基于MeeGo的電容式觸摸屏驅動設計方案

　　引言
　　
　　隨著人們對操控要求的不斷提高，市場上出現了越來越多的手機、平板電腦，這些產品共同的特點就是給人們提供了非常便利的操控方式，尤其是電容觸摸屏的使用，它能很好地實現多點觸控功能。多點觸控技術是當今炙手可熱的技術，它讓人們的生活方式得到了的改變。電容觸摸屏已經成為手機的標配，如蘋果的iPhone以及HTCMotorola的一些手機，雖然目前電容屏的價格較貴，但隨著工藝的提高，其價格必定會下降，再加上其給用戶帶來的豐富體驗，電容觸摸屏的使用必將越來越廣泛。MeeGo是In和Nokia公司合作開發的開源操作系統，基于Linux內核，其良好的開源性為驅動程序的開發提供了很好的基礎條件。本設計在MeeGo1.1版本下，并基于Linux2.6.35內核來討論實現電容式觸摸屏的驅動開發技術。
　　
　　1、電容觸摸屏原理
　　
　　電容式觸摸屏是利用人體的電流感應工作的，分為表面電容式和投射電容式，前者不能識別多點，后者可以識別多點，因此設計采用投射電容式觸摸屏。投射電容式觸摸屏是傳感器利用觸摸屏電極發射出靜電場線而工作的，分為交互電容和自我電容。設計采用的是交互電容式觸摸屏。它是在玻璃表面用ITO（氧化銦錫）制作橫向與縱向的電極，兩組電極交叉之處將會形成電容，即這兩組電極分別構成了電容的兩極。
　　
　　當電容屏被手指觸摸時，手指就會吸收一個很小的電流，從而改變了觸摸點附近電極之間的藕合，這就會改變這兩個電極之間的電容量。檢測投射式電容屏大小時，橫向的電極依次發射信號，縱向的所有電極同時接收信號，這樣就能得到兩電極交匯點的電容值大小，也就是整個觸摸屏平面的電容大小。可以據此算出每一個觸摸點的坐標，圖1為投射式電容屏的等效電路示意圖。　　
　　2、Linux輸入子系統
　　
　　Linux輸入子系統（以下簡稱輸入子系統）是基于內核對象kobject實現的，應用于Linux2.6.35內核中。憑借該機制內核通過輸入子系統向用戶空間輸出設備的各類消息，方便了對設備的管理。輸入子系統由系統核心層、驅動層和事件處理層三部分組成。一個輸入事件如鼠標移動、鍵盤按鍵按下等操作通過驅動層、系統核心層、事件處理層到達用戶空間，傳給應用程序。
　　
　　這樣在設計驅動程序時只需要考慮驅動層的實現就可以了，減少了工作量，降低了設計難度。另外基于子系統的設計提高了驅動程序的可移植性和可適應性，因為基于子系統的驅動程序設計不用考慮向上層報告輸入設備的接口沒計，此工作由輸入子系統來完成，而輸入子系統對上層的接口具有通用性，可以使驅動程序的使用范圍得到擴展。圖2是Linux輸入子系統的框架圖。
　　
　　3、觸摸屏驅動程序設計

　　
　　3.1觸摸屏驅動工作原理
　　
　　本設計重在提出觸摸屏驅動的整體設計方案，該設計流程也適用于其他觸摸屏驅動設計開發。此設計可以采用SPI總線作為觸摸屏和處理器的接口，硬件連接示意圖如圖3所示。TOUCHSCREEN是電容式觸摸屏，可采用FT5201電容式全屏觸摸芯片，INT是中斷引腳，當觸摸屏被觸摸時，通過INT引腳觸發中斷處理程序，CPU可采用In公司的AtomD510處理器。　　
　　SPI總線是一種高速的、全雙工、同步的通信總線，以主從方式工作，有4根線分別是SDI（數據輸入）、SDO（數據輸出）、CLK（時鐘）、CS（片選）。SPI總線為了與外設進行數據交換，其輸出串行同步時鐘相位和極性可以根據外設工作要求進行配置。時鐘相位（CPHA）能夠配置用于選擇兩種不同的傳輸協議之一進行數據傳輸。如果CPHA=0，在串行同步時鐘的*個跳變沿（上升或下降）數據被采樣；如果CPHA=1，在串行同步時鐘的第二個跳變沿（上升或下降）數據被采樣。時鐘極性（CPOL）對傳輸協議沒有重大的影響，如果CPOL=0，串行同步時鐘的空閑狀態為低電平；如果CPOL=1，串行同步時鐘的空閑狀態為高電平。
　　
　　3.2驅動程序軟件設計
　　
　　依托Linux輸入子系統架構，驅動程序的設計需要完成以下工作。
　　
　　（1）分配、注冊、注銷input設備
　　
　　各個接口函數如下：
　　
　　◆分配函數為structinput_dev*input_allocate_device（void）；
　　
　　◆注冊函數為intinput_register_device（structinput_dev*devr）；
　　
　　◆注銷函數為voidinput_unregister_device（structinput_dev*dev）。
　　
　　（2）設置input設備支持的事件類型
　　
　　通過set_bit（）告訴所支持的事件類型，觸摸屏的事件類型代碼為EV_ABS（0x03）。
　　
　　（3）電容觸摸屏參數設置
　　
　　由input_set_abs_params（）函數完成，代碼如下：
　　
　　input_set_abs_params（input，ABS_X，0，960，0，0）；
　　
　　//屏幕分辨率為960×640
　　
　　Input_set_abs_params（input，ABS_Y，0.640，0，0）；
　　
　　//X坐標范圍0~960
　　
　　Input_set_abs_params（input，ABS_MAJOR，0，255，0，0）；
　　
　　//Y坐標范圍0~640
　　
　　（4）上報輸入事件
　　
　　觸摸屏被觸摸感應時，通過input_report_abs（）函數上報發生的事件及坐標值。
　　
　　3.3驅動設計的主要函數
　　
　　（1）voidspi_init（）函數
　　
　　在該函數中通過spi_register_driver（strcutspi_driver*drv）來注冊觸摸屏SPI接口。
　　
　　（2）Touch_probe（）函數
　　
　　在這個函數中，會對SPI總線的相關參數進行配置，并注冊open（）和close（）函數。調用input_dev*input_allocate_device（void）進行輸入設備分配；調用set_bit（EV_ABS，input_evbit）來設置觸摸屏事件；調用input_set_params（）設置坐標范圍及接觸點主軸長度范圍；zui后調用input_register_device（structinput_dev*dev）把觸摸屏注冊為輸入子系統設備。
　　
　　（3）觸摸屏中斷注冊及中斷處理函數
　　
　　request_irq（TOUCHIRQ，Touchinterrupt，0，“touch”，NULL）為中斷函數注冊，其中Touch_interrupt是中斷處理函數。當觸摸屏有感應時將拉低INT引腳，此時便觸發中斷處理函數Touch_interrupt.該中斷函數調用intput_report_abs（）將采集到的坐標數據上報給輸入子系統，當為單點觸摸時，上報該觸點；當為多點觸摸時，依次將每個點的坐標上報。這里為了消除抖動帶來的誤操作，在中斷處理程序中啟用了一個定時器init_timer（），進入中斷后將延時5ms，然后才對數據讀取。
　　
　　3.4數據的處理
　　
　　電容式觸摸屏支持多點識別，所以必須要處理好多點數據的采集，為此將采集到的數據放到事先分配好的緩存read_data［］中。該緩存存有觸點的個數以及各個觸點的坐標值，為了保證每一點的準確性和完整性，需要用內核函數input_mt_sync（）進行同步。具體的讀取代碼如下：　　
　　4、結語
　　
　　多點觸控技術的使用將成為這個時代的標志。本文基于MecGo平臺，對電容屏的原理及驅動開發進行了詳細的分析討論，并基于Linux輸入子系統的框架開發驅動，減少了驅動開發的工作量，提高了程序的可移植性。在此驅動基礎上，并結合MeeGo提供的多點觸摸界面框架（MeeGoTouchUIFramework，MTF），就可以實現多點觸控的功能。