linux input输入子系统分析《三》：S3C2440的触摸屏驱动实例

主要讲述本人在学习Linux内核input子系统的全部过程，如有分析不当，多谢指正。以下方式均可联系，文章欢迎转载，保留联系信息，以便交流。

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1.1    本节阅读前提

本节的说明建立在前两节的基础之上，需要先阅读如下两篇章：

linux input输入子系统分析《一》：初识input输入子系统

linux input输入子系统分析《二》：s3c2440的ADC简单驱动实例分析

1.2    触摸屏工作原理

S3C2440的触摸屏接口是4线电阻式触摸屏接口，可以控制x、y方向上的引脚（XP、XM、YP、YM）的变换，S3C2440触摸屏的硬件资源包括触摸屏引脚和ADC转换接口，可以使用寄存器组中的ADCTSC寄存器来操作触摸屏引脚资源，ADCCON寄存器来控制AD转换功能，由linux input输入子系统分析《二》：s3c2440的ADC简单驱动实例分析中介绍的触摸屏接口工作模式为4种，这里我们只是用x/y方向自动转换模式和等待中断模式。自动转换模式用于转换x方向和y方向的值到ADCDAT0和ADCDAT1中，等待中断模式用于检测触摸屏的按下和抬起，一般使用上升沿和下降沿触发获得触摸屏事件。

触摸屏使用引脚的4个引脚XP、XM、YP、YM分别对应S3C2440芯片的AIN7、AIN6、AIN5、AIN4模拟输入源，其中按照linux input输入子系统分析《二》：s3c2440的ADC简单驱动实例分析中的图4和图5可以看出AIN7接XP，AIN5接YP，由此可得x和y坐标的模拟信号由AIN5和AIN7引脚通过ADC转换器产生，产生的数据保存在ADCDAT0和ADCDAT1中。

1.3    驱动程序组成结构

分析代码前，有必要了解驱动程序的组成结构。

s3c2440ts_init（）完成的功能：

使能adc的PCLK时钟源

映射操作触摸屏寄存器的地址

初始化寄存器

初始化输入设备

填充输入子系统设备结构体input_dev

申请中断IRQ_TS和IRQ_ADC

注册输入设备到输入子系统中

s3c2440ts_exit（）完成的功能：

注销使用的系统资源

stylus_updown（）完成的功能：

中断处理程序，完成对触摸屏按下和释放的判断

启动ADC转换

stylus_action（）完成的功能：

ADC转换程序

上报事件

touch_timer_fire（）完成的功能：

ADC的子功能

1.4    代码分析

代码如下：

/*
 * s3c2440 触摸屏驱动程序
 *
 * Kevin Lee <www.ielife.cn>
 */
 
#include<linux/kernel.h> /* 提供prink等内核特有属性 */
#include<linux/module.h> /* 提供模块及符号接口*/
#include<linux/init.h> /* 设置段，如_init、_exit，设置初始化优先级，如__initcall */
#include<linux/wait.h> /* 等待队列wait_queue */
#include<linux/interrupt.h> /* 中断方式，如IRQF_SHARED */
#include<linux/fs.h> /* file_operations操作接口等 */
#include<linux/clk.h> /* 时钟控制接口，如struct clk */
#include<linux/miscdevice.h> /* 杂项设备 */
#include<asm/io.h> /* 提供readl、writel */
#include<linux/irq.h> /* 提供中断相关宏 */
#include<asm/irq.h> /* 提供中断号，中断类型等，如IRQ_ADC中断号 */
#include<asm/arch/regs-adc.h> /* 提供控制器的寄存器操作，如S3C2410_ADCCON */
#include<asm/uaccess.h> /* 提供copy_to_user等存储接口 */
#include<linux/input.h> /* 内核输入子系统操作接口 */
#include<linux/slab.h> /* kzalloc内存分配函数 */
#include<linux/time.h> /* do_gettimeofday时间函数 */
#include<linux/timer.h> /* timer定时器 */
 
/* 用于代码的调试 */
#define CONFIG_S3C2440_TOUCHSCREEN__DEBUG 1
 
/* 用于处理位操作 */
#define BITS_PER_LONG           32
#define BIT_MASK(nr)         (1UL << ((nr) %BITS_PER_LONG))
#define BIT_WORD(nr)        ((nr) / BITS_PER_LONG)
 
/* 定义一个宏WAIT4INT，用于对ADCTSC触摸屏控制寄存器进行操作，
 * S3C2410_ADCTSC_YM_SEN等在内核include/asm/arch/regs-adc.h中被定义
 */
#define WAIT4INT(x)    (((x)<<8) |S3C2410_ADCTSC_YM_SEN | S3C2410_ADCTSC_YP_SEN | \
                    S3C2410_ADCTSC_XP_SEN |S3C2410_ADCTSC_XY_PST(3))
 
/* 定义一个宏AUTOPST，用于设置ADCTSC触摸屏控制寄存器为自动转换模式 */
#define AUTOPST    (S3C2410_ADCTSC_YM_SEN |S3C2410_ADCTSC_YP_SEN | S3C2410_ADCTSC_XP_SEN | \
                S3C2410_ADCTSC_AUTO_PST |S3C2410_ADCTSC_XY_PST(0))
 
/* 触摸屏数据结构体 */
struct ts_event {
       short pressure;              /* 是否按下 */
       short xp;        /*触摸屏x坐标值 */
       short yp;        /*触摸屏y坐标值 */
};
 
/* 触摸屏设备结构体 */
struct s3c2440_ts {
       struct input_dev *input;/* 输入子系统设备结构体 */
       struct timer_list timer;/* 定时器，用于ADC转换操作 */
       struct ts_event tc;  /* ADC转换的值的保存位置，也用于上报input子系统的数据 */
       int pendown;          /* 判断是否有按下 */
       int count;        /* 用于驱动去抖的计数 */
       int shift;         /* 用于驱动去抖的基数 */
};
 
/* 定义触摸屏设备结构体 */
static struct s3c2440_ts *s3c2440_ts;
 
/* 定义虚拟地址访问硬件寄存器，__iomem只是用于表示指针将指向I/O内存 */
static void __iomem *base_addr;
 
/* 定义adc时钟，通过adc_clock接口获得adc输入时钟，adc转换器需要 */
static struct clk *adc_clock;
 
/* 申明外部定义的信号量，adc.c中定义，处理IRQ_ADC共享中断引起的资源互斥 */
extern struct semaphore adc_lock;
//DECLARE_MUTEX(adc_lock);
 
/* 处理触摸屏的数据及事件上报，属于中断调用的函数，不能睡眠 */
static void touch_timer_fire(unsigned long data)
{
    /* 保存ADCDAT0及ADCDAT1的x，y坐标值 */
    unsigned long data0;
    unsigned long data1;
   
    /* 禁止中断，处理完数据再打开中断 */
    set_irq_type(IRQ_TC, IRQT_NOEDGE);
    set_irq_type(IRQ_ADC, IRQT_NOEDGE);
 
    /* 读取ADCDAT0和ADCDAT1寄存器，提取ADC转换的x，y坐标值 */
    data0 = readl(base_addr + S3C2410_ADCDAT0);
    data1 = readl(base_addr + S3C2410_ADCDAT1);
 
    /* 判断ADCDAT0和ADCDAT1中的[15]位，[15]位为等待中断模式下用于判断笔尖是否有抬起或落下，0=落下 */
    s3c2440_ts->pendown = (!(data0 &S3C2410_ADCDAT0_UPDOWN)) && (!(data1 & S3C2410_ADCDAT0_UPDOWN));
 
    /* 当触摸屏处于被按下状态，执行下面代码 */
    if (s3c2440_ts->pendown) {
           /*count不为0，说明正在转换，xp和yp往右移动shift(2)位是为了去抖
            * 需要结合stylus_action中断函数来看，当count=4时，才能认为转换结束，
            * 即最后所得的xp和yp是被计算4次的，最终上报时需要除以4，因此这里预先
            * 右移2位，相当于乘以4
            */
           if(s3c2440_ts->count != 0) {
                  s3c2440_ts->tc.xp>>= s3c2440_ts->shift;
                  s3c2440_ts->tc.yp>>= s3c2440_ts->shift;
 
/* 终端打印调试信息 */
#ifdef CONFIG_S3C2440_TOUCHSCREEN__DEBUG
            {
                   struct timeval tv;
                   do_gettimeofday(&tv);
                   printk(KERN_INFO"T: %06d, X: %03x, Y: %03x\n", (int)tv.tv_usec, s3c2440_ts->tc.xp,s3c2440_ts->tc.yp);
            }
#endif
              /*报告X、Y的绝对坐标值*/
              input_report_abs(s3c2440_ts->input,ABS_X, s3c2440_ts->tc.xp);
              input_report_abs(s3c2440_ts->input,ABS_Y, s3c2440_ts->tc.yp);
             
              /*报告触摸屏的状态，1表明触摸屏被按下*/
              input_report_abs(s3c2440_ts->input,ABS_PRESSURE, s3c2440_ts->tc.pressure);
             
              /*报告按键事件，键值为1(代表触摸屏对应的按键被按下)*/
              input_report_key(s3c2440_ts->input,BTN_TOUCH, s3c2440_ts->pendown);
             
              /*等待接收方受到数据后回复确认，用于同步*/
              input_sync(s3c2440_ts->input);
       }
 
        /* count=0执行这里面的代码，ADC还没有开始转换 */
         s3c2440_ts->tc.xp = 0;
         s3c2440_ts->tc.yp = 0;
         s3c2440_ts->count = 0;
         s3c2440_ts->tc.pressure = 0;
 
        /* 因为触摸屏是按下状态，ADC还没有转换，需要启动ADC开始转换
         * 本句代码是设置触摸屏为自动转换模式
         */
         writel(S3C2410_ADCTSC_PULL_UP_DISABLE| AUTOPST, base_addr + S3C2410_ADCTSC);
 
        /* 启动ADC转换 */
         writel(readl(base_addr +S3C2410_ADCCON) | S3C2410_ADCCON_ENABLE_START, base_addr + S3C2410_ADCCON);
     } else {
        /* 执行到这里说明按键没有被按下或按键抬起，count清0 */
        s3c2440_ts->count = 0;
 
        /* 报告按键事件，给0值说明按键抬起 */
        input_report_key(s3c2440_ts->input,BTN_TOUCH, 0);
 
        /* 报告按键事件，给0值说明按键抬起 */
        input_report_abs(s3c2440_ts->input,ABS_PRESSURE, 0);
 
        /* 用于同步事件处理层同步上报的按键和触摸事件 */
        input_sync(s3c2440_ts->input);
 
        /* 将触摸屏重新设置为等待中断状态，等待触摸屏被按下 */
        writel(WAIT4INT(0), base_addr +S3C2410_ADCTSC);
       
        /* 触摸屏抬起了，可以释放信号量了 */
        up(&adc_lock);
     }
    
     /* 使能中断触发条件，IRQT_BOTHEDGE为使能上升沿和下降沿触发 */
     set_irq_type(IRQ_TC, IRQT_BOTHEDGE);
     set_irq_type(IRQ_ADC, IRQT_BOTHEDGE);
}
 
/* 触摸屏中断服务程序，触摸屏按下或抬起时触发执行 */
static irqreturn_t stylus_updown(int irq, void *dev_id)
{
    /* 用于记录ADC转换后的值 */
    unsigned long data0;
    unsigned long data1;
 
    /* 由于是中断程序，所以不能使用down和down_interruptible，会导致睡眠 */
    if (down_trylock(&adc_lock) == 0)
    {
        /* 读取ADCDAT0和ADCDAT1，用于判断触摸屏是否被按下 */
        data0 = readl(base_addr +S3C2410_ADCDAT0);
        data1 = readl(base_addr +S3C2410_ADCDAT1);
 
        /* 判断按键是否被按下 */
        s3c2440_ts->pendown = (!(data0 &S3C2410_ADCDAT0_UPDOWN)) && (!(data1 & S3C2410_ADCDAT0_UPDOWN));
 
        /* 按键已经按下 */
        if (s3c2440_ts->pendown)
            /* 启动ADC开始转换数据 */
            touch_timer_fire(0);
    }
 
    return IRQ_RETVAL(IRQ_HANDLED);
}
 
/*ADC中断服务程序，ADC启动后被执行 */
static irqreturn_t stylus_action(int irq, void *dev_id)
{
    /* 同上函数 */
    unsigned long data0;
    unsigned long data1;
 
#ifdef CONFIG_S3C2440_TOUCHSCREEN__DEBUG
       printk(KERN_ERR "%s() No.%dline:\n\r",__FUNCTION__,__LINE__);
#endif
 
    /* 获取触摸屏的x，y坐标值 */
    data0 = readl(base_addr + S3C2410_ADCDAT0);
    data1 = readl(base_addr + S3C2410_ADCDAT1);
   
    /* 既然按键按下了，执行到此ADC转换也开始了，应该取得x，y坐标值了
     * x=ADCDAT0[9:0],y=ADCDAT1[9:0]，count++,presssure设置为1
     */
    s3c2440_ts->tc.xp += data0 &S3C2410_ADCDAT0_XPDATA_MASK;
    s3c2440_ts->tc.yp += data1 &S3C2410_ADCDAT1_YPDATA_MASK;
    s3c2440_ts->count++;
    s3c2440_ts->tc.pressure = 1;
   
    /* 如果count小于4，需要重启设置自动转换模式，并进行ADC转换，用于去抖 */
    if (s3c2440_ts->count <(1<<s3c2440_ts->shift)) {
           writel(S3C2410_ADCTSC_PULL_UP_DISABLE| AUTOPST, base_addr + S3C2410_ADCTSC);
           writel(readl(base_addr+ S3C2410_ADCCON) | S3C2410_ADCCON_ENABLE_START, base_addr + S3C2410_ADCCON);
    } else {
           /*到这里说明count=4，启动定时器去执行touch_timer_fire函数上报按键和触摸事件*/
           mod_timer(&s3c2440_ts->timer,jiffies + HZ / 100);
           /*检测触摸屏抬起的中断信号*/
           writel(WAIT4INT(1),base_addr + S3C2410_ADCTSC);
    }
 
    return IRQ_HANDLED;
}
 
/* 初始化ADC控制寄存器和ADC触摸屏控制寄存器 */
static void adc_init(void)
{
    /* S3C2410_ADCCON_PRSCEN设置ADCCON的位[14]=1为使能A/D预分频器
     * S3C2410_ADCCON_PRSCVL设置ADCCON的位[13:6]=32表示设置的分频值，
     * ADC的转换频率需要在2.5MHZ以下，我们使用的ADC输入时钟为PCLK=50MHZ，50MHZ/(49+1)=1MHZ，满足条件
     */
    writel(S3C2410_ADCCON_PRSCEN |S3C2410_ADCCON_PRSCVL(49), base_addr + S3C2410_ADCCON);
 
    /* 初始化ADC启动或延时寄存器，ADC转换启动延时值设置为0xffff */
    writel(0xffff, base_addr + S3C2410_ADCDLY);
 
    /* 初始化ADC触摸屏控制寄存器ADCTSC，
     * WAIT4INT(0)在上面定义，引脚YM、YP、XM、XP的使能位位于ADCTSC的[7:4]位，
     * 设置触摸屏的工作状态在[1:0]位，WAIT4INT(0)=11010011，
     * 1101代表笔尖按下时发生触摸屏中断信号IRQ_TS给CPU，0011表示XP上拉使能，
     * 使用正常ADC转换，转换的方式为等待中断模式
     * 原理图见linux input输入子系统分析《二》：s3c2440的ADC简单驱动实例分析
     */
    writel(WAIT4INT(0), base_addr +S3C2410_ADCTSC);
}
 
/*s3c2440触摸屏驱动模块加载程序，做了以下工作
 * 获得时钟源、设置访问触摸屏控制器的虚拟地址并初始化触摸屏控制器、初始化中断定时器、
 * 填充input_dev结构体（设备基本信息及事件信息）、注册中断、注册设备到input子系统
 */
static int __init s3c2440ts_init(void)
{
    struct input_dev *input_dev;
    int err = -ENOMEM;
   
    s3c2440_ts = kzalloc(sizeof(structs3c2440_ts), GFP_KERNEL);
    /*给输入设备申请空间，input_allocate_device定义在input.h中*/
    input_dev = input_allocate_device();
    if (!s3c2440_ts || !input_dev)
           gotofail1;
 
    /* 获得adc的时钟源，通过arch/arm/mach-s3c2410/clock.c获得提供的时钟源为PCLK */
    adc_clock = clk_get(NULL, "adc");
    if (!adc_clock)
    {
        printk(KERN_ERR "failed to get adcclock source\n");
        return -ENOENT;
    }
 
    /* 在时钟控制器中给adc提供输入时钟，ADC转换需要输入时钟 */
    clk_enable(adc_clock);
 
    /* 使用ioremap获得操作ADC控制器的虚拟地址
     * S3C2410_PA_ADC=ADCCON，是ADC控制器的基地址，寄存器组的长度=0x1c
     */
    base_addr = ioremap(S3C2410_PA_ADC, 0x1c);
    if (base_addr == NULL)
    {
        printk(KERN_ERR "Failed to remapregister block\n");
        return -ENOMEM;
        goto fail1;
    }
 
    /*初始化ADC控制寄存器和ADC触摸屏控制寄存器*/
    adc_init();
   
    /* 初始化定时器 */
    init_timer(&s3c2440_ts->timer);
    s3c2440_ts->timer.data = 1;
    s3c2440_ts->timer.function =touch_timer_fire;
      
    /* 设置触摸屏输入设备的标志，注册输入设备成功进入根文件系统，可以cat /proc/bus/input/devices查看其内容*/
    input_dev->name          = "s3c2410Touchscreen";  /* 设备名称 */
    input_dev->phys         ="s3c2440ts/input0"; /*  */
    input_dev->id.bustype    = BUS_HOST;                    /*总线类型 */   
    input_dev->id.vendor     = 0x1;                /*经销商ID */
    input_dev->id.product    = 0x2;                /*产品ID */
    input_dev->id.version    = 0x0100;                   /*版本ID */
   
    s3c2440_ts->shift = 2;
   
    /*下面初始化输入设备，即给输入设备结构体input_dev的成员设置值。
    evbit字段用于描述支持的事件，这里支持同步事件、按键事件、绝对坐标事件，
    BIT宏实际就是对1进行位操作，定义在linux/bitops.h中*/
    input_dev->evbit[0] = BIT_MASK(EV_SYN) |BIT_MASK(EV_KEY) | BIT_MASK(EV_ABS);
   
    /*keybit字段用于描述按键的类型，在input.h中定义了很多，这里用BTN_TOUCH类型来表示触摸屏的点击*/
    input_dev->keybit[BIT_WORD(BTN_TOUCH)] =BIT_MASK(BTN_TOUCH);
 
    /*对于触摸屏来说，使用的是绝对坐标系统。这里设置该坐标系统中X和Y坐标的最小值和最大值(0-1023范围)
    ABS_X和ABS_Y就表示X坐标和Y坐标，ABS_PRESSURE就表示触摸屏是按下还是抬起状态*/
    input_set_abs_params(input_dev, ABS_X, 0,0x3FF, 0, 0);
    input_set_abs_params(input_dev, ABS_Y, 0,0x3FF, 0, 0);
    input_set_abs_params(input_dev,ABS_PRESSURE, 0, 1, 0, 0);
 
    /* 申请ADC中断，AD转换完成后触发。这里使用共享中断IRQF_SHARED是因为该中断号在ADC驱动中也使用了，
    最后一个参数1是随便给的一个值，因为如果不给值设为NULL的话，中断就申请不成功*/
    if(request_irq(IRQ_ADC, stylus_action,IRQF_SHARED | IRQF_SAMPLE_RANDOM, input_dev->name, s3c2440_ts))
    {
        printk(KERN_ERR "s3c2440_ts.c:Could not allocate ts IRQ_ADC !\n");
       err = -EBUSY;
       goto fail2;
    }
 
    /*申请触摸屏中断，对触摸屏按下或提笔时触发*/
    if(request_irq(IRQ_TC, stylus_updown,IRQF_SAMPLE_RANDOM, input_dev->name, s3c2440_ts))
    {
        printk(KERN_ERR "s3c2440_ts.c:Could not allocate ts IRQ_TC !\n");
       err = -EBUSY;
       goto fail2;
    }
 
    /* 初始化完毕，注册输入子系统 */
    s3c2440_ts->input = input_dev;
    err =input_register_device(s3c2440_ts->input);
    if(err)
           gotofail3;
   
    /* 设置中断触发条件，IRQT_BOTHEDGE为使能上升沿和下降沿触发 */
    set_irq_type(IRQ_TC, IRQT_BOTHEDGE);
    set_irq_type(IRQ_ADC, IRQT_BOTHEDGE);
   
    return 0;
 
fail3:
       free_irq(IRQ_TC, (void *)s3c2440_ts);
       free_irq(IRQ_ADC, (void *)s3c2440_ts);
fail2:
       iounmap(base_addr);
fail1:
       input_free_device(input_dev);
       kfree(s3c2440_ts);
 
    return err;
}
 
static void __exit s3c2440ts_exit(void)
{
    /* 屏蔽并释放中断 */
    disable_irq(IRQ_TC);
    disable_irq(IRQ_ADC);
    free_irq(IRQ_TC, (void *)s3c2440_ts);
    free_irq(IRQ_ADC, (void *)s3c2440_ts);
   
    /* 注销定时器 */
    del_timer_sync(&s3c2440_ts->timer);
 
    /* 屏蔽和禁止adc时钟 */
    if(adc_clock)
    {
        clk_disable(adc_clock);
        clk_put(adc_clock);
        adc_clock = NULL;
    }
 
    /* 注销触摸屏输入子系统 */
   input_unregister_device(s3c2440_ts->input);
   
    /* 释放虚拟地址 */
    iounmap(base_addr);
   
    /* 释放触摸屏设备结构体 */
    kfree(s3c2440_ts);
}
 
module_init(s3c2440ts_init);
module_exit(s3c2440ts_exit);
 
MODULE_AUTHOR("KevinLee <www.ielife.cn>");
MODULE_DESCRIPTION("S3c2440TouchScreen Device Driver");
MODULE_VERSION("S3C2440TOUCHSCREEN 1.0");
MODULE_LICENSE("GPL");

1.5    添加Makefile及编译模块

Mkaefile脚本如下：

MODULENAME:= s3c2440_ts.o
 
ifneq($(KERNELRELEASE),)
#call from kernel build system
obj-m      := $(MODULENAME)
 
else
#KERNELDIR?= /lib/modules/$(shell uname -r)/build
KERNELDIR?= /work/system/linux-2.6.22.6
PWD       := $(shell pwd)
default:
       $(MAKE) -C $(KERNELDIR) M=$(PWD) modules
endif
 
clean:
       rm -rf *.o *~ core .depend .*.cmd *.ko*.mod.c .tmp_versions module* Module* $(APPNAME)
 
depend.depend dep:
       $(CC) $(CFLAGS) -M *.c > .depend
 
ifeq(.depend,$(wildcard .depend))
include.depend
endif

直接执行make，获得s3c2440_ts.ko文件，insmod进入内核，点击触摸屏可以看到驱动中打印的信息。

insmod驱动模块s3c2440_ts.ko之后，还可以通过cat /proc/bus/input/devices来查看输入设备在输入子系统中的信息：

I:Bus=0019 Vendor=0001 Product=0002 Version=0100

N:Name="s3c2410 Touchscreen"

P:Phys=s3c2440ts/input0

S:Sysfs=/class/input/input0

U:Uniq=

H:Handlers=mouse0 event0 evbug

B:EV=b

B:KEY=400 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0

B:ABS=1000003