摘要：基于Linux作業系統具有良好的開放性和較強的可移植性，在目前嵌入式作業系統中被廣泛采用。本文首先基于Samsung公司的 S3C2410處理器建構硬體環境;然後深入探讨嵌入式Linux作業系統下的觸摸屏驅動程式的開發;之後講述觸摸屏采樣資料處理的方法;最後詳細的闡明 觸摸屏的校準原理。
關鍵詞：Linux 驅動程式 采樣處理 校準
引言随着計算機相關技術的發展，嵌入式系統的應用越來越廣泛，與人們生活緊密結合。觸摸屏裝置因其友善的人機互動性，操作友善靈活，輸入速度快，被廣泛的應用于嵌入式領域中。嵌入式Linux系統具有開發源代碼、核心穩定、可裁減性等特點，吸引着衆多商業公司和自由軟體開發者的目光，成為嵌入式系統領 域不可或缺的作業系統之一。觸摸屏是一種輸入裝置，操作簡單易學，不占額外的空間，可靠性高，是最常用的便攜式系統的輸入裝置。特别是電阻式觸摸屏結構簡 單，成本低，透光效果好，工作環境和外界完全隔離，不怕灰塵和水氣，同時具有高解析度，高速傳輸反應，一次校正，穩定性高，不漂移等特點，因而廣泛用于工 業控制領域及在室内使用。
1 硬體平台S3C2410是Samsung公司基于ARM 920T核心的一款MCU，內建了衆多的外圍裝置，其中包括4線電阻式觸摸屏控制器、8路模拟輸入通道。在8路A/D轉換通道中，A[5]和A[7]作為 觸摸屏的X、Y坐标的采集通道。S3C2410與4線電阻式觸摸屏連接配接的電路原理圖見圖1。
在采樣過程中，隻需要通過讀寫一系列的特殊寄存器，S3C2410的觸摸屏控制器就會自動控制觸摸屏接口打開或關閉各MOS管，按順序完成觸摸屏X、Y坐标資料的采集。
圖1 S3C2410連接配接4線電阻式觸摸屏電路原理圖
2 Linux 裝置驅動程式簡介裝置驅動程式是作業系統核心和機器硬體之間的接口，由一組函數和一些私有資料組成，是應用程式和硬體裝置之間的橋梁。在應用程式看來，硬體裝置隻是 一個裝置檔案，應用程式可以像操作普通檔案一樣對硬體裝置進行操作。裝置驅動程式是核心的一部分，主要完成以下功能：對裝置的初始化和釋放；把資料從核心 傳送到硬體裝置和從硬體裝置讀取資料；讀取應用程式資料傳送給裝置檔案和回送應用程式請求的資料；檢測和處理硬體裝置出現的錯誤。
Linux作業系統的裝置有字元裝置、塊裝置和網絡裝置等。字元裝置是以單個位元組為機關進行順序讀寫操作，通常不使用緩存技術，例如滑鼠、鍵盤等。塊裝置的讀寫都使用緩存技術來支援，并且必須能夠進行随機存取，主要是針對磁盤等慢速裝置設計的。網絡裝置主要基于BSD的Socket機制，為發送資料和接收資料提供緩存技術，提供對多協定的支援，例如以太網卡等。
3 Linux 觸摸屏驅動程式實作在Linux系統中，裝置驅動程式是一組相關函數的集合。它包括裝置服務子程式和中斷處理程式。裝置服務子程式包含了所有與裝置相關的代碼，每個設 備服務子程式隻處理一種裝置或者緊密相關的裝置，從裝置無關的軟體中接受抽象的指令并執行。當執行一條請求時，具體操作是根據控制器對驅動程式提供的接 口，并利用中斷機制去調用中斷服務子程式配合裝置完成這個請求。裝置驅動程式利用結構file_operations與檔案系統聯系起來，裝置的各種操作 的入口函數放在結構file_operations中，其中包括open()、release()、read()和write()等接口，簡化了驅動程式 的編寫工作。這樣，應用程式根本不必考慮操作的是裝置還是普通檔案，可一律看作檔案處理，具有非常清晰統一的I/O接口。觸摸屏的 file_operations結構定義如下：
static struct file_operations s3c2410_ts_fops = {
owner: THIS_MODULE,
read: s3c2410_ts_read,
poll: s3c2410_ts_poll,
ioctl: s3c2410_ts_ioctl,
open: s3c2410_ts_open,
release: s3c2410_ts_release,
fasync: s3c2410_ts_fasync,};
在觸摸屏裝置驅動程式的開發中，全局變量struct s3c2410_ts_device global_ts是很重要的，用來儲存觸摸屏的相關參數、等待處理的消息隊列、目前采樣資料、上一次采樣資料等資訊，資料結構struct s3c2410_ts_device的定義如下：
struct s3c2410_ts_device { //管理觸摸屏類
struct s3c2410_ts_general d; //觸摸屏設定參數
struct s3c2410_ts_calibration cal; //校正觸摸屏參數
struct s3c2410_ts_event buf[MOUSEBUF_SIZE]; //等待處理緩沖隊列
struct s3c2410_ts_event cur_data, samples[3],last_data; };
//目前采樣資料，采樣原始資料，上次采樣資料
在了解上面概念之後，編寫觸摸屏驅動的實際工作并不複雜，需要做如下工作：
3．1子產品初始化函數
是調用s3c2410_touchscreen_moudle_init（）來實作的，主要完成觸摸屏裝置的核心子產品加載、初始化、中斷注冊、裝置注冊等工作，主要涉及到的過程如下：
ADCTSC=(0<<8)|(1<<7)|(1<<6)|(0<<5)|(1<<4)|(0<<3)|(0<<2)|(3);
//觸摸屏ADCTSC的設定
ADCDLY=ADC_DELAY_TIME; //觸摸屏開始和間隔延時
ADCCON = (1<<14)|( PreScale_n<<6)|(7<<3)|(0<<2)|(0<<1)|(0);
//觸摸屏控制器設定
request_irq(IRQ_ADC_DONE,ts_down_interrupt,SA_INTERRUPT,g_ts_id,ts_down_interrupt); //申請IRQ_ADC_DONE中斷
request_irq(IRQ_TC,ts_up_interrupt,SA_INTERRUPT,g_ts_id,ts_up_interrupt);
//申請IRQ_TC中斷
devfs_register_chrdev(0,S3C2410_TS_MODULE_NAME,&s3c2410_ts_fops);
//注冊file_operations結構
request_irq(IRQ_TIMER1,touch_timer_irq,SA_INTERRUPT,g_ts_timer_id,NULL); //申請IRQ_TIMER1中斷
touch_timer_irq(int irq, void *dev_id, struct pt_regs *regs)
//根據狀态調用觸摸中斷，控制資料采樣
初始化子產品利用核心提供的request_irq函數，将觸摸筆的按下與彈起的中斷号進行登記，進而将中斷号與中斷服務函數聯系起來；利用devfs_register_chrdev函數，向系統注冊一個字元型裝置；最後注冊定時器中斷，用來控制觸摸屏的資料采樣。
3．2 設定觸摸筆的狀态及對應的處理
觸摸屏的中斷服務函數ts_down_interrupt和ts_up_interrupt是根據ADCDAT1和ADCDAT0的設定來選擇觸摸筆的狀态，之後調用觸摸屏坐标的資料采樣處理函數s3c2410_ts_handler()進行處理。部分代碼如下：
static void ts_down_interrupt(int irq, void *dev_id, struct pt_regs *regs)
{
if ( (ADCDAT1&0x8000)|| (ADCDAT0&0x8000) ) {
pen_data.state = PEN_UP;
}
else {
pen_data.state = PEN_DOWN;
}
s3c2410_ts_handler();}
3．3 獲得采樣值
觸摸筆具有三種工作狀态：PEN_UP，PEN_DOWN，PEN_SAMPLE。在采樣處理函數中，依據觸摸筆的狀态，調用 ts_timer_operation（）來啟動或停止采樣定時器，然後調用s3c2410_ts_handler()根據不同的狀态進行不同的設定和處 理，之後得到不同的采樣值。
3．4 對得到的觸摸屏的資料進行處理
是調用data_processing()函數來實作的。根據采用下面介紹的中值濾波法來對采樣資料進行處理。針對坐标點采樣過程中産生的噪聲，一 般是采用平均法來去除噪聲，但是這種方法對于采樣數較少，并且個别噪聲采樣點比較大的時候，取平均值會使最後的結果誤差較大，達不到資料處理的要求。故本 文采用中值濾波法濾除幹擾噪聲，進一步地提高采樣精度。
中值濾波法的原理如下：首先取奇數個觸摸采樣資料；之後根據采樣資料的大小按照從小到大的順序進行排列；最後取中間位置的值。此種方法一般在采樣點不多，個别采樣資料誤差又較大的情況下，可以有效地減少誤差。具體的過程見圖2。
3．5觸摸屏的校準
在實際的應用中，通常觸摸屏是作為與顯示屏配合使用的輸入裝置，需要從觸摸屏采樣得到的坐标與螢幕的顯示坐标做一個映射。觸摸屏和顯示屏都是标準的矩形，見3所示。觸摸屏的X方向坐标隻與顯示屏的X方向有關，Y方向隻與顯示屏的Y方向相關。
假設顯示屏的分辨率是W×H，顯示區域的左上角對應的觸摸屏采樣坐标是（x1，y1）,右下角對應的坐标是（x2，y2），那麼觸摸屏上的任意一點采用坐标（x,y）與顯示屏坐标（xd,yd）的對應關系可按照如下公式計算：
根據上述的公式計算出實際觸摸屏對應的顯示坐标，之後就是一個觸摸屏的校準過程，本文采用三點校準的方法，與兩點校準相比，三點校準的模型考慮到變相和旋轉，更接近實際情況。首先選取3個相距較遠的3個作為校準輸入的采樣點，它們相應的觸摸屏采樣坐标是P0（x0，y0）、P1（x1，y1）、P2（x2，y2），顯示坐标是PD0（xD0,yD0）、PD1（xD1,yD1）、PD2（xD2,yD2）。直角坐标平面的兩個點P和PD，定義P為觸摸屏空間的坐标點， PD為顯示屏空間的坐标點，P可以經過旋轉、比例和平移得到PD坐标。化簡得：
通過上式可以說明PD和P點之間存在一次線性關系滿足：xD=Ax+By+C yD=Dx+Ey+F
對于同一個裝置，其中的A、B、C、D、E、F為常數，稱為校準常數，故隻需在觸摸屏校準時，解出這6個常數，就可以實作觸摸屏空間到顯示空間的轉換。
3．6 中斷的釋放和注冊子產品的解除安裝
是調用s3c2410_ts_cleanup_module()來實作的，分别釋放在初始化過程中，申請的IRQ_TIMER1、IRQ_ADC_DONE、IRQ_TC的中斷和字元裝置的接口函數devfs_register_chrdev（），具體如下：
free_irq(IRQ_TIMER1,g_ts_id);
free_irq(IRQ_ADC_DONE,g_ts_id);
free_irq(IRQ_TC,g_ts_timer_id);
devfs_unregister_chrdev(gMajor, H3600_TS_MODULE_NAME); //解除安裝字元裝置
4 結束語本文作者創新點: 結合實際的硬體平台，詳細地介紹基于嵌入式Linux作業系統下觸摸屏驅動程式的開發過程，改進了處理采樣資料的方法，最後改進了常用的校準方法。使該觸 摸屏驅動更能滿足實際的要求，該觸摸屏驅動程式已用于實際的嵌入式産品中，運作穩定可靠，具有很好的發展前景和社會經濟效益。