臺(tái)達(dá)DeviceNet總線網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品在軟膠囊干燥線上的應(yīng)用

　　在便攜式的電子類(lèi)產(chǎn)品中，觸摸屏由于其便、靈活、占用空間少等優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)逐漸取代鍵盤(pán)成為嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)常選用的人機(jī)交互輸入設(shè)備。觸摸屏輸入系統(tǒng)由觸摸屏、觸摸屏控制器、微控制器及其相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)程序構(gòu)成。本文從觸摸屏控制器的驅(qū)動(dòng)程序設(shè)計(jì)著手，介紹觸摸屏控制器ADS7843的內(nèi)部結(jié)構(gòu)及工作原理和在嵌入式Linux操作系統(tǒng)中基于PXA255微處理器的ADS7843驅(qū)動(dòng)程序設(shè)計(jì)。
　　
　　1、觸摸屏控制器ADS7843的介紹
　　
　　1.1ADS7843的內(nèi)部結(jié)構(gòu)
　　
　　ADS7843內(nèi)駐一個(gè)多路低導(dǎo)通電阻模擬開(kāi)關(guān)組成的供電-測(cè)量電路網(wǎng)絡(luò)、12bit逐次逼近A/D轉(zhuǎn)換器和異步串行數(shù)據(jù)輸入輸出，ADS7843根據(jù)微控制器發(fā)來(lái)的不同測(cè)量命令導(dǎo)通相應(yīng)的模擬開(kāi)關(guān)，以便向觸摸屏電極對(duì)提供電壓，并把相應(yīng)電極上的觸點(diǎn)坐標(biāo)位置所對(duì)應(yīng)的電壓模擬量引入A/D轉(zhuǎn)換器，圖1為ADS7843內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖。X+、Y+、X-、Y-為觸摸屏電極模擬電壓輸入；CS為ADS7843的片選輸入信號(hào)，低電平有效；DCLK接外部時(shí)鐘輸入，為芯片進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換和異步串行數(shù)據(jù)輸入/輸出提供時(shí)鐘；DIN串行數(shù)據(jù)輸入端，當(dāng)CS低電平時(shí)，輸入數(shù)據(jù)在時(shí)鐘的上升沿將串行數(shù)據(jù)鎖存；DOUT串行數(shù)據(jù)輸出端，在時(shí)鐘下降沿?cái)?shù)據(jù)由此移位輸出，當(dāng)CS為高電平時(shí)，DOUT呈高阻態(tài)。BUSY為系統(tǒng)忙標(biāo)志端，當(dāng)CS為低電平，且BUSY為高電平時(shí)，表示ADS7843正在進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換；VREF參考電壓輸入端，電壓值在+1V到+VCC之間變化；PENIRQ為筆觸中斷，低電平有效；IN3、IN4為輔助ADC轉(zhuǎn)換輸入通道；+VCC為電源輸入。　　　　
　　1.2ADS7843的轉(zhuǎn)換時(shí)序
　　
　　ADS7843完成一次數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換需要與微控制器進(jìn)行3次通信，*次微處理器通過(guò)異步數(shù)據(jù)傳送向ADS843發(fā)送控制字，其中包括起始位、通道選擇、8/12位模式、差分/單端選擇和掉電模式選擇，其后的兩次數(shù)據(jù)傳送則是微控制器從ADS7843取出16bitA/D轉(zhuǎn)換結(jié)果數(shù)據(jù)（zui后四位自動(dòng)補(bǔ)零），每次通信需要8個(gè)時(shí)鐘周期，完成一次數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換共需24個(gè)時(shí)鐘周期，圖2為ADS7843轉(zhuǎn)換時(shí)序。　　　　
　　2、ADS7843與PXA255硬件接口
　　
　　PXA255微處理器是In公司生產(chǎn)的第二代基于32位XScale微架構(gòu)的集成系統(tǒng)芯片（ISOC），PXA255具有高性能、低功耗等優(yōu)點(diǎn)，它除了XScale微內(nèi)核外，還集成了許多適用于手持設(shè)備市場(chǎng)需要的外圍設(shè)備。圖3為ADS7843觸摸屏控制器與PXA255微處理器的硬件連線示意圖。當(dāng)屏觸發(fā)生時(shí)ADS7843向PXA255發(fā)出中斷請(qǐng)求，由PXA255響應(yīng)該中斷請(qǐng)求，啟動(dòng)通信過(guò)程，讀取ADS7843的轉(zhuǎn)換結(jié)果，從而得到觸摸點(diǎn)的坐標(biāo)。ADS7843各信號(hào)的時(shí)序受外部輸入時(shí)鐘信號(hào)頻率的影響，一旦外部輸入時(shí)鐘頻率固定，各信號(hào)的時(shí)序便*確定，因此需要配置PXA255的接口信號(hào)時(shí)序，使之*符合ADS7843的時(shí)序。　　　　
　　3、ADS7843驅(qū)動(dòng)程序的設(shè)計(jì)
　　
　　Linux作為一個(gè)宏內(nèi)核操作系統(tǒng)，其設(shè)備驅(qū)動(dòng)都在內(nèi)核，即系統(tǒng)空間實(shí)現(xiàn)，實(shí)現(xiàn)方式有兩種，一種是將有關(guān)的設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)靜態(tài)地連接在內(nèi)核映像中；另一種是將具體的設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)獨(dú)立加以編譯，成為可安裝的模塊，需要時(shí)由應(yīng)用程序通過(guò)系統(tǒng)調(diào)用動(dòng)態(tài)地予以安裝或拆卸。設(shè)備驅(qū)動(dòng)的實(shí)現(xiàn)方法也有兩種，一種是輪詢（polling）方式，另一種是中斷（inter-rupt）方式，輪詢方式對(duì)設(shè)備的操作*由CPU掌握，外部設(shè)備則*處于被動(dòng)狀態(tài)。中斷方式是由外部設(shè)備主動(dòng)提出申請(qǐng)，CPU響應(yīng)申請(qǐng)后對(duì)外部設(shè)備進(jìn)行處理，是現(xiàn)在常用的設(shè)備驅(qū)動(dòng)方式。Linux的設(shè)備驅(qū)動(dòng)具有兩個(gè)顯著的特點(diǎn)，其一是把所有的設(shè)備視為一種設(shè)備文件，每個(gè)設(shè)備都呈現(xiàn)于文件系統(tǒng)的/dev目錄下，設(shè)備驅(qū)動(dòng)與文件操作具有相同的界面和語(yǔ)義，并通過(guò)同一組系統(tǒng)調(diào)用進(jìn)行操作；另一個(gè)顯著特點(diǎn)是Linux的設(shè)備驅(qū)動(dòng)有著分明的層次和結(jié)構(gòu)。
　　
　　Linux內(nèi)核的新近版本為設(shè)備入口提供了一種特殊的文件系統(tǒng)，即設(shè)備文件系統(tǒng)devfs（devicefilesystem）。新的devfs機(jī)制的優(yōu)點(diǎn)在于：①各種設(shè)備驅(qū)動(dòng)模塊動(dòng)態(tài)地向系統(tǒng)登記，設(shè)備初始化時(shí)在/dev目錄下創(chuàng)建設(shè)備入口點(diǎn)，移除設(shè)備時(shí)將其刪除。②設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序可以設(shè)備名、所有者和權(quán)限位。③不需要為設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序分配主設(shè)備號(hào)以及次設(shè)備號(hào)。④當(dāng)裝載和卸載模塊時(shí)，不再需要運(yùn)行腳本來(lái)創(chuàng)建設(shè)備文件，驅(qū)動(dòng)程序自主地管理其設(shè)備文件。采用devfs機(jī)制的設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序調(diào)用下面的函數(shù)來(lái)處理設(shè)備的創(chuàng)建和刪除工作。
　　
　　devfs_hander_tdevfs_mk_dir（devfs_han2der_tdir,constchar3name,void3info）
　　
　　devfs_hander_tdevfs_register（devfs_han2der_tdir,constchar3name,unsignedintflags,unsignedintmajor,unsignedintminor,umode_tmode,void3ops,void3info）
　　
　　voiddevfs_unregister（devfs_hander_tde）
　　
　　在Linux操作系統(tǒng)編寫(xiě)設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序時(shí)有幾個(gè)固定的功能模塊：向Linux內(nèi)核注冊(cè)該設(shè)備時(shí)的初始化設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序模塊；用于系統(tǒng)卸載模塊時(shí)刪除設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序的模塊；提供用戶使用該設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序的文件操作接口模塊。對(duì)于各類(lèi)具體設(shè)備編寫(xiě)驅(qū)動(dòng)程序時(shí)還應(yīng)具有對(duì)該設(shè)備進(jìn)行操作的應(yīng)用函數(shù)。下面就以ADS7843驅(qū)動(dòng)程序設(shè)計(jì)為例分析以上幾個(gè)功能模塊。
　　
　　1）ADS7843向Linux內(nèi)核注冊(cè)設(shè)備時(shí)的初始化函數(shù)
　　
　　int__initads7843_ts_init（void）//設(shè)備初始化函數(shù)
　　
　　{intret;
　　
　　if（（ret=devfs_register_chrdev（TS_MAJOR,TS_NAME,&ads7843_ts_fops））!=0）
　　
　　{printk（“registeringof”TS_NAME“isfailedn”）;returnret;}
　　
　　devfs_ts_dir=devfs_mk_dir（NULL,“touchscreen”,NULL）;//建立觸摸屏設(shè)備目錄
　　
　　devfs_handle=devfs_register（devfs_ts_dir,“ts”,DEVFS_FL_DEFAULT,TS_MAJOR,0,S_IFCHR|S_IRUSR|S_IWUSR,&ads7843_ts_fops,NULL）;//注冊(cè)設(shè)備
　　
　　if（（ret=request_irq（IRQ_GPIO_ADS7843,ads7843_ts_inter-rupt,
　　
　　SA_SHIRQ|SA_INTERRUPT,TS_NAME,dev_id）））//申請(qǐng)中斷
　　
　　{printk（“ads7843_ts_init:failedtoregisterIRQn”）;
　　
　　free_irq（IRQ_GPIO_ADS7843,dev_id）;returnret;}
　　
　　if（（ret=ads7843_init（））!=0）//初始化觸摸屏
　　
　　{free_irq（IRQ_GPIO_ADS7843,dev_id）;returnret;}
　　
　　GPDR0&=～GPIO_bit（ADS7843_BUSY）;
　　
　　GPDR0&=～GPIO_bit（ADS7843_DOUT）;
　　
　　Ads7843_Enable_IRQ（）;//開(kāi)啟中斷
　　
　　printk（“ads7843touchscreendriverinitializedn”）;
　　
　　return0;}
　　
　　2）系統(tǒng)卸載ADS7843驅(qū)動(dòng)程序功能函數(shù)
　　
　　void__exitads7843_ts_cleanup（void）//卸載驅(qū)動(dòng)程序函數(shù)
　　
　　{if（in_timehandle）
　　
　　del_timer（&timer）;
　　
　　free_irq（IRQ_GPIO_ADS7843,dev_id）;//釋放中斷
　　
　　devfs_unregister_chrdev（TS_MAJOR,TS_NAME）;//從系統(tǒng)中刪除設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序
　　
　　printk（“ads7843touchscreendriverremovedn”）;}
　　
　　3）在驅(qū)動(dòng)程序zui后用于模塊初始化和刪除驅(qū)動(dòng)的功能函數(shù)
　　
　　module_init（ads7843_ts_init）;//初始化驅(qū)動(dòng)模塊函數(shù)
　　
　　module_exit（ads7843_ts_cleanup）;//刪除驅(qū)動(dòng)模塊函數(shù)
　　
　　4）ADS7843設(shè)備文件操作結(jié)構(gòu)體
　　
　　staticstructfile_operationsads7843_ts_fops={
　　
　　read:ads7843_ts_read,//從設(shè)備中讀數(shù)據(jù)操作
　　
　　poll:ads7843_ts_poll,//查詢?cè)O(shè)備操作
　　
　　ioctl:ads7843_ts_ioctl,//設(shè)備IO控制操作
　　
　　fasync:ads7843_ts_fasync,//異步通知操作
　　
　　open:ads7843_ts_open,//打開(kāi)設(shè)備操作
　　
　　release:ads7843_ts_release,};//當(dāng)文件結(jié)構(gòu)被釋放時(shí)，調(diào)用釋放操作
　　
　　由于文章篇幅所限，對(duì)設(shè)備文件操作的功能函數(shù)不再一一列出。
　　
　　5）ADS7843具體操作函數(shù)
　　
　　①ADS7843串行輸出控制字函數(shù)
　　
　　voidADS7843_din（charcommand）
　　
　　udelay（DELAY）;//延時(shí)
　　
　　for（inti=0;i<8;i++）//從串行輸入端輸入8位控制字
　　
　　{ADS7843_ClearBit（0,ADS7843_CLK）;//時(shí)鐘變低，下降沿輸出
　　
　　if（（command>>i）&0x1）
　　
　　ADS7843_SetBit（0,ADS7843_DIN）;//數(shù)據(jù)位為1
　　
　　else
　　
　　ADS7843_ClearBit（0,ADS7843_DIN）;//數(shù)據(jù)位為0
　　
　　udelay（DELAY）;
　　
　　ADS7843_SetBit（0,ADS7843_CLK）;}}//時(shí)鐘變高
　　
　　②微處理器讀取X坐標(biāo)值函數(shù)（讀取Y坐標(biāo)值函數(shù)相類(lèi)似，控制字為0x90）
　　
　　intADS7843_ts_measure_x（void）
　　
　　{chari,inttouch_data=0;
　　
　　ADS7843_ClearBit（0,ADS7843_CS）;//片選端置低電平
　　
　　udelay（DELAY）;
　　
　　ADS7843_din（0xD0）;//向ADS7843發(fā)送讀X坐標(biāo)控制字0xD0
　　
　　ADS7843_ClearBit（0,ADS7843_CLK）;
　　
　　udelay（DELAY）;
　　
　　while（!（GPLR0&GPIO_bit（ADS7843_BUSY）））printk（“BUSY1n”）;
　　
　　ADS7843_ClearBit（0,ADS7843_CLK）;
　　
　　for（i=0;i<15;i++）//讀取坐標(biāo)值
　　
　　{touch_data<<=1;
　　
　　if（GPLR0&GPIO_bit（ADS7843_DOUT））
　　
　　touch_data|=0x01;
　　
　　else
　　
　　touch_data&=0xffffe;
　　
　　ADS7843_SetBit（0,ADS7843_CLK）;
　　
　　udelay（DELAY）;
　　
　　ADS7843_ClearBit（0,ADS7843_CLK）;}
　　
　　touch_data>>=3;//對(duì)zui后4位自動(dòng)置0處理
　　
　　return（touch_data&0xfff）;}
　　
　　4、驅(qū)動(dòng)模塊的安裝
　　
　　在Linux操作系統(tǒng)中，對(duì)于已編好的設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序，利用編譯工具將驅(qū)動(dòng)程序編譯成驅(qū)動(dòng)模塊。對(duì)于驅(qū)動(dòng)模塊的安裝，一種方法是重新編譯Linux內(nèi)核將驅(qū)動(dòng)程序加載到系統(tǒng)內(nèi)核，另一種方法就是利用inmod和rmmod函數(shù)動(dòng)態(tài)地裝載和卸載設(shè)備驅(qū)動(dòng)模塊。我們?cè)贗nXscalePXA255評(píng)估板上利用重新編譯Linux內(nèi)核的方法將觸摸屏控制器ADS7843的驅(qū)動(dòng)模塊加載到系統(tǒng)內(nèi)核。運(yùn)行后取得了理想的效果。
　　
　　5、結(jié)束語(yǔ)
　　
　　觸摸屏已成為現(xiàn)代嵌入式設(shè)備人機(jī)交互的輸入設(shè)備，觸摸屏控制器的驅(qū)動(dòng)程序設(shè)計(jì)當(dāng)然也就成為嵌入式設(shè)備研發(fā)的必需工作。本文以ADS7843為例介紹了在嵌入式Linux操作系統(tǒng)中觸摸屏控制器驅(qū)動(dòng)程序設(shè)計(jì)的編程方法。對(duì)于在嵌入式Linux操作系統(tǒng)下進(jìn)行其它設(shè)備的驅(qū)動(dòng)開(kāi)發(fā)具有一定的啟示作用。