU读取x,y的坐标值

5、CPU确认读取玩x,y坐标的值之后就进入等待松开模式,当Y_ADC的电压为VCC时就认为松开,并进入相应中断。等待CPU处理。

2、介绍触摸屏驱动的框架(输入子系统)

触摸对于linux内核来说也是一个输入的器件,与按键一样,只不过比按键的值丰富了许多。在Linux驱动之输入子系统简析已经介绍过了输入子系统的框架,这里再简单回顾一下。

输入子系统按框架可以分为设备驱动层、事件层、以及核心层。

整个调用过程如下:

app_read->evdev_read->kbtab_irq->input_report_key->input_event->evdev_event->evdev_read

应用层 事件层 设备层 核心层 核心层 事件层 事件层

如果要自己添加一个输入子系统的设备,只需要添加设备层的文件即可。

1、在里面添加设备层input_dev结构并初始化

2、编写中断处理程序

3、介绍程序用到的结构体

其实编写触摸屏的驱动程序就是编写一个输入子系统的设备层。它需要用的结构体有

1、struct input_dev结构体

struct input_dev {

    void *private;

    const char *name;//设备名字
    const char *phys;//文件路径,比如 input/buttons
    const char *uniq;
    struct input_id id;

    unsigned long evbit[NBITS(EV_MAX)];//表示支持哪类事件,常用于以下几种事件(可以多选)
    //EV_SYN      同步事件,当使用input_event()函数后,就要使用这个上报个同步事件
    //EV_KEY       键盘事件
    //EV_REL       (relative)相对坐标事件,比如鼠标
    //EV_ABS       (absolute)绝对坐标事件,比如摇杆、触摸屏感应
    
    unsigned long keybit[NBITS(KEY_MAX)];//存放支持的键盘按键值
    //键盘变量定义在:include/linux/input.h, 比如: KEY_L(按键L)、BTN_TOUCH(触摸屏的按键)
    
    
    unsigned long relbit[NBITS(REL_MAX)];//存放支持的相对坐标值
    unsigned long absbit[NBITS(ABS_MAX)];//存放支持的绝对坐标值
    unsigned long mscbit[NBITS(MSC_MAX)];
    unsigned long ledbit[NBITS(LED_MAX)];
    unsigned long sndbit[NBITS(SND_MAX)];
    unsigned long ffbit[NBITS(FF_MAX)];
    unsigned long swbit[NBITS(SW_MAX)];

    ...
    ...

    int absmax[ABS_MAX + 1];//绝对坐标的最大值
    int absmin[ABS_MAX + 1];//绝对坐标的最小值
    int absfuzz[ABS_MAX + 1];//绝对坐标的干扰值,默认为0,
    int absflat[ABS_MAX + 1];//绝对坐标的平焊位置,默认为0
    
    ...
    ...
};

2、struct timer_list结构体(用于触摸屏的长按处理)

struct timer_list {
    struct list_head entry;
    unsigned long expires;//期望定时器执行的jiffies值,假设需要定时10ms,那么应该设置expires = jiffies + HZ/100(10ms为100hz)

    void (*function)(unsigned long);//定时器定时时间到了之后的回调函数
    unsigned long data;//回调函数传入的数据

    struct tvec_t_base_s *base;
#ifdef CONFIG_TIMER_STATS
    void *start_site;
    char start_comm[16];
    int start_pid;
#endif
};

4、介绍程序用到的函数

触摸屏程序用到的函数众多大致分为以下几类:

1、输入子系统相关的函数

struct input_dev *input_allocate_device(void);//分配一个struct input_dev结构体,返回的是struct input_dev *
inline void set_bit(int nr, volatile unsigned long *addr);//这是一个内联函数,在调用的时候展开,功能为设置*addr的nr位为1
inline void input_set_abs_params(struct input_dev *dev, int axis, int min, int max, int fuzz, int flat);//设置绝对位移的参数
//struct input_dev *dev表示哪个输入子系统设备的绝对位移参数
//axis表示哪个坐标的绝对位移参数,可以设置为ABS_X、ABS_Y、ABS_PRESSURE等,位于include/linux/input.h中
//min绝对位移坐标的最小值
//max绝对位移坐标的最大值
//fuzz绝对位移坐标的干扰值,默认为0
//flat绝对位移坐标的平焊位置,默认为0
int input_register_device(struct input_dev *dev);//注册输入子系统设备驱动,输入参数为struct input_dev *
void input_unregister_device(struct input_dev *dev);//反注册输入子系统的设备驱动,输入参数为struct input_dev *
void input_free_device(s3c_ts_input);//释放分配的input_dev结构,,输入参数为struct input_dev *
static inline void input_report_abs(struct input_dev *dev, unsigned int code, int value);//上传绝对位移事件
//struct input_dev *dev表示哪个输入子系统设备的事件上传
//code表示绝对位移事件的哪类事件,可以取值ABS_PRESSURE、ABS_X、ABS_Y
//value表示事件的按键值
static inline void input_report_key(struct input_dev *dev, unsigned int code, int value);//上传按键事件
//struct input_dev *dev表示哪个输入子系统设备的事件上传
//code表示按键事件的哪类事件,可以取值BTN_TOUCH等
//value表示事件的按键值
static inline void input_sync(struct input_dev *dev);//上传同步事件,表示这次事件数据已经传送完成了

2、中断相关的函数


int request_irq(unsigned int irq, irq_handler_t handler,unsigned long irqflags, const char *devname, void *dev_id);//注册一个中断
//返回0表示注册成功,反之注册失败
//irq表示注册的中断号:有IRQ_TC、IRQ_ADC等等,位于include\asm-arm\arch-s3c2410irqs.h
//handler表示中断出现后的回调函数,函数原型为typedef irqreturn_t (*irq_handler_t)(int, void *);
//irqflags表示中断类型,可以设置为IRQF_SHARED、IRQF_DISABLED、IRQF_SAMPLE_RANDOM。位于include\linux\interrupt.h
//char *devname表示中断的名称
//void *dev_id传给中断回调函数的参数
void free_irq(unsigned int irq, void *dev_id);//释放中断
//irq表示中断号
//void *dev_id为传给中断回调函数的参数

3、定时器相关的函数

void fastcall init_timer(struct timer_list *timer);//初始化一个定时器*timer
inline void add_timer(struct timer_list *timer);//将定时器*timer将入内核
int mod_timer(struct timer_list *timer, unsigned long expires);//更改定时器*timer的定时值

5、编写程序

程序的大致思路为:

1、分配一个input_dev结构体

2、设置input_dev结构体

3、注册input_dev结构体

4、硬件相关的操作

  a、使能ADC时钟  

  b、设置S3C2440的ADC/TS寄存器

  c、注册INT_TC中断

  d、注册INT_ADC中断

  f、设置一个定时器用于长按处理

程序流程:

1、首先触摸屏位于等待按下状态;

2、待按键按下后,进入INTC_TC中断,在中断里面设置为INT_ADC中断等待ADC转换完成;

3、转换完成后进入INT_ADC中断:在里面上报X、Y坐标值;改变定时器值,使得10ms后调用定时器处理函数;设置为等待松开模式。

4、若按键在10ms内还未松开,定时器处理函数里面将触摸屏设置为INT_ADC中断模式,继续转到第3步。

5、若在10ms内松开,则进入INTC_TC中断,在中断里面设置为等待按键模式

下面是完整程序

#include <linux/module.h>
#include <linux/kernel.h>
#include <linux/fs.h>
#include <linux/init.h>
#include <asm/io.h>        //含有iomap函数iounmap函数
#include <asm/uaccess.h>//含有copy_from_user函数
#include <linux/device.h>//含有类相关的处理函数
#include <linux/fb.h>      //含有fb_info结构体定义
//#include <asm/dma-mapping.h> //含有dma_free_writecombine宏定义
//#include <linux/dma-mapping.h>  //含有dma_free_writecombine宏定义
#include <linux/platform_device.h>//含有平台设备总线模型相关变量
#include <linux/mm.h>
#include <linux/slab.h>
#include <linux/clk.h>
#include <asm-generic/errno-base.h>  //含有各种错误返回值
#include <linux/input.h>                    //含有输入子系统相关的类型
#include <linux/irq.h>    //含有IRQ_HANDLED\IRQ_TYPE_EDGE_RISING
#include <asm/irq.h>   //含有IRQT_BOTHEDGE触发类型
#include <linux/interrupt.h> //含有request_irq、free_irq函数

struct ts_regs
{
    unsigned long adccon;
    unsigned long adctsc;
    unsigned long adcdly;
    unsigned long adcdat0;
    unsigned long adcdat1;
    unsigned long adcupdn;
};

static struct input_dev *s3c_ts_input;     //新建一个输入子系统的设备层结构
static struct ts_regs *ts_reg;                  //分配一个adc触摸相关的寄存器
static struct timer_list ts_timer;                       //定义一个定时器处理长按的情况

static void enter_wait_pen_down_mode(void)//进入等待触摸笔按下的模式
{
    ts_reg->adctsc = 0xd3;//设置等待按下 模式中断
}

static void enter_wait_pen_up_mode(void)//进入等待触摸笔松开的模式
{
    ts_reg->adctsc = 0x1d3;//设置等待松开 模式中断
}

static void enter_measure_xy_mode(void)
{
    ts_reg->adctsc  = ((1<<2) | (1<<3));//设置自动测量adc模式,上拉电阻必须去掉
    ts_reg->adccon |= (1<<0);//启动adc转换
}


static irqreturn_t pen_up_down_irq(int irq, void *dev_id)
{
    if (ts_reg->adcdat0 & (1<<15))//如果是释放中断
    {
    //    printk("pen up\n");
        enter_wait_pen_down_mode();//进入等待按下模式
    }
    else//如果是按下中断
    {
    //    printk("pen down\n");
        //enter_wait_pen_up_mode();
        enter_measure_xy_mode();//进入自动转换adc模式等待ADC转换完成进入ADC中断
    }
//    if (ts_reg->adcdat1 & (1<<15))
//    {
//        printk("pen up\n");
//        enter_wait_pen_down_mode();
//    }
//    else
//    {
//        printk("pen down\n");
//        enter_wait_pen_up_mode();
//    }
    return IRQ_HANDLED;
}


static int s3c_filter_ts(int x[], int y[])//adc软件滤波
{
#define ERR_LIMIT 10

    int avr_x, avr_y;
    int det_x, det_y;

    avr_x = (x[0] + x[1])/2;
    avr_y=  (y[0] + y[1])/2;

    det_x = (avr_x > x[2])?(avr_x - x[2]):(x[2] - avr_x);
    det_y = (avr_y > y[2])?(avr_y - y[2]):(y[2] - avr_y);

    if((det_x >ERR_LIMIT) || (det_y >ERR_LIMIT))
        return 0;

    avr_x = (x[1] + x[2])/2;
    avr_y=  (y[1] + y[2])/2;

    det_x = (avr_x > x[3])?(avr_x - x[3]):(x[3] - avr_x);
    det_y = (avr_y > y[3])?(avr_y - y[3]):(y[3] - avr_y);

    if((det_x >ERR_LIMIT) || (det_y >ERR_LIMIT))
        return 0;
    
    return 1;
    
}


static irqreturn_t adc_irq(int irq, void *dev_id)
{
    static int x[4],y[4];
    static int cnt=0;
    
    int xvalue;
    int yvalue;
    int i;
    
    /*优化措施2,如果ADC完成时,发现触摸笔已经松开,则丢弃此次结果*/
    if (ts_reg->adcdat0 & (1<<15))//如果已经松开了
    {
        cnt = 0;//不能漏
        input_report_abs(s3c_ts_input,ABS_PRESSURE,0);  //压力为0
        input_report_key(s3c_ts_input,BTN_TOUCH,0);      //0表示松开
        input_sync(s3c_ts_input);                                    //事件已经处理完
        enter_wait_pen_down_mode();//直接进入等待按下模式
    }
    else
    {
          /*优化措施3:多次测量求平均值*/
        x[cnt] = ts_reg->adcdat0&0x3ff;
        y[cnt] = ts_reg->adcdat1&0x3ff;
        if(++cnt==4)//先++,再判断
        {
            if(s3c_filter_ts(x,y))//如果差值小于10
            {
                xvalue = 0;
                yvalue = 0;
                for(i=0;i<4;i++)
                {
                    xvalue = x[i] + xvalue;
                    yvalue = y[i] + yvalue;
                }
                xvalue /= 4;
                yvalue /= 4;
                input_report_abs(s3c_ts_input,ABS_X,xvalue);
                input_report_abs(s3c_ts_input,ABS_Y,yvalue);
                input_report_abs(s3c_ts_input,ABS_PRESSURE,1);//压力值为1
                input_report_key(s3c_ts_input,BTN_TOUCH,1);     //1表示按下
                input_sync(s3c_ts_input);//事件已经处理完毕
            
                //printk("x = %d ,y = %d\n",xvalue,yvalue);
                mod_timer(&ts_timer,jiffies+HZ/100);//
                
                //enter_wait_pen_up_mode();//进入等待松开模式
            }
            //else//如果差值大于10则丢弃
            //{
                enter_wait_pen_up_mode();//进入等待松开模式
            //}
            cnt = 0;
        }
        else
        {
            enter_measure_xy_mode();//继续进入自动测量模式
        }
    }
        
    return IRQ_HANDLED;
}

static void s3c_ts_timer_funcitin(unsigned long t)
{
    if (ts_reg->adcdat0 & (1<<15))//如果已经松开了
    {
        input_report_abs(s3c_ts_input,ABS_PRESSURE,0);  //压力为0
        input_report_key(s3c_ts_input,BTN_TOUCH,0);      //0表示松开
        input_sync(s3c_ts_input);                                    //事件已经处理完毕
        
        enter_wait_pen_down_mode();//直接进入等待按下模式
    }
    else
    {
        enter_measure_xy_mode();//继续进入自动测量模式
    }
}

static int s3c_ts_init(void)
{
    struct clk    *adc_clock;
    int ret;
    /* 1、分配一个input_dev结构体 */
    s3c_ts_input = input_allocate_device();//在设备层分配一个input_dev结构
    if (!s3c_ts_input)
        return -ENOMEM;
    
    /* 2、设置它 */
        /* 2.1 能产生哪些事件 */
    set_bit(EV_KEY, s3c_ts_input->evbit); //按键事件
    set_bit(EV_ABS, s3c_ts_input->evbit);//绝对位移事件
            
        /* 2.2 能产生这类事件里的哪些事件 */
       set_bit(BTN_TOUCH, s3c_ts_input->keybit);//按键事件里的BTN_TOUCH事件
       
       input_set_abs_params(s3c_ts_input, ABS_X, 0, 0x3FF, 0, 0);
    input_set_abs_params(s3c_ts_input, ABS_Y, 0, 0x3FF, 0, 0);
    input_set_abs_params(s3c_ts_input, ABS_PRESSURE, 0, 1, 0, 0);

    /* 3、注册 */
    input_register_device(s3c_ts_input);//注册设备驱动    
    

    /* 4、硬件相关的操作 */
   /* 4.1 使能时钟(CLKCON[15])*/ //为了省电,内核将不相关的外设时钟关掉 用的是PCLK时钟
    adc_clock = clk_get(NULL, "adc");
    clk_enable(adc_clock);//使能ACD时钟
    
   /* 4.2 设置S3C2440的ADC/TS寄存器 */
   ts_reg = ioremap(0x58000000, sizeof(struct ts_regs));//将ADC相关的寄存器的物理地址转换为虚拟地址

   /*预分配使能、预分配系数=49+1;所以ADC时钟为1M*/
   ts_reg->adccon = (1<<14) | (49<<6);
   
   /*优化措施1,设置ADCDLY为最大值,这使得电压稳定后再发出IRQ_TC中断*/
   ts_reg->adcdly = 0xffffffff;    //设置adc延时值,等待数值稳定后再读取相应的值

   
   /*注册INT_TC中断*/
  ret = request_irq(IRQ_TC, pen_up_down_irq, IRQF_SAMPLE_RANDOM,  "ts_pen", NULL);
   
  if(ret)
      return -1;
  
   /*注册INT_ADC中断*/
  ret = request_irq(IRQ_ADC,adc_irq,IRQF_SAMPLE_RANDOM,"adc",NULL);

  if(ret)
      return -1;

   /*优化措施4:使用定时器处理长按滑动的情况*/
 init_timer(&ts_timer);
 ts_timer.function = s3c_ts_timer_funcitin;
 add_timer(&ts_timer);
    
   /*进入等待中断模式*/
  enter_wait_pen_down_mode();//等待进入按下中断

   return 0;
   
}


static void s3c_ts_exit(void)
{
    input_unregister_device(s3c_ts_input);//反注册
    input_free_device(s3c_ts_input);//释放分配的input_dev结构
    iounmap(ts_reg);
    free_irq(IRQ_TC, NULL);//释放触摸中断
    free_irq(IRQ_ADC, NULL);//释放adc中断
}


module_init(s3c_ts_init);
module_exit(s3c_ts_exit);

MODULE_LICENSE("GPL");

export TSLIB_TSDEVICE=/dev/event0 //使用的输入设备
export TSLIB_CALIBFILE=/etc/pointercal
export TSLIB_CONFFILE=/etc/ts.conf
export TSLIB_PLUGINDIR=/lib/ts
export TSLIB_CONSOLEDEVICE=none
export TSLIB_FBDEVICE=/dev/fb0 //使用的显示设备


11、运行ts_calibrate程序进行触摸屏校验

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