linux-2.6.32在mini2440开发板上移植-触摸屏工作原理以及驱动程序详细分析

发布时间:2024-06-18  

编者:这部分还是比较长的,因此没有放在上个移植里面。这里主要说触摸屏的工作原理,以及对上述驱动程序代码的简单分析。分析中参考了网上的很多资料。感谢原作者的无私奉献,因为涉及多篇,在此就没有注出原作的链接。
 
 
 
本文分为三个部分,第一部分讲叙硬件知识,包括触摸屏的原理以及SCC2440 SOC 上的触摸屏是如何工作的。第二部分分析输入设备子系统的框架,并进行相应的代码分析。第三部分利用上述的原理来分析mini2440 的触摸屏驱动
 
1.1、电阻式触摸屏工作原理原理
 
      触摸屏附着在显示器的表面,与显示器相配合使用,如果能测量出触摸点在屏幕上的坐标位置,则可根据显示屏上对应坐标点的显示内容或图符获知触摸者的意图。触摸屏按其技术原理可分为五类:矢量压力传感式、电阻式、电容式、红外线式、表面声波式,其中电阻式触摸屏在嵌入式系统中用的较多。电阻触摸屏是一块4 层的透明的复合薄膜屏,最下面是玻璃或有机玻璃构成的基层,最上面是一层外表面经过硬化处理从而光滑防刮的塑料层,中间是两层金属导电层,分别在基层之上和塑料层内表面,两导电层之间有许多细小的透明隔离点把它们隔开。当手指触摸屏幕时,两导电层在触摸点处接触。触摸屏的两个金属导电层是触摸屏的两个工作面,在每个工作面的两端各涂有一条银胶,称为该工作面的一对电极,若在一个工作面的电极对上施加电压,则在该工作面上就会形成均匀连续的平行电压分布。当在X 方向的电极对上施加一确定的电压,而Y 方向电极对上不加电压时,在X 平行电压场
 中,触点处的电压值可以在Y+(或Y-)电极上反映出来,通过测量Y+电极对地的电压大小,便可得知触点的X 坐标值。同理,当在Y 电极对上加电压,而X 电极对上不加电压时,通过测量X+电极的电压,便可得知触点的Y 坐标。电阻式触摸屏有四线和五线两种。四线式触摸屏的X 工作面和Y 工作面分别加在两个导电层上,共有四根引出线,分别连到触摸屏的X 电极对和Y 电极对上。五线式触摸屏把X 工作面和Y 工作面都加在玻璃基层的导电涂层上,但工作时,仍是分时加电压的,即让两个方向的电压场分时工作在同一工作面上,而外导电层则仅仅用来充当导体和电压测量电极。因此,五线式触摸屏的引出线需为5 根。
 
1.2、 在S3C2440 中的触摸屏接口
      SOC S3C2440 的触摸屏接口是与ADC 接口结合在一起的。转换速率:当PCLK=50MHz 时,分频设为49,则10 位的转换计算如下:
 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.
 触摸屏接口的模式有以下几种:
 普通ADC 转换模式
 独立X/Y 位置转换模式
 自动X/Y 位置转换模式
 

等待中断模式
 我们主要接受触摸屏接口的等待中断模式和自动X/Y 位置转换模式(驱动程序中会用到):
 自动转换模式操作流程如下:触摸屏控制器自动转换X,Y 的触摸位置,当转换完毕后将数据分别存放在
 寄存器ADCDAT0 和ADCDAT1.并产生INT_ADC 中断通知转换完毕。
 等待中断模式:
 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.
 当触摸后,触摸屏控制器产生INT_TC 中断,四个引脚设置应该为:
 引脚 XP XM YP YM
 状态 PULL UP/XP Disable Disable (初始值即是) Disable Enable
 设置 1 0 1 1
 当中断产生后,X/Y 的位置数据可以选择独立X/Y 位置转换模式,和自动X/Y 位置转换模式进行读取,
 采用自动X/Y 位置转换模式进行读取需要对我们已经设置的TSC 寄存器进行更改,在原有的基础上或上
 S3C2410_ADCTSC_PULL_UP_DISABLE | S3C2410_ADCTSC_AUTO_PST |
 S3C2410_ADCTSC_XY_PST(0)。
 数据转换完毕后,也会产生中断。
 
3. 输入子系统模型分析
 3.1 整体框架:
 输入子系统包括三个部分设备驱动、输入核心、事件处理器。
 第一部分是连接在各个总线上的输入设备驱动,在我们的SOC 上,这个总线可以使虚拟总线platformbus,他们的作用是将底层的硬件输入转化为统一事件型式,向输入核心(Input core)汇报.
 
第二部分输入核心的作用如下:
 (1) 调用input_register_device() used to 添加设备,调用input_unregister_device() 除去设备。(下面会结合触摸屏驱动讲述)
 (2) 在/PROC 下产生相应的设备信息,下面这个例子即是:
 /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) 通知事件处理器对事件进行处理
 第三部分是事件处理器:
          输入子系统包括了您所需要的大所属处理器,如鼠标、键盘、joystick,触摸屏,也有一个通用的处理器被叫做event handler(对于内核文件evdev.C).需要注意的是随着内核版本的发展,event handler 将用来处理更多的不同硬件的输入事件。在Linux2.6.29 版本中,剩下的特定设备事件处理就只有鼠标和joystick。这就意味着越来越多的输入设备将通过event handler 来和用户空间打交道。事件处理层的主要作用就是和用户空间打交道,我们知道Linux 在用户空间将所有设备当成文件来处理,在一般的驱动程序中都有提供fops 接口,以及在/dev 下生成相应的设备文件nod,而在输入子系统的驱动中,这些动作都是在事件处理器层完成的,我们看看evdev.C 相关代码吧。
 static int __init evdev_init(void)
 {
 return input_register_handler(&evdev_handler);
 }
 这是该模块的注册程序,将在系统初始化时被调用。初始化得过程很简单,就一句话,不过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 函数中如下的代码:
 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);
 注意黑色的部分这将会在/sys/device/viture/input/input0/event0 这个目录就是在这里生成的,在event下会有一个dev 的属性文件,存放着设备文件的设备号,,这样 udev 就能读取该属性文件获得设备号,从而在/dev 目录下创建设备节点/dev/event0
 

再看evdev_fops 成员:
 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
  };
 看过LDD3 的人都知道,这是设备提供给用户空间的接口,用来提供对设备的操作,其中evdev_ioctl提供了很多命令,相关的命令使用参照《Using the Input Subsystem, Part II》

3、驱动源码分析。

我在网上找了一篇关于这个驱动代码的详细分析的文章,贴出来给大家看下。

//短短两百余行程序颇具玄机,在光标抬起后的处理中尤其值得推敲。

#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include

#include
#include

/* For ts.dev.id.version */
#define S3C2410TSVERSION 0x0101
//x为0时为等待按下中断,x为1是为等待抬起中断
#define WAIT4INT(x) (((x)<<8) |
S3C2410_ADCTSC_YM_SEN | S3C2410_ADCTSC_YP_SEN | S3C2410_ADCTSC_XP_SEN |
S3C2410_ADCTSC_XY_PST(3))
//自动连续测量X坐标和Y坐标
#define AUTOPST (S3C2410_ADCTSC_YM_SEN | S3C2410_ADCTSC_YP_SEN | S3C2410_ADCTSC_XP_SEN |
S3C2410_ADCTSC_AUTO_PST | S3C2410_ADCTSC_XY_PST(0))
//设备名
static char *tq2440ts_name = "TQ2440 TouchScreen";

static struct input_dev *dev;//
static long xp;
static long yp;
static int count;

extern struct semaphore ADC_LOCK;//申明一信号量该信号量在其他文件中定义
//该标志在按下中断处理函数中置1,抬起处理函数中置0,在AD转换结束中断处理函数中判断,
//如果为1则读取AD转换的数字,如果为0则什么也不做。
static int OwnADC = 0;
//寄存器基地址
static void __iomem *base_addr;
//管脚配置
static inline void tq2440_ts_connect(void)
{
s3c2410_gpio_cfgpin(S3C2410_GPG12, S3C2410_GPG12_XMON);
s3c2410_gpio_cfgpin(S3C2410_GPG13, S3C2410_GPG13_nXPON);
s3c2410_gpio_cfgpin(S3C2410_GPG14, S3C2410_GPG14_YMON);
s3c2410_gpio_cfgpin(S3C2410_GPG15, S3C2410_GPG15_nYPON);
}
//定时器定时时间到处理函数,该函数在按下抬起中断处理函数中直接调用,
//在AD转换结束中断处理函数中触发定时器经延时后被调用
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为1则被按下,为0 则为抬起
updown = (!(data0 & S3C2410_ADCDAT0_UPDOWN)) && (!(data1 & S3C2410_ADCDAT0_UPDOWN));

if (updown) {//按下中断执行以下语句
if (count != 0)
{
long tmp;

tmp = xp;
xp = yp;
yp = tmp;

xp >>= 2;//四次AD转换求平均值
yp >>= 2;

input_report_abs(dev, ABS_X, xp);
input_report_abs(dev, ABS_Y, yp);//将x,y的值发向用户空间

input_report_key(dev, BTN_TOUCH, 1);//报告光标按下事件
input_report_abs(dev, ABS_PRESSURE, 1);
input_sync(dev);//表示报告结束
}
/*以下五句作为在按下中断处理函数中直接调用该函数
时的执行的语句,而以上语句为在AD转换中断处理函数中,当4次AD转换结束时,触发定时器
经延时而调用该函数时执行的语句(向用户空间报告按下的结果)。以下五句也将在报告完后被执行,
用于初始化变量,并触发第二个四次AD转换。这样的AD转换会一直执行直到光标抬起即updown为0
*/
xp = 0;
yp = 0;
count = 0;
//每次按下有四次AD转换,以下为在按下中断中触发的第一次AD转换,其余三次在AD转换中断处理函数中触发
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
{
/*对光标抬起的处理有两处,此处和抬起中断函数中。本函数可以触发AD转换,由本函数出发的
AD转换将导致连续四次的AD转换。在光标按下和抬起的过程中本函数可能被很多次调用,第一次
是在按下中断函数中调用,以后各次都是在四次AD转换完后的AD转换结束中断函数中触发定时器
经延时后调用。所以整个时间可以分为两个时间段,一个是等待本函数被调用的时间过程,二是四
次AD转换的时间过程。光标的抬起可能发生在这两个时间段的任意一个中。当光标抬起在前一个
时间段时,中断抬起函数会被执行,即执行 这两句OwnADC = 0;up(&ADC_LOCK);而抬起在后
一个时间段时中断函数不会被执行。因为只有WAIT4INT(1)时抬起中断才会被执行,而在AD转换
过程中抬起中断不会被执行。所以抬起中断处理函数不一定会被执行,而此处肯定会被执行*/
count = 0;

input_report_key(dev, BTN_TOUCH, 0);//向用户空间报告光标抬起事件
input_report_abs(dev, ABS_PRESSURE, 0);
input_sync(dev);//报告结束

iowrite32(WAIT4INT(0), base_addr+S3C2410_ADCTSC);//置于按下中断等待状态
if (OwnADC)//如果抬起中断函数执行则此处不执行
{
OwnADC = 0;
up(&ADC_LOCK);
}
}
}

static struct timer_list touch_timer =//定义一内核定时器
TIMER_INITIALIZER(touch_timer_fire, 0, 0);//初始化定时器赋予处理函数touch_timer_fire
//光标按下抬起抬起中断处理函数
static irqreturn_t stylus_updown(int irq, void *dev_id)
{
unsigned long data0;
unsigned long data1;
int updown;

if (down_trylock(&ADC_LOCK) == 0)//获取信号量,在抬起处理函数中释放
{
OwnADC = 1;//该标志置1表示处于光标按下状态中,在光标抬起处理函数中清零
data0 = ioread32(base_addr+S3C2410_ADCDAT0);
data1 = ioread32(base_addr+S3C2410_ADCDAT1);

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

if (updown)
{
touch_timer_fire(0);//若为光标按下中断则调用该函数
}
else//光标抬起时执行的语句
{
OwnADC = 0;//清零
up(&ADC_LOCK);//释放信号量
}
}

return IRQ_HANDLED;//////
}

///AD转换结束中断处理函数
static irqreturn_t stylus_action(int irq, void *dev_id)
{
unsigned long data0;
unsigned long data1;

if (OwnADC)//OwnADC为1表示现在处于光标按下中断中
{
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++;

if (count < (1<<2))//四次AD转换,将四次转换值相加求平均值
{//触发AD转换
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
{
mod_timer(&touch_timer, jiffies+1);//触发内核定时器
iowrite32(WAIT4INT(1), base_addr+S3C2410_ADCTSC);//将设备置于等待抬起中断状态
}
}

return IRQ_HANDLED;
}

static struct clk *adc_clock;

static int __init tq2440ts_init(void)
{
struct input_dev *input_dev;

adc_clock = clk_get(NULL, "adc");//获取时钟"adc"
if (!adc_clock)
{
printk(KERN_ERR "failed to get adc clock sourcen");
return -ENOENT;
}
clk_enable(adc_clock);//使能时钟
//以S3C2410_PA_ADC为起点映射一段IO内存
base_addr=ioremap(S3C2410_PA_ADC,0x20);
if (base_addr == NULL)
{
printk(KERN_ERR "Failed to remap register blockn");
return -ENOMEM;
}

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