基于PXA255的觸摸屏控制器ADS7843驅(qū)動程序設計

　　摘要：在便攜式的電子類產(chǎn)品中，觸摸屏由于其便、靈活、占用空間少等優(yōu)點，已經(jīng)逐漸取代鍵盤成為嵌入式計算機系統(tǒng)常選用的人機交互輸入設備。觸摸屏輸入系統(tǒng)由觸摸屏、觸摸屏控制器、微控制器及其相應的驅(qū)動程序構成。本文從觸摸屏控制器的驅(qū)動程序設計著手，介紹觸摸屏控制器ADS7843的內(nèi)部結(jié)構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)動程序設計。
　　
　　1、觸摸屏控制器ADS7843的介紹
　　
　　1.1ADS7843的內(nèi)部結(jié)構
　　
　　ADS7843內(nèi)駐一個多路低導通電阻模擬開關組成的供電-測量電路網(wǎng)絡、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)來的不同測量命令導通相應的模擬開關，以便向觸摸屏電極對提供電壓，并把相應電極上的觸點坐標位置所對應的電壓模擬量引入A/D轉(zhuǎn)換器，圖1為ADS7843內(nèi)部結(jié)構圖。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，低電平有效；DCLK接外部時鐘輸入，為芯片進行A/D轉(zhuǎn)換和異步串行數(shù)據(jù)輸入/輸出提供時鐘；DIN串行數(shù)據(jù)輸入端，當CS低電平時，輸入數(shù)據(jù)在時鐘的上升沿將串行數(shù)據(jù)鎖存；DOUT串行數(shù)據(jù)輸出端，在時鐘下降沿數(shù)據(jù)由此移位輸出，當CS為高電平時，DOUT呈高阻態(tài)。BUSY為系統(tǒng)忙標志端，當CS為低電平，且BUSY為高電平時，表示ADS7843正在進行數(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。

　　圖1ADS7843內(nèi)部結(jié)構
　　
　　1.2ADS7843的轉(zhuǎn)換時序
　　
　　ADS7843完成一次數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換需要與微控制器進行3次通信，*次微處理器通過異步數(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后四位自動補零），每次通信需要8個時鐘周期，完成一次數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換共需24個時鐘周期，圖2為ADS7843轉(zhuǎn)換時序。

　　
　　圖2ADS7843轉(zhuǎn)換時序
　　
　　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微架構的集成系統(tǒng)芯片（ISOC），PXA255具有高性能、低功耗等優(yōu)點，它除了XScale微內(nèi)核外，還集成了許多適用于手持設備市場需要的外圍設備。圖3為ADS7843觸摸屏控制器與PXA255微處理器的硬件連線示意圖。當屏觸發(fā)生時ADS7843向PXA255發(fā)出中斷請求，由PXA255響應該中斷請求，啟動通信過程，讀取ADS7843的轉(zhuǎn)換結(jié)果，從而得到觸摸點的坐標。ADS7843各信號的時序受外部輸入時鐘信號頻率的影響，一旦外部輸入時鐘頻率固定，各信號的時序便*確定，因此需要配置PXA255的接口信號時序，使之*符合ADS7843的時序。
　　
　　圖3ADS7843觸摸屏控制器與PXA255微處理器的連線示意圖
　　
　　3、ADS7843驅(qū)動程序的設計
　　
　　Linux作為一個宏內(nèi)核操作系統(tǒng)，其設備驅(qū)動都在內(nèi)核，即系統(tǒng)空間實現(xiàn)，實現(xiàn)方式有兩種，一種是將有關的設備驅(qū)動程序和數(shù)據(jù)結(jié)構靜態(tài)地連接在內(nèi)核映像中；另一種是將具體的設備驅(qū)動程序和數(shù)據(jù)結(jié)構獨立加以編譯，成為可安裝的模塊，需要時由應用程序通過系統(tǒng)調(diào)用動態(tài)地予以安裝或拆卸。設備驅(qū)動的實現(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，輪詢方式對設備的操作*由CPU掌握，外部設備則*處于被動狀態(tài)。中斷方式是由外部設備主動提出申請，CPU響應申請后對外部設備進行處理，是現(xiàn)在常用的設備驅(qū)動方式。Linux的設備驅(qū)動具有兩個顯著的特點，其一是把所有的設備視為一種設備文件，每個設備都呈現(xiàn)于文件系統(tǒng)的/dev目錄下，設備驅(qū)動與文件操作具有相同的界面和語義，并通過同一組系統(tǒng)調(diào)用進行操作；另一個顯著特點是Linux的設備驅(qū)動有著分明的層次和結(jié)構。
　　
　　Linux內(nèi)核的新近版本為設備入口提供了一種特殊的文件系統(tǒng)，即設備文件系統(tǒng)devfs（devicefilesystem）。新的devfs機制的優(yōu)點在于：①各種設備驅(qū)動模塊動態(tài)地向系統(tǒng)登記，設備初始化時在/dev目錄下創(chuàng)建設備入口點，移除設備時將其刪除。②設備驅(qū)動程序可以設備名、所有者和權限位。③不需要為設備驅(qū)動程序分配主設備號以及次設備號。④當裝載和卸載模塊時，不再需要運行腳本來創(chuàng)建設備文件，驅(qū)動程序自主地管理其設備文件。采用devfs機制的設備驅(qū)動程序調(diào)用下面的函數(shù)來處理設備的創(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)編寫設備驅(qū)動程序時有幾個固定的功能模塊：向Linux內(nèi)核注冊該設備時的初始化設備驅(qū)動程序模塊；用于系統(tǒng)卸載模塊時刪除設備驅(qū)動程序的模塊；提供用戶使用該設備驅(qū)動程序的文件操作接口模塊。對于各類具體設備編寫驅(qū)動程序時還應具有對該設備進行操作的應用函數(shù)。下面就以ADS7843驅(qū)動程序設計為例分析以上幾個功能模塊。
　　
　　1）ADS7843向Linux內(nèi)核注冊設備時的初始化函數(shù)
　　
　　int__initads7843_ts_init（void）//設備初始化函數(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）;//注冊設備
　　
　　if（（ret=request_irq（IRQ_GPIO_ADS7843,ads7843_ts_inter-rupt,
　　
　　SA_SHIRQ|SA_INTERRUPT,TS_NAME,dev_id）））//申請中斷
　　
　　{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（）;//開啟中斷
　　
　　printk（“ads7843touchscreendriverinitializedn”）;
　　
　　return0;}
　　
　　2）系統(tǒng)卸載ADS7843驅(qū)動程序功能函數(shù)
　　
　　void__exitads7843_ts_cleanup（void）//卸載驅(qū)動程序函數(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)中刪除設備驅(qū)動程序
　　
　　printk（“ads7843touchscreendriverremovedn”）;}
　　
　　3）在驅(qū)動程序zui后用于模塊初始化和刪除驅(qū)動的功能函數(shù)
　　
　　module_init（ads7843_ts_init）;//初始化驅(qū)動模塊函數(shù)
　　
　　module_exit（ads7843_ts_cleanup）;//刪除驅(qū)動模塊函數(shù)
　　
　　4）ADS7843設備文件操作結(jié)構體
　　
　　staticstructfile_operationsads7843_ts_fops={
　　
　　read:ads7843_ts_read,//從設備中讀數(shù)據(jù)操作
　　
　　poll:ads7843_ts_poll,//查詢設備操作
　　
　　ioctl:ads7843_ts_ioctl,//設備IO控制操作
　　
　　fasync:ads7843_ts_fasync,//異步通知操作
　　
　　open:ads7843_ts_open,//打開設備操作
　　
　　release:ads7843_ts_release,};//當文件結(jié)構被釋放時，調(diào)用釋放操作
　　
　　由于文章篇幅所限，對設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
　　
　　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）;}}//時鐘變高
　　
　　②微處理器讀取X坐標值函數(shù)（讀取Y坐標值函數(shù)相類似，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zui后4位自動置0處理
　　
　　return（touch_data&0xfff）;}