mini2440 觸摸屏驅動程序分析
By JeefJiang July，8th，2009
這是mini2440 驅動分析系列的第三篇文章，本文分爲三個部分，第一部分講敘硬件知識，包括觸摸屏
的原理以及SCC2440 SOC 上的觸摸屏是如何工作的。第二部分分析輸入設備子系統的框架，並進行相應
的代碼分析。第三部分利用上述的原理來分析mini2440 的觸摸屏驅動。第四部分介紹了測試和校準。
1.需要準備的硬件知識
1.1 電阻式觸摸屏工作原理原理
觸摸屏附着在顯示器的表面，與顯示器相配合使用，如果能測量出觸摸點在屏幕上的座標位置，則可根
據顯示屏上對應座標點的顯示內容或圖符獲知觸摸者的意圖。觸摸屏按其技術原理可分爲五類：矢量壓力
傳感式、電阻式、電容式、紅外線式、表面聲波式，其中電阻式觸摸屏在嵌入式系統中用的較多。電阻觸
摸屏是一塊4 層的透明的複合薄膜屏，如圖2 所示，最下面是玻璃或有機玻璃構成的基層，最上面是一層
外表面經過硬化處理從而光滑防刮的塑料層，中間是兩層金屬導電層，分別在基層之上和塑料層內表面，
在兩導電層之間有許多細小的透明隔離點把它們隔開。當手指觸摸屏幕時，兩導電層在觸摸點處接觸。
觸摸屏的兩個金屬導電層是觸摸屏的兩個工作面，在每個工作面的兩端各塗有一條銀膠，稱爲該工作面
的一對電極，若在一個工作面的電極對上施加電壓，則在該工作面上就會形成均勻連續的平行電壓分佈。
如圖4 所示，當在X 方向的電極對上施加一確定的電壓，而Y 方向電極對上不加電壓時，在X 平行電壓場
中，觸點處的電壓值可以在Y+(或Y-)電極上反映出來，通過測量Y+電極對地的電壓大小，便可得知觸點的
X 座標值。同理，當在Y 電極對上加電壓，而X 電極對上不加電壓時，通過測量X+電極的電壓，便可得知
觸點的Y 座標。電阻式觸摸屏有四線和五線兩種。四線式觸摸屏的X 工作面和Y 工作面分別加在兩個導電
層上，共有四根引出線，分別連到觸摸屏的X 電極對和Y 電極對上。五線式觸摸屏把X 工作面和Y 工作面
都加在玻璃基層的導電塗層上，但工作時，仍是分時加電壓的，即讓兩個方向的電壓場分時工作在同一工
作面上，而外導電層則僅僅用來充當導體和電壓測量電極。因此，五線式觸摸屏的引出線需爲5 根。
1.2 在S3C2440 中的觸摸屏接口
SOC S3C2440 的觸摸屏接口是與ADC 接口結合在一起的，框圖如下：
轉換速率：當 PCLK=50MHz 時，分頻設爲49，則10 位的轉換計算如下：
When the GCLK frequency is 50MHz and the prescaler value is49,
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.
觸摸屏接口的模式有以下幾種：
普通 ADC 轉換模式
獨立 X/Y 位置轉換模式
自動 X/Y 位置轉換模式
等待中斷模式
我們主要接受觸摸屏接口的等待中斷模式和自動 X/Y 位置轉換模式（驅動程序中會用到）：
自動轉換模式操作流程如下：觸摸屏控制器自動轉換X,Y 的觸摸位置，當轉換完畢後將數據分別存放在
寄存器ADCDAT0 和ADCDAT1.併產生INT_ADC 中斷通知轉換完畢。
等待中斷模式：
Touch Screen Controller generates interrupt (INT_TC) signal whenthe Stylus is down. Waiting for
Interrupt Modesetting value is rADCTSC=0xd3; // XP_PU, XP_Dis,XM_Dis, YP_Dis, YM_En.
當觸摸後，觸摸屏控制器產生INT_TC 中斷，四個引腳設置應該爲：
引腳 XP XM YP YM
狀態 PULL UP/XP Disable Disable (初始值即是) Disable Enable
設置 1 0 1 1
當中斷產生後，X/Y 的位置數據可以選擇獨立X/Y 位置轉換模式，和自動X/Y 位置轉換模式進行讀取，
採用自動X/Y 位置轉換模式進行讀取需要對我們已經設置的TSC 寄存器進行更改，在原有的基礎上或上
S3C2410_ADCTSC_PULL_UP_DISABLE | S3C2410_ADCTSC_AUTO_PST |
S3C2410_ADCTSC_XY_PST(0)。
數據轉換完畢後，也會產生中斷。
2. 輸入子系統模型分析
2.1 整體框架：
輸入子系統包括三個部分設備驅動、輸入核心、事件處理器。
第一部分是連接在各個總線上的輸入設備驅動，在我們的 SOC 上，這個總線可以使虛擬總線
platformbus，他們的作用是將底層的硬件輸入轉化爲統一事件型式，向輸入核心（Input core）彙報.
第二部分輸入核心的作用如下：
（1） 調用 input_register_device() used to添加設備，調用input_unregister_device() 除去設備。（下
面會結合觸摸屏驅動講述）
（2） 在/PROC 下產生相應的設備信息，下面這個例子即是：
/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） 通知事件處理器對事件進行處理
第三部分是事件處理器：
輸入子系統包括了您所需要的大所屬處理器，如鼠標、鍵盤、joystick，觸摸屏，也有一個通用的處理
器被叫做event handler（對於內核文件evdev.C）.需要注意的是隨着內核版本的發展，event handler將用
來處理更多的不同硬件的輸入事件。在Linux2.6.29 版本中，剩下的特定設備事件處理就只有鼠標和joystick。
這就意味着越來越多的輸入設備將通過event handler 來和用戶空間打交道。事件處理層的主要作用就是和
用戶空間打交道，我們知道Linux 在用戶空間將所有設備當成文件來處理，在一般的驅動程序中都有提供
fops 接口，以及在/dev 下生成相應的設備文件nod，而在輸入子系統的驅動中，這些動作都是在事件處理
器層完成的，我們看看evdev.C 相關代碼吧。
static int __init evdev_init(void)
{
returninput_register_handler(&evdev_handler);
}
這是該模塊的註冊程序，將在系統初始化時被調用。
初始化得過程很簡單，就一句話，不過所有的祕密都被保藏在 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 函數中如下的代碼：
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);
注意黑色的部分這將會在/sys/device/viture/input/input0/event0這個目錄就是在這裏生成的，在event
下會有一個dev 的屬性文件，存放着設備文件的設備號，，這樣 udev 就能讀
取該屬性文件獲得設備號，從而在/dev 目錄下創建設備節點/dev/event0
再看evdev_fops 成員：
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
};
看過LDD3 的人都知道，這是設備提供給用戶空間的接口，用來提供對設備的操作，其中evdev_ioctl
提供了很多命令，相關的命令使用參照《Using the Input Subsystem, Part II》
3 mini2440 的觸摸屏驅動
3.1 初始化：
static int __init s3c2410ts_init(void)
{
struct input_dev *input_dev;
adc_clock = clk_get(NULL, "adc");
if (!adc_clock) {
printk(KERN_ERR "failed to get adc clock source\n");
return -ENOENT;
}
clk_enable(adc_clock);
//獲取時鐘，掛載APB BUS 上的外圍設備，需要時鐘控制，ADC 就是這樣的設備。
base_addr=ioremap(S3C2410_PA_ADC,0x20);
I/O 內存是不能直接進行訪問的，必須對其進行映射，爲I/O 內存分配虛擬地址，這些虛擬地址以
__iomem 進行說明，但不能直接對其進行訪問，需要使用專用的函數，如iowrite32
if (base_addr == NULL) {
printk(KERN_ERR "Failed to remap register block\n");
return -ENOMEM;
}
s3c2410_ts_connect();
iowrite32(S3C2410_ADCCON_PRSCEN |S3C2410_ADCCON_PRSCVL(0xFF),\
base_addr+S3C2410_ADCCON);//使能預分頻和設置分頻係數
iowrite32(0xffff, base_addr+S3C2410_ADCDLY);//設置ADC 延時，在等待中斷
模式下表示產生 INT_TC 的間隔時間
iowrite32(WAIT4INT(0), base_addr+S3C2410_ADCTSC);
按照等待中斷的模式設置TSC
接下來的部分是註冊輸入設備
input_dev = input_allocate_device();
//allocate memory for new inputdevice,用來給輸入設備分配空間，並做一些輸入設備通用的初始的設
置
if (!input_dev) {
printk(KERN_ERR "Unable to allocate the input device !!\n");
return -ENOMEM;
}
dev = input_dev;
dev->evbit[0] = BIT(EV_SYN) | BIT(EV_KEY) |BIT(EV_ABS);
//設置事件類型
dev->keybit[BITS_TO_LONGS(BTN_TOUCH)] =BIT(BTN_TOUCH);
input_set_abs_params(dev, ABS_X, 0, 0x3FF, 0, 0);
input_set_abs_params(dev, ABS_Y, 0, 0x3FF, 0, 0);
input_set_abs_params(dev, ABS_PRESSURE, 0, 1, 0, 0);
以上四句都是設置事件類型中的code，如何理解呢，先說明事件類型，常用的事件類型EV_KEY、
EV_MOSSE, EV_ABS(用來接收像觸摸屏這樣的絕對座標事件)，而每種事件又會有不同類型的編碼code，
比方說ABS_X，ABS_Y，這些編碼又會有相應的value
dev->name = s3c2410ts_name;
dev->id.bustype = BUS_RS232;
dev->id.vendor = 0xDEAD;
dev->id.product = 0xBEEF;
dev->id.version = S3C2410TSVERSION;
//以上是輸入設備的名稱和id，這些信息時輸入設備的身份信息了，在用戶空間如何看到呢，
cat /proc/bus/input/devices，下面是我的截圖
if (request_irq(IRQ_ADC, stylus_action, IRQF_SAMPLE_RANDOM,
"s3c2410_action", dev)) {
printk(KERN_ERR "s3c2410_ts.c: Could not allocate ts IRQ_ADC!\n");
iounmap(base_addr);
return -EIO;
}
if (request_irq(IRQ_TC, stylus_updown, IRQF_SAMPLE_RANDOM,
"s3c2410_action", dev)) {
printk(KERN_ERR "s3c2410_ts.c: Could not allocate ts IRQ_TC!\n");
iounmap(base_addr);
return -EIO;
}
printk(KERN_INFO "%s successfully loaded\n", s3c2410ts_name);
input_register_device(dev);
//前面已經設置了設備的基本信息和所具備的能力，所有的都準備好了，現在就可以註冊了
return 0;
}
中斷處理
stylus_action 和stylus_updown兩個中斷處理函數，當筆尖觸摸時，會進入到stylus_updown，
static irqreturn_t stylus_updown(int irq, void *dev_id)
{
unsigned long data0;
unsigned long data1;
int updown;
//注意在觸摸屏驅動模塊中，這個ADC_LOCK 的作用是保證任何時候都只有一個驅動程序使用ADC 的
中斷線，因爲在mini2440adc 模塊中也會使用到ADC,這樣只有擁有了這個鎖，才能進入到啓動ADC,注意
儘管LDD3 中說過信號量因爲休眠不適合使用在ISR 中，但down_trylock 是一個例外，它不會休眠。
if (down_trylock(&ADC_LOCK) == 0) {
OwnADC = 1;
data0 = ioread32(base_addr+S3C2410_ADCDAT0);
data1 = ioread32(base_addr+S3C2410_ADCDAT1);
updown = (!(data0 & S3C2410_ADCDAT0_UPDOWN))&& (!(data1 &
S3C2410_ADCDAT0_UPDOWN));
if (updown) {//means down
touch_timer_fire(0);//這是一個定時器函數，當然在這裏是作爲普通函數調用，用來啓動ADC
} else {
OwnADC = 0;
up(&ADC_LOCK);//注意紅色的部分是基本不會執行的，除非你觸摸後以飛快的速度是否，還來
不及啓動ADC，當然這種飛快的速度一般是達不到的，筆者調試程序時發現這裏是進入不了的
}
}
return IRQ_HANDLED;
}
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 = (!(data0 & S3C2410_ADCDAT0_UPDOWN))&& (!(data1 &
S3C2410_ADCDAT0_UPDOWN));
if (updown) {//means down
轉換四次後進行事件彙報
if (count != 0) {
long tmp;
tmp = xp;
xp = yp;
yp = tmp;
//這裏進行轉換是因爲我們的屏幕使用時採用的是240*320，相當於把原來的屏幕的X,Y 軸變換。
個人理解，不只是否正確
xp >>= 2;
yp >>= 2;
input_report_abs(dev, ABS_X, xp);
input_report_abs(dev, ABS_Y, yp);
//設備X,Y 值
input_report_key(dev, BTN_TOUCH, 1);
input_report_abs(dev, ABS_PRESSURE, 1);
input_sync(dev);
//這個表明我們上報了一次完整的觸摸屏事件，用來間隔下一次的報告
}
xp = 0;
yp = 0;
count = 0;
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);
如果還沒有啓動ADC 或者ACD 轉換四次完畢後則啓動ADC
} else {
如果是up 狀態，則提出報告並讓觸摸屏處在等待觸摸的階段
count = 0;
input_report_key(dev, BTN_TOUCH, 0);
input_report_abs(dev, ABS_PRESSURE, 0);
input_sync(dev);
iowrite32(WAIT4INT(0), base_addr+S3C2410_ADCTSC);
if (OwnADC) {
OwnADC = 0;
up(&ADC_LOCK);
}
}
}
static irqreturn_t stylus_action(int irq, void *dev_id)
{
unsigned long data0;
unsigned long data1;
if (OwnADC) {
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++;
讀取數據
if (count < (1<<2)){如果小如四次重新啓動轉換
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 {如果超過四次，則等待1ms 後進行數據上報
mod_timer(&touch_timer, jiffies+1);
iowrite32(WAIT4INT(1), base_addr+S3C2410_ADCTSC);
}
}
return IRQ_HANDLED;
}
我們從整體上描述轉換的過程：
（1） 如果觸摸屏感覺到觸摸，則進入updown ISR,如果能獲取ADC_LOCK則調用touch_timer_fire，
啓動ADC,
（2） ADC 轉換，如果小於四次繼續轉換，如果四次完畢後，啓動1 個時間滴答的定時器，停止ADC,
也就是說在這個時間滴答內，ADC 是停止的，
（3） 這樣可以防止屏幕抖動。
（4） 如果1 個時間滴答到時候，觸摸屏仍然處於觸摸狀態則上報轉換數據，並重啓ADC,重複（2）
（5） 如果觸摸筆釋放了，則上報釋放事件，並將觸摸屏重新設置爲等待中斷狀態。
4 測試與校準
關於應用程序的編寫，請參照《Using the Input Subsystem, Part II》，講解了input設備的API,
觸摸屏的校準時使觸摸屏的座標與LCD 得座標進行對應，這種對應需要映射，這個映射的過程即爲校
準.