下記のネット文章はタッチスクリーンドライバ原理について詳しく分析する。
mini2440タッチスクリーンドライバプログラム分析
By JeefJiang July、8th、2009
これはmini2440ドライバ分析シリーズの第三弾の文章で、本文は三つ部分に分けられ、第一部分はハードウェア知識を説明し、タッチスクリーンの原理とSCC2440 SOCのタッチスクリーンはどのように操作するかと含める。第二部分は入力デバイスのサブシステムのフレームワークを分析し、そして該当のコード分析を行う。第三部分は上述の原理を使用し、mini2440タッチスクリーンドライバを分析する。第四部分はテストとチェックを紹介する
1、必要のハードウェアの準備知識
1.1、抵抗式タッチスクリーン操作原理
タッチスクリーンはディスプレイの表面に付着し、ディスプレイと合わせて使用する、タッチポイントはスクリーンにある座標位置を計測できれば、ディスプレイに対応する座標点の表示内容またはアイコンより、タッチ者の意図を分かれる。タッチスクリーンは、その技術原理に基づいて5つタイプに分けられる：ベクトル•圧力感知型、抵抗型、キャパシタンス型、赤外線型、弾性表面波型。その中で、組み込みシステムで抵抗型タッチスクリーンはより多く使われる、抵抗型タッチスクリーンは4層の透明複合フィルムスクリーンで、一番下はガラスやプレキシガラスで構成するベース層で、一番上は外表面が硬化処理を経て、滑らかで、スクラッチのことを防ぐプラスチック層で、真ん中には2つの金属導電層であり、それぞれベース層の上とプラスチック層の裏にあり、二つの導電層の間にこれらを分ける多く小さな透明隔離点がある。
指がスクリーンに触れる時、二つの導電層は、タッチ•ポイントに接触している
タッチスクリーンの2つの金属導電層はタッチスクリーンの二つ作業面であり、作業面毎の両端にエポキシ銀ペーストが塗りつけられ、該当動作面の一対電極と呼ばれ、一つ作業面の電極に上へ電圧を印加すると、該当作業面には均一な連続パラレル電圧分布を形成する。X方向の電極に上へある確定電圧を印加し、Y方向の電極に上へある確定電圧を印加しない場合、Xパラレル電圧フィールドに、接触点の電圧値はY+(または Y-)電極に反映され、Y +電極の接地電圧の大きさの計測を通じて、接触点のX座標値を取得できる。同様にY電極に上へある電圧を印加し、X電極に上へある電圧を印加しない場合、X+電極の電圧の計測を通じて接触点のXY座標値を分かる。抵抗式タッチスクリーンは四線式と五線式があり、四線式タッチスクリーンのX作業面とY作業面は二つ導電層にそれぞれかけられ、四つリードはタッチスクリーンのX電極対とY電極対にそれぞれ接続し、五線式タッチスクリーンのX作業面とY作業面はガラス下部の導電層にかけられるが、動作の時、まだタイムシェアリングに電圧を印かし、即ち二つ方向の電圧フィールドに同一作業面にタイムシェアリングに動作させる、外側導電層がただ導体と電圧測定用電極として使われる。従って、五線式タッチスクリーンは五つリードが必要である
1.2 S3C2440の中のタッチ•スクリーン•インタフェース
SOC S3C2440のタッチ•スクリーン•インタフェースはADCインタフェースと結び付ける、詳しくは次の通り
コンバージョン率：PCLK=50MHzの時、デバイダは49に設定されると、10ビットのコンバージョン計算は下記の通り：
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.
タッチスクリーン•インタフェースのモードは下記のタイプがあり
普通ADCコンバージョンモード
独立X/Y 位置コンバージョンモード
自動X/Y位置コンバージョンモード
割り込み待ちモード
我々は主にタッチ•スクリーン•インタフェースの割り込み待ちモードと自動X/Y位置コンバージョンモードを受信する（ドライバプログラムに使われる）
自動コンバージョンモードの操作プロセスは下記の通りであり：タッチ•スクリーンはX、Yのタッチ位置の自動コンバージョンを制御し、コンバージョンが完了してから、データはそれぞれレジスタADCDAT0とADCDAT1に保存され、また、INT_ADC割り込みが起き、コンバージョン完了を知らせる
割り込み待ちモード
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.
タッチした後、タッチスクリーンコントローラはINT_TC割り込みを生成し、四つピンの設定は下記の通りであり
ピン XP XM YP YM
状態 PULL UP/XP Disable Disable (初期値はそうである) Disable Enable
設定 1 0 1 1
割り込みが起きてからX/Yの位置データは独立X/Y位置コンバージョンモードと自動X/Y位置コンバージョンモードを選択し、読み取る。自動X/Y位置コンバージョンモードを使用し、読み取る時、既に設定されたレジスタを変更する必要があり、既存の基礎に3C2410_ADCTSC_PULL_UP_DISABLE | S3C2410_ADCTSC_AUTO_PST |S3C2410_ADCTSC_XY_PST(0)
データがコンバージョンしてから、割り込みも起きる
2、入力サブシステムのモデル分析
2.1全体的なフレームワーク
入力サブシステムは三つ部分を含まれる：デバイスドライバ、入力コア、イベントハンドラ
第一部分は各バスに接続された入力デバイスドライバで、SOCにこのバスは仮想バスplatformbusを使える、これらの役割は最下層のハードウェア入力が統一イベント•タイプに変更されるのことで、入力コア（Input core）に報告する
第二部分：入力コアの役割は下記の通りであり
（1）input_register_device() used toを呼び出し、デバイスを追加し、input_unregister_device()を呼び出し、デバイスを取り外す（次はタッチスクリーンドライブと結び付け、説明する）
（2）/PROCのもとに該当のデバイス情報を生成される、次の例はこのようにである：
/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）イベント•ハンドラーはイベントを処理すると知らせ
第三部分はイベント•ハンドラーである
入力サブシステムは必要なプロセッサを含まれ、例えばマウス、キ―ボード、joystick、タッチスクリーン、event handlerと呼ばれる汎用のプロセッサ（カーネルファイルevdev.Cに対する）注意を頂きたい点は、カーネルバージョンの発展に従い、event handlerはより多い異なるハードウェアの入力イベントを処理する時に使われる。Linux2.6.29バージョンに残る特定デバイスイベント処理はただマウスとjoystickがあり、これはますます多い入力デバイスがevent handlerを通じてユーザースペースとやり取りを行われ、イベント処理層の主な役割はユーザースペースとやり取りを行うことである。Linuxはユーザースペースにすべてのデバイスがファイルとして処理でき、普通のドライバプログラムにfopsインタフェースが提供され、/devのもとに該当のデバイスファイルnodを生成し、入力サブシステムのドライバのなか、これらの動作は全部イベントハンドラ層に完成される。evdev.Cの関連コードを見る
static int __init evdev_init(void)
{
return input_register_handler(&evdev_handler);
}
上記のはモジュールの登録プロセスである、システム初期化の時呼び出される。
初期化プロセスは簡単、evdev_handlerに保存される：
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、
};
まずconnect関数の下記のコードを見て：
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：上記の部分は/sys/device/viture/input/input0/event0ディレクトリに生成し、eventの中にdevの属性ファイルがあり、デバイスファイルのデバイス番号を保存し、このようにudevは該当属性ファイルを読み取り、デバイス番号を取得できる、これによって/devディレクトリにデバイスノード/dev/event0を作成する。次はevdev_fopsメンバーを見る
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
}
これはデバイスがユーザースペース向けのインタフェースで、デバイスへのアクセスになり、その中にevdev_ioctlは多いコマンドを提供し、関連のコマンドは《Using the Input Subsystem、 Part II》を参照する
3 mini2440のタッチスクリーンドライバ
3.1 初期化
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);
//クロックを取得し、APB BUSの周辺デバイスをマウントし、クロック制御が必要で、ADCと類似のデバイスである。
base_addr=ioremap(S3C2410_PA_ADC、0x20);
I/O メモリは直接にアクセスできず、マッピングされる必要があり、I/Oに仮想アドレスを割り当てし、これらの仮想アドレスは__iomemで説明し、直接にアクセスできない、専門の関数を使用する必要があり、例えばiowrite32
if (base_addr == NULL) {
printk(KERN_ERR "Failed to remap register block\n");
return -ENOMEM;
}
/* Configure GPIOs */
s3c2410_ts_connect();
iowrite32(S3C2410_ADCCON_PRSCEN | S3C2410_ADCCON_PRSCVL(0xFF)、\
base_addr+S3C2410_ADCCON);// プリ分割・オン/分割係数・設定する
iowrite32(0xffff、 base_addr+S3C2410_ADCDLY);//ADC遅延時間を設定し、割り込み待ちモードのもとに、INT_TCを起こる間隔時間を表示する
iowrite32(WAIT4INT(0)、 base_addr+S3C2410_ADCTSC);
割り込み待ちモードに従いTSCを設定する
次は入力デバイスの登録
/* Initialise input stuff */
input_dev = input_allocate_device();
//allocate memory for new input device、入力デバイスにメモリを割り当てる際に使用され、また、入力デバイスの初期化設定をする
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);
//イベントタイプを設定する
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);
上記の四つプログラム分はイベントタイプを設定するcodeで、まず、イベントタイプを説明し、よく使われるイベントタイプEV_KEY、EV_MOSSE、 EV_ABS(タッチスクリーンのような絶対座標イベントを受信するに使用される)、タイプ毎のイベントは異なるタイプのコードcodeがある、
例えばABS_X、ABS_Y、これらのコードは該当のvalueがある
dev->name = s3c2410ts_name;
dev->id.bustype = BUS_RS232;
dev->id.vendor = 0xDEAD;
dev->id.product = 0xBEEF;
dev->id.version = S3C2410TSVERSION;
//上記は入力デバイスの名前とidであり、これらの情報は入力デバイスのID情報であり、
cat /proc/bus/input/devices、
/* Get irqs */
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);
/* All went ok、 so register to the input system */
input_register_device(dev);
//デバイスの基本情報と基本機能は設定完了し、直接登録できる
return 0;
}
割り込み処理
stylus_actionとstylus_updown二つ割り込みハンドラ関数、ペンでタッチするする時、stylus_updownに入る、
static irqreturn_t stylus_updown(int irq、 void *dev_id)
{
unsigned long data0;
unsigned long data1;
int updown;
//注：タッチスクリーンドライバモジュールに、ADC_LOCKがある。そしてその機能は常に一つドライバプログラムのみがADCの割り込みラインを使用と保証する。mini2440adcモジュールもADCを使用するため、ロックがある限り、起動ADCに入れる。注：LDD3で信号はスリープの原因でISRに適合しないが、down_trylockは例外で、スリープに入れない。
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);//タイマー関数、普通関数として呼び出し、ADCを起動する
} else {
OwnADC = 0;
up(&ADC_LOCK);//
}
}
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
//四回コンバージョンしてからイベント報告を行う
if (count != 0) {
long tmp;
tmp = xp;
xp = yp;
yp = tmp;
//使用するクリーンは240*320であり、プロトのスクリーンのX、Y軸を変換する。
xp >>= 2;
yp >>= 2;
input_report_abs(dev、 ABS_X、 xp);
input_report_abs(dev、 ABS_Y、 yp);
//デバイスX、Y値
input_report_key(dev、 BTN_TOUCH、 1);
input_report_abs(dev、 ABS_PRESSURE、 1);
input_sync(dev);
//タッチスクリーンイベントの情報、次の報告を間隔に使用される
}
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);
//ADCを起動できず、或いはACDは四回にコンバージョンした後ADCを起動する
} else {
//Up状態な場合、報告を提出し、スクリーンをタッチ待ちモードに入る
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++;
//データを読み取る
if (count < (1<<2)) {//四回より小さくなる場合、再度にコンバージョンを起動する
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 {//四回を超える場合、1msを待ってからデータの報告を行う
mod_timer(&touch_timer、 jiffies+1);
iowrite32(WAIT4INT(1)、 base_addr+S3C2410_ADCTSC);
}
}
return IRQ_HANDLED;
}
全体からのコンバージョンのプロセスを説明する：
（1）タッチスクリーンは、タッチを感じた場合、updown ISRに入る、ADC_LOCKを取得する場合、touch_timer_fireを呼び出し、ADCを起動する
（2）ADC コンバージョン、四回より小さくなる場合、コンバージョンし続き、四回が完了してから、SysTickのタイマーを起動し、ADCを停止し、即ちこの期間内に、ADCは停止の状態である
（3）このようにスクリーンのジッターを防げる。
（4）一つSysTick周期が届き、タッチスクリーンはまだタッチ状態な場合、コンバージョンデータを報告し、またADCを再度起動し、（2）を繰り返す
（5）タッチペンをリリースされた場合、リリースイベントを報告し、また、タッチスクリーンは割り込み待ちモードに戻ります。
4 テストとキャリブレーション
アプリケーションの書きについて《Using the Input Subsystem、 Part II》を参照する 、入力デバイスの APIを説明し、タッチスクリーンをキャリブレーションする時、タッチスクリーンの座標にLCDの座標と対応させ、この対応はマッピングする必要があり、このマッピングプロセスはキャリブレーションであり、我々は、線形アルゴリズムのマッピング方法を提供する。
----------続く
