基于I2C的嵌入式触摸屏驱动设计

Linux/Android 多点触摸支持

2011-10-10 13:28

在内核2.6.30开始，添加了对多点触摸的支持。在

ENAC(http://lii-enac.fr/en/architecture/linux-input/)中给出来多点触摸的例子，支持Ubuntu10.10、Fedora14、Android。而且还直接支持win7的HID 多点协议，加载相关驱动后，只需VID/PID对应上，那么支持WIN7多点的，在LINUX中也可实现多点触摸了。

整个处理过程就是：touch screen-->drivers-->input

subsystem-->evdev-->user space。由于touchscreen的不同，要使Linux支持多点触摸，还是要搭配或开发驱动。在驱动层中主要是把数据接收下来，然后根据多点触摸协议，上传到input 子系统。

下面是多点触摸协议：

for (i=0; i

input_event(input, EV_ABS, ABS_MT_TOUCH_MAJOR, point[i].valid); //如果当前点有效，则point[i].valid大于0的数即可

input_event(input, EV_ABS, ABS_MT_POSITION_X, point[i].x);

input_event(input, EV_ABS, ABS_MT_POSITION_Y, point[i].y);

input_mt_sync(input);

}

//一帧数据发送完成，发送一个同步信号

input_sync(input);

Linux多点触摸接口

2011-10-10 13:39

输入子系统----硬件设备驱动

按键、触摸屏、键盘、鼠标等输入都可以利用input接口函数来实现设备驱动，驱动层负责和底层硬件打交道，向系统报告按键、触摸屏、键盘、鼠标等输入事件，驱动报告的事件经过InputCore和 Eventhandler最终到达用户空间。

通过input子系统，具体的输入设备驱动只需要完成如下工作：

1.在模块加载函数中注册输入设备，注册输入设备的函数为

int input_register_device(struct input_dev *dev);

2.在模块加载函数中告知input子系统它可以报告的事件。设备驱动通过

set_bit()告诉input子系统它支持哪些事件：set_bit(EV_KEY,

button_dev.evbit);

3.在键被按下/抬起、触摸屏被触摸/抬起/移动、鼠标被移动/单击/抬起时通过input_ report_xxx()报告发生的事件及对应的键值/坐标等状态。主要的事件类型：

function :

void input_report_key(struct input_dev *dev, unsigned int code, int value);

void input_report_rel(struct input_dev *dev, unsigned int code, int value);

void input_report_abs(struct input_dev *dev, unsigned int code, int value);

input_sync()用于事件同步，它告知事件的接收者驱动已经发出了一个完整的报告。

比如:在触摸屏设备驱动中，一次坐标及按下状态的整个报告过程如下：

input_report_abs(input_dev, ABS_X, x); //X坐标

input_report_abs(input_dev, ABS_Y, y); //Y坐标

input_report_abs(input_dev, ABS_PRESSURE, pres); //压力

input_sync(input_dev); //同步

4.在模块卸载函数中注销输入设备:

void input_unregister_device(struct input_dev *dev);

一个设备可以支持一个或多个事件类型。每个事件类型下面还需要设置具体的触发事件，比如EV_KEY事件，支持哪些按键等。

多点触摸接口

译自：linux-2.6.31.14\Documentation\input\multi-touch-protocol.txt

简介

为了使用功能强大的多点触控设备，就需要一种方案去上报用户层所需的详细的手指触摸数据。这个文档所描述的多点触控协议可以让内核驱动程序向用户层上报任意多指的数据信息。

使用说明

单点触摸信息是以ABS承载并按一定顺序发送，如BTN_TOUCH、ABS_X、ABS_Y、SYNC。而多点触摸信息则是以ABS_MT承载并按一定顺序发送，如

ABS_MT_POSITION_X、ABS_MT_POSITION_Y，然后通过调用input_mt_sync()产生一个 SYN_MT_REPORT event来标记一个点的结束，告诉接收方接收当前手指的信息并准备接收其它手指的触控信息。最后调用 input_sync()函数上报触摸信息开始动作并告诉接收方开始接收下一系列多点触摸信息。

协议定义了一系列ABS_MT事件，这些事件被分为几大类，充许只应用其中的一部份，多点触摸最小的事件集中应包括ABS_MT_TOUCH_MAJOR、

ABS_MT_POSITION_X和 ABS_MT_POSITION_Y，以此来实现多点触摸。如果设备支持ABS_MT_WIDTH_MAJOR这个事件，那么此事件可以提供手指触摸接触面积大小。触摸方向等信息可以由ABS_MT_TOUCH_MINOR, ABS_MT_WIDTH_MINOR and

ABS_MT_ORIENTATION提供。ABS_MT_TOOL_TYPE提供触摸设备的类别，如手或是笔或是其它。最后有些设备可能会支持ABS_MT_TRACKING_ID，用来支持硬件跟踪多点信息，即该点属于哪一条线等。

下面是两点触摸支持的最小事件集序列：

ABS_MT_TOUCH_MAJOR

ABS_MT_POSITION_X

ABS_MT_POSITION_Y

SYN_MT_REPORT //上报第一个点

ABS_MT_TOUCH_MAJOR

ABS_MT_POSITION_X

ABS_MT_POSITION_Y

SYN_MT_REPORT //上报第二个点

SYN_REPORT //开始动作

Event 原语

“接触”一词用来描述一个物体直接碰到另一个物体的表面。

ABS_MT_TOUCH_MAJOR描述了主接触面的长轴，它和X，Y同一个单位，如果一个面的分辨率为X*Y，则ABS_MT_TOUCH_MAJOR的最大值为sqrt(X^2+Y^2)

ABS_MT_TOUCH_MINOR描述了接触面的短轴，如果接触面是圆形，它可以不用。

ABS_MT_WIDTH_MAJOR描述了接触工具的长轴

ABS_MT_WIDTH_MINOR描述了接触工具的短轴

ABS_MT_TOUCH_MAJOR := max(X, Y)

ABS_MT_TOUCH_MINOR := min(X, Y)

ABS_MT_ORIENTATION := bool(X > Y)

以上四个参数可以用来生成额外的触摸信息，如

ABS_MT_TOUCH_MAJOR/ABS_MT_WIDTH_MAJOR的比率可以用来描述压力。

ABS_MT_ORIENTATION

ABS_MT_POSITION_X接触面的中心点X坐标

ABS_MT_POSITION_Y接触面的中心点Y坐标

ABS_MT_TOOL_TYPE描述接触工具类型，很多内核驱动无法区分此参数如手指及笔，如果是这样，该参数可以不用，协议目前支持MT_TOOL_FINGER和MT_TOOL_PEN 两种类型。

ABS_MT_BLOB_ID形状集ID，集合几个点以描述一个形状，很多驱动没有形状属性，此参数可以不用。

ABS_MT_TRACKING_ID描述了从接触开始到释放的整个过程的集合，如果设备不支持，此参数可是不用。

触摸轨迹

仅有少数设备可以明触的标识真实的 trackingID，多数情况下 trackingID 只能来标识一次触摸动作的过程。

多点触摸指定的应用是创建手势动作， TOUCH和 WIDTH参数经常用来区别手指的压力和手指间的距离，另外 MINOR类的参数可以用来区别设备的接触面的大小（点接触还是面接触),ORIENTATION可以产生旋转事件。

参考代码：

(1)注册多点触摸设备

ts->input_dev = input_allocate_device();

if (ts->input_dev == NULL) {

ret = -ENOMEM;

printk(KERN_ERR "Failed to allocate input device\n"); goto err_input_dev_alloc_failed;

}

ts->input_dev->name = "MT-touchscreen";

set_bit(EV_SYN, ts->input_dev->evbit);

set_bit(EV_KEY, ts->input_dev->evbit);

set_bit(EV_ABS, ts->input_dev->evbit);

set_bit(BTN_TOUCH, ts->input_dev->keybit);

max_x=0x77b;

max_y=0xb38;

input_set_abs_params(ts->input_dev, ABS_X, 0, max_x, 0, 0); input_set_abs_params(ts->input_dev, ABS_Y, 0, max_y, 0, 0); input_set_abs_params(ts->input_dev, ABS_PRESSURE, 0, 255, 0, 0);

input_set_abs_params(ts->input_dev, ABS_TOOL_WIDTH, 0, 15, 0, 0);

input_set_abs_params(ts->input_dev, ABS_MT_POSITION_X, 0, max_x, 0, 0);

input_set_abs_params(ts->input_dev, ABS_MT_POSITION_Y, 0, max_y, 0, 0);

input_set_abs_params(ts->input_dev, ABS_MT_TOUCH_MAJOR, 0, 255, 0, 0);

input_set_abs_params(ts->input_dev, ABS_MT_WIDTH_MAJOR, 0, 15, 0, 0);

ret = input_register_device(ts->input_dev);

if (ret) {

printk(KERN_ERR "Unable to register %s input device\n", ts->input_dev->name);

goto err_input_register_device_failed;

(2) 报点

for(i=0;i

input_report_abs(ts->input_dev, ABS_MT_TOUCH_MAJOR, 1);

input_report_abs(ts->input_dev, ABS_MT_POSITION_X, ts->x[i]);

input_report_abs(ts->input_dev, ABS_MT_POSITION_Y, ts->y[i]);

input_mt_sync(ts->input_dev);

ts->upsend=0;

}

if(finger){

input_sync(ts->input_dev);

}else{

if(!ts->upsend){

input_report_abs(ts->input_dev, ABS_MT_TOUCH_MAJOR, 0);

input_mt_sync(ts->input_dev);

input_sync(ts->input_dev);

ts->upsend=1;

}

}

基于I2C的嵌入式多点触摸屏幕驱动设计(1)更新

于2011-03-21 16:09:33文章出处: OFweek

关键字：I2C 嵌入式多点触摸屏幕驱动

引言

随着嵌入式设备的开发和推广，触摸屏作为新式输入设备已经随处可见，手机、PDA、MID以及ATM 机等设备都已经用到了触摸屏。而科技在不断发展，触摸屏也由一开始的4线式单点电阻触摸屏发展到今天的各种多点式电容触摸屏。本文通过对以cypress 7958为代表的I2C总线接口电容式多点触摸屏的研究，设计了针对Linux操作系统的多点触摸的屏幕驱动，以及不运行操作系统前提下的单片机对触摸屏的驱动，取得了良好的效果。

1 研究平台介绍

1.1 ARM11处理器S3C6410X

S3C6410X是基于ARM1176JZFS核的用于手持、移动等终端设备的通用处理器。S3C6410X是一款低功率、高性价比、高性能的用于移动电话和通用处理RS IC处理器。为2.5G和3G通信服务提供了优化的硬件性能，采用64/32位的内部总线架构，融合了AXI、AHB、APB总线。还有很多强大的硬件加速器，包括运动视频处理、音频处理、2D加速、显示处理和缩放。

1.2 电容式多点触摸屏

电容式触摸屏在触摸屏4边均镀上狭长的电极，在导电体内形成一个低电压交流电场。在触摸屏幕时，由于人体电场，手指与导体层间会形成一个耦合电容，4边电极发出的电流会流向触点，而电流强度与手指到电极的距离成正比，位于触摸屏幕后的控制器会计算电流的比例及强弱，准确算出触摸点的位置。电容触摸屏的双玻璃不但能保护导体及感应器，更有效地防止外在环境因素对触摸屏造成影响，就算屏幕沾有污秽、尘埃或油渍，电容式触摸屏依然能准确算出触摸位置。与电阻触摸屏相对比，电容式触摸屏就是支持多点触摸的人机交互方式，普通电阻式触摸屏只能进行单一点的触控。

1.3 ARM工具链

本文针对ARM核的单片机使用了arm none linux gnueabi 4.3.2交叉编译链，实现对ARM支持的二进制文件编译，用以成功编译ARMLinux 2.6.28内核。

1.4 移植条件

对于本文所述内容，所有支持Linux操作系统运行的处理器（包括嵌入式处理器）都可以运行，而所有支持I2C总线协议的单片机也可以在不使用操作系统的前提下将触摸屏作为一种普通输入设备进行使用。

2 研究过程

图1显示了本文中针对嵌入式Linux平台下的驱动软硬件结构体系。

图1 驱动软硬件结构体系

2.1 I2C设备在平台部分声明

CYPRESS 7958多点触摸屏的I2C地址为0x20，在使用前需要在平台设备处进行I2C设备声明，这样才可以使Linux驱动找到其对应的I2C地址进行操作。首先要声明该I2C设备结构体，代码如下：

static struct i2c_board_info i2c_devs1［］__initdata={

{I2C_BOARD_INFO（“cyp ress 7958”，0x20），}，/*cypress 7958 touch pannel controller*/

};

然后在static void __init smdk6410_mac hine_init（void）函数中声明该I2C设备：

i2c_register_board_info（1，i2c_devs1，ARRAY_SIZE（i2c_devs1））;

2.2 Cypress 7958驱动部分设计

2.2.1 注册和注销模块

首先建立I2C驱动结构体，cypress_7958_driver，代码如下：

static struct i2c_driver cypress_7958_driver={

.probe=cypress_7958_probe，

.remove=cypress_7958_remove，

.id_table=cypress_7958_id，

.driver={

.name=CYPRESS_7958_NAME，

}，

};

然后建立_INIT初始化函数与_EXIT注销设备函数：static int __devinit cypress_7958_ts_init（void），static void __exit cypress_7958_exit（void），通过i2c_add_driver与i2c_del_driver函数进行I2C设备的注册与注销。

2.2.2 触摸屏驱动入口函数的设计

由上节中声明的I2C结构体得知，在设备被检查到的时候进入static int synaptics_ts_probe（struct

i2c_client *client，const struct i2c_device_id *id）函数，在该函数中需要进行触摸屏工作模式的初始化，对作为输入设备的触摸屏驱动在Linux平台下的设备名注册，同时初始化触摸事件触发时引起的中断操作。

（1）Cypress 7958模式初始化

作为多点触摸屏幕，Cypress 7958有很多相关的配置寄存器，本文中不再赘述，初始化部分仅需对屏幕是否工作在正常工作模式下进行检查，通过读取0x28地址的寄存器，如果值为0x07，则屏幕工作正常，否则返回错误值。

ret=i2c_smbus_read_byte_data（ts 》client，0x28）;

if（ret！=0x07）{

printk（KERN_ERR，“Cypress Detect Errorn”）;

return ret;

}

（2）输入设备名注册

创建struct input_dev结构体，通过input_allocate_device（）函数进行设备名的创建，然后通过set_bit 函数进行输入设备功能声明。因为是多点触摸屏，可以产生EV_SYN，EV_KEY，BTN_TOUCH，BTN_2（多点触摸），EV_ABS等功能，故对之进行声明：

set_bit（EV_SYN，ts 》input_dev 》evbit）;

set_bit（EV_KEY，ts 》input_dev 》evbit）;

set_bit（BTN_TOUCH，ts 》input_dev 》keybit）;

set_bit（BTN_2，ts 》input_dev 》keybit）;

set_bit（EV_ABS，ts 》input_dev 》evbit）;

然后完成对事件的具体配置：

input_set_abs_params（ts 》input_dev，ABS_X，0，max_y，0，0）;

input_set_abs_params（ts 》input_dev，ABS_Y，0，max_x，0，0）;

input_set_abs_params（ts 》input_dev，ABS_PRESSURE，0，255，0，0）;

input_set_abs_params（ts 》input_dev，ABS_TOOL_WIDTH，0，15，0，0）;

input_set_abs_params（ts 》input_dev，ABS_HAT0X，0，max_y，0，0）;

input_set_abs_params（ts 》input_dev，ABS_HAT0Y，0，max_x，0，0）;

input_set_abs_params（ts 》input_dev，ABS_MT_POSITION_X，0，max_y，0，0）;

input_set_abs_params（ts 》input_dev，ABS_MT_POSITION_Y，0，max_x，0，0）;

input_set_abs_params（ts 》input_dev，ABS_MT_TOUCH_MAJOR，0，255，0，0）;

input_set_abs_params（ts 》input_dev，ABS_MT_WIDTH_MAJOR，0，15，0，0）;

最后通过input_register_device（ts 》input_dev）函数完成对该设备名的注册。

(3) 驱动事件产生中断函数初始化

Cypress 7958触摸屏在触摸事件产生时会在IRQ引脚产生一个低电平信号，将该引脚连接到GPN(15)引脚上，同时创建GPIO中断函数：

s3c_gpio_cfgpin(S3C64XX_GPN(15),S3C_GPIO_SFN(2));

client?>irq=gpio_to_irq(S3C64XX_GPN(15));

irqflags=IRQF_TRIGGER_LOW;

然后通过ret=request_irq(client?>irq, cypress_7958_irq_handler, irqflags, client?>name, ts)进行中断函数申请。创建cypress_7958_irq_handler函数：

static irqreturn_t cypress_7958_irq_handler(int irq, void *dev_id){

struct synaptics_ts_data *ts=dev_id;

//int ret=gpio_get_value(S3C64XX_GPN(15));

//printk("%s:ret=%dn",__func__,ret);

disable_irq_nosync(ts?>client?>irq);

queue_work(cypress_7958_wq, &ts?>work);

return IRQ_HAND LED;

}

当驱动事件被触发之后通过queue_work函数进入驱动工作区cypress_7958_wq,进行驱动层对应用层的信息上报。

2.2.3 触摸屏工作区函数设计

触摸屏工作区函数需要完成事件信息获取以及驱动层对应用层的信息上报功能，通过INIT_WORK(&ts?>work, cypress_7958_work_func)函数完成驱动工作区函数的初始化声明，在驱动事件中断产生之后进入工作区函数cypress_7958_work_func。

(1) 触摸屏事件信息获取

Cypress 7958的事件触发信息存储在寄存器中，只需要通过i2c_smbus_read_byte_data函数对其寄存器信息进行读取即可完成其事件信息的获取，也可以通过i2c_transfer完成对其寄存器信息的批量读取:

buf[0]=i2c_smbus_read_byte_data(ts?>client, 0x12);

buf[1]=i2c_smbus_read_byte_data(ts?>client, 0x13);

buf[2]=i2c_smbus_read_byte_data(ts?>client, 0x14);

buf[3]=i2c_smbus_read_byte_data(ts?>client, 0x15);

buf[4]=i2c_smbus_read_byte_data(ts?>client, 0x16);

buf[5]=i2c_smbus_read_byte_data(ts?>client, 0x17);

buf[6]=i2c_smbus_read_byte_data(ts?>client, 0x18);

buf[7]=i2c_smbus_read_byte_data(ts?>client, 0x19);

buf[8]=i2c_smbus_read_byte_data(ts?>client, 0x1a);

buf[9]=i2c_smbus_read_byte_data(ts?>client, 0x1b);

buf[10]=i2c_smbus_read_byte_data(ts?>client, 0x1c);

buf[11]=i2c_smbus_read_byte_data(ts?>client, 0x1d);

buf[12]=i2c_smbus_read_byte_data(ts?>client, 0x1e);

buf[13]=i2c_smbus_read_byte_data(ts?>client, 0x1f);

(2) 触摸屏事件信息上报

通过对buf数组的分析，获取当前事件具体信息，然后通过input_report系列函数进行事件信息的应用层上报：

if(fingermark==2){

input_report_key(ts?>input_dev,ABS_MT_TRACKING_ID,0);

input_report_abs(ts?>input_dev, ABS_MT_TOUCH_MAJOR, f1z);

input_report_abs(ts?>input_dev, ABS_MT_POSITION_X, f1x);

input_report_abs(ts?>input_dev, ABS_MT_POSITION_Y, f1y);

input_mt_sync(ts?>input_dev);

input_report_key(ts?>input_dev,ABS_MT_TRACKING_ID,1);

input_report_abs(ts?>input_dev, ABS_MT_TOUCH_MAJOR, f2z);

input_report_abs(ts?>input_dev, ABS_MT_POSITION_X, f2x); input_report_abs(ts?>input_dev, ABS_MT_POSITION_Y, f2y); input_mt_sync(ts?>input_dev)

input_sync(ts?>input_dev);

}

else if(fingermark==1){

input_report_key(ts?>input_dev,ABS_MT_TRACKING_ID,0); input_report_abs(ts?>input_dev, ABS_MT_TOUCH_MAJOR, f1z); input_report_abs(ts?>input_dev, ABS_MT_POSITION_X, f1x); input_report_abs(ts?>input_dev, ABS_MT_POSITION_Y, f1y); input_mt_sync(ts?>input_dev);

input_sync(ts?>input_dev);

}

else{

input_report_abs(ts?>input_dev, ABS_MT_TOUCH_MAJOR, 0); input_mt_sync(ts?>input_dev);

input_sync(ts?>input_dev);

}

2.3 Cypress 7958驱动在内核中的移植

通过改写Makefile与KCONFIG完成Cypress 7985在内核中的移植,以帮助GCC工具链实现对内核的编译。

2.3.1 Kconfig的修改

在/driver/input/touchscreen/Kconfig中添加如下语句：

config TOUCHSCREEN_CYPRESS

tristate "CYPRESS 7958 touchscreens"

help

Say Y here if you have a CYPRESS 7958 touchscreen connected to your system.

If unsure, say N.

以实现将文件编译选项添加到MAKE MENUCONFIG中。由于触摸屏驱动属于系统基本输入设备驱动，本身调用了I/O中断，不能实现模块编译，只能完全编译进内核。在后续的研发中发现可以使用时钟中断将其模块化编译进内核，但由于时钟中断影响UCLINUX时间片的运行，故弃之不用。

2.3.2 Makefile的修改

然后在/driver/input/touchscreen/Makefile中添加对应编译信息:

obj?$(CONFIG_TOUCHSCREEN_CYPRESS) +=touchscreen_cypress.o

最终在编译选项中将/MAKEFILE中的ARCH选项设置为S3C6410，在make menuconfig 命令之后的选项中选择TOUCHSREEN_CYPRESS选项并选择编译进内核。

结语

本设计以I2C方式对多点触摸屏进行驱动，通过嵌入式Linux将多点触摸输入方式应用到嵌入式应用系统中，丰富了单一的键盘输入与单点输入方式，减小了系统尺寸，提高了系统的可靠性。使得嵌入式系统的输入方式简单易行，同时也增强了嵌入式系统与人之间的通信能力，简化了繁琐的调试。采用三星公司的S3C6410 ARM11处理器，加快了实验的操作步骤。实践证明，该设计驱动多点触摸屏幕的速度以及稳定性满足调试要求。该设计只需对

底层驱动进行简单修改，就可直接应用于单片机以及其他全部可以运行Linux的嵌入式系统中。