基于 mini2440 电阻式触摸屏（四）：mini2440触摸屏驱动分析

参考：http://blog.chinaunix.net/uid-22174347-id-1786941.html

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开发环境

编译系统 ：fedora9

编译器 ：arm-linux-4.4.3

主控芯片 ：S3C2440

开发板 ：mini2440

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一、电阻式触摸屏工作原理 
二、 S3C2440 电阻式触摸屏接口、内部ADC结构
三、Linux输入子系统(InputSubsystem)
四、mini2440触摸屏驱动分析

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（这部分转自：http://blog.chinaunix.net/uid-22174347-id-1786941.html 文章写得很好）

四、mini2440触摸屏驱动分析

1、硬件原理图分析

  S3c2440芯片内部触摸屏接口与ADC接口是集成在一起的，硬件结构原理图请看：S3C2440上ADC驱动实例开发讲解中的图，其中通道7(XP或AIN7)作为触摸屏接口的X坐标输入，通道5(YP或AIN5)作为触摸屏接口的Y坐标输入。在"S3C2440上ADC驱动实例开发讲解"中，AD转换的模拟信号是由开发板上的一个电位器产生并通过通道1(AIN0)输入的，而这里的模拟信号则是由点触触摸屏所产生的X坐标和Y坐标两个模拟信号，并分别通过通道7和通道5输入。S3c2440提供的触摸屏接口有4种处理模式，分别是：正常转换模式、单独的X/Y位置转换模式、自动X/Y位置转换模式和等待中断模式，对于在每种模式下工作的要求，请详细查看数据手册的描述。本驱动实例将采用自动X/Y位置转换模式和等待中断模式。

注意：在每步中，为了让代码逻辑更加有条理和容易理解，就没有考虑代码的顺序，比如函数要先定义后调用。如果要编译此代码，请严格按照C语言的规范来调整代码的顺序。

2、建立触摸屏驱动程序my2440_ts.c，首先实现加载和卸载部分，在驱动加载部分，我们主要做的事情是：启用ADC所需要的时钟、映射IO口、初始化寄存器、申请中断、初始化输入设备、将输入设备注册到输入子系统。代码如下：

#include <linux/module.h>
#include <linux/kernel.h>
#include <linux/clk.h>
#include <linux/init.h>
#include <linux/input.h>
#include <linux/serio.h>
#include <plat/regs-adc.h>
#include <asm/irq.h>
#include <asm/io.h>

/*用于保存从平台时钟列表中获取的ADC时钟*/
static struct clk *adc_clk;

/*定义了一个用来保存经过虚拟映射后的内存地址*/
static void __iomem *adc_base;

/*定义一个输入设备来表示我们的触摸屏设备*/
static struct input_dev *ts_dev;

/*设备名称*/
#define DEVICE_NAME    "my2440_TouchScreen"

/*定义一个WAIT4INT宏，该宏将对ADC触摸屏控制寄存器进行操作
S3C2410_ADCTSC_YM_SEN这些宏都定义在regs-adc.h中*/
#define WAIT4INT(x)    (((x)<<8) | S3C2410_ADCTSC_YM_SEN | S3C2410_ADCTSC_YP_SEN | \
                    S3C2410_ADCTSC_XP_SEN | S3C2410_ADCTSC_XY_PST(3))

static int __init ts_init(void)
{
    int ret;

    /*从平台时钟队列中获取ADC的时钟，这里为什么要取得这个时钟，因为ADC的转换频率跟时钟有关。
    系统的一些时钟定义在arch/arm/plat-s3c24xx/s3c2410-clock.c中*/
    adc_clk = clk_get(NULL, "adc");
    if(!adc_clk)
    {
        /*错误处理*/
        printk(KERN_ERR "falied to find adc clock source\n");
        return -ENOENT;
    }

    /*时钟获取后要使能后才可以使用，clk_enable定义在arch/arm/plat-s3c/clock.c中*/
    clk_enable(adc_clk);

    /*将ADC的IO端口占用的这段IO空间映射到内存的虚拟地址，ioremap定义在io.h中。
     注意：IO空间要映射后才能使用，以后对虚拟地址的操作就是对IO空间的操作,
     S3C2410_PA_ADC是ADC控制器的基地址，定义在mach-s3c2410/include/mach/map.h中，0x20是虚拟地址长度大小*/
    adc_base = ioremap(S3C2410_PA_ADC, 0x20);
    if(adc_base == NULL)
    {
        /*错误处理*/
        printk(KERN_ERR "failed to remap register block\n");
        ret = -EINVAL;
        goto err_noclk;
    }

    /*初始化ADC控制寄存器和ADC触摸屏控制寄存器*/
    adc_initialize();

    /*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*/
    ret = request_irq(IRQ_ADC, adc_irq, IRQF_SHARED | IRQF_SAMPLE_RANDOM, DEVICE_NAME, 1);
    if(ret)
    {
        printk(KERN_ERR "IRQ%d error %d\n", IRQ_ADC, ret);
        ret = -EINVAL;
        goto err_nomap;
    }

    /*申请触摸屏中断，对触摸屏按下或提笔时触发*/
    ret = request_irq(IRQ_TC, tc_irq, IRQF_SAMPLE_RANDOM, DEVICE_NAME, 1);
    if(ret)
    {
        printk(KERN_ERR "IRQ%d error %d\n", IRQ_TC, ret);
        ret = -EINVAL;
        goto err_noirq;
    }

    /*给输入设备申请空间，input_allocate_device定义在input.h中*/
    ts_dev = input_allocate_device();

    /*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*/
    ts_dev->evbit[0] = BIT(EV_SYN) | BIT(EV_KEY) | BIT(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*/
    ts_dev->keybit[BITS_TO_LONGS(BTN_TOUCH)] = BIT(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(ts_dev, ABS_X, 0, 0x3FF, 0, 0);
    input_set_abs_params(ts_dev, ABS_Y, 0, 0x3FF, 0, 0);
    input_set_abs_params(ts_dev, ABS_PRESSURE, 0, 1, 0, 0);

    /*以下是设置触摸屏输入设备的身份信息，直接在这里写死。
    这些信息可以在驱动挂载后在/proc/bus/input/devices中查看到*/
    ts_dev->name          = DEVICE_NAME;   /*设备名称*/
    ts_dev->id.bustype    = BUS_RS232;     /*总线类型*/
    ts_dev->id.vendor     = 0xDEAD;        /*经销商ID号*/
    ts_dev->id.product    = 0xBEEF;        /*产品ID号*/
    ts_dev->id.version    = 0x0101;        /*版本ID号*/

    /*好了，一些都准备就绪，现在就把ts_dev触摸屏设备注册到输入子系统中*/
    input_register_device(ts_dev);

    return 0;

/*下面是错误跳转处理*/
err_noclk:
    clk_disable(adc_clk);
    clk_put(adc_clk);

err_nomap:
    iounmap(adc_base);

err_noirq:
    free_irq(IRQ_ADC, 1);

    return ret;
}

/*初始化ADC控制寄存器和ADC触摸屏控制寄存器*/
static void adc_initialize(void)
{
    /*计算结果为(二进制)：111111111000000，再根据数据手册得知
    此处是将AD转换预定标器值设为255、AD转换预定标器使能有效*/
    writel(S3C2410_ADCCON_PRSCEN | S3C2410_ADCCON_PRSCVL(0xFF), adc_base + S3C2410_ADCCON);

    /*对ADC开始延时寄存器进行设置，延时值为0xffff*/
    writel(0xffff, adc_base + S3C2410_ADCDLY);

    /*WAIT4INT宏计算结果为(二进制)：11010011，再根据数据手册得知
    此处是将ADC触摸屏控制寄存器设置成等待中断模式*/
    writel(WAIT4INT(0), adc_base + S3C2410_ADCTSC);
}

static void __exit ts_exit(void)
{
    /*屏蔽和释放中断*/
    disable_irq(IRQ_ADC);
    disable_irq(IRQ_TC);
    free_irq(IRQ_ADC, 1);
    free_irq(IRQ_TC, 1);

    /*释放虚拟地址映射空间*/
    iounmap(adc_base);

    /*屏蔽和销毁时钟*/
    if(adc_clk)
    {
        clk_disable(adc_clk);
        clk_put(adc_clk);
        adc_clk = NULL;
    }

    /*将触摸屏设备从输入子系统中注销*/
    input_unregister_device(ts_dev);
}

module_init(ts_init);
module_exit(ts_exit);

MODULE_LICENSE("GPL");
MODULE_AUTHOR("s3c2440 tp");
MODULE_DESCRIPTION("My2440 Touch Screen Driver");

2、接下来要做的是，在两个中断服务程序中实现触摸屏状态和坐标的转换。先看代码，如下：

/*定义一个外部的信号量ADC_LOCK，因为ADC_LOCK在ADC驱动程序中已申明
这样就能保证ADC资源在ADC驱动和触摸屏驱动中进行互斥访问*/
extern struct semaphore ADC_LOCK;

/*做为一个标签，只有对触摸屏操作后才对X和Y坐标进行转换*/
static int OwnADC = 0;

/*用于记录转换后的X坐标值和Y坐标值*/
static long xp;
static long yp;

/*用于计数对触摸屏压下或抬起时模拟输入转换的次数*/
static int count;

/*定义一个AUTOPST宏，将ADC触摸屏控制寄存器设置成自动转换模式*/
#define AUTOPST    (S3C2410_ADCTSC_YM_SEN | S3C2410_ADCTSC_YP_SEN | S3C2410_ADCTSC_XP_SEN | \
                S3C2410_ADCTSC_AUTO_PST | S3C2410_ADCTSC_XY_PST(0))


/*触摸屏中断服务程序，对触摸屏按下或提笔时触发执行*/
static irqreturn_t tc_irq(int irq, void *dev_id)
{
    /*用于记录这一次AD转换后的值*/
    unsigned long data0;
    unsigned long data1;

    /*用于记录触摸屏操作状态是按下还是抬起*/
    int updown;

    /*ADC资源可以获取，即上锁*/
    if (down_trylock(&ADC_LOCK) == 0)
    {
        /*标识对触摸屏进行了操作*/
        OwnADC = 1;

        /*读取这一次AD转换后的值，注意这次主要读的是状态*/
        data0 = readl(adc_base + S3C2410_ADCDAT0);
        data1 = readl(adc_base + S3C2410_ADCDAT1);

        /*记录这一次对触摸屏是压下还是抬起，该状态保存在数据寄存器的第15位，所以与上S3C2410_ADCDAT0_UPDOWN*/
        updown = (!(data0 & S3C2410_ADCDAT0_UPDOWN)) && (!(data1 & S3C2410_ADCDAT0_UPDOWN));

        /*判断触摸屏的操作状态*/
        if (updown)
        {
            /*如果是按下状态，则调用touch_timer_fire函数来启动ADC转换，该函数定义后面再讲*/
            touch_timer_fire(0);
        }
        else
        {
            /*如果是抬起状态，就结束了这一次的操作，所以就释放ADC资源的占有*/
            OwnADC = 0;
            up(&ADC_LOCK);
        }
    }

    return IRQ_HANDLED;
}

static void touch_timer_fire(unsigned long data)
{
    /*用于记录这一次AD转换后的值*/
      unsigned long data0;
      unsigned long data1;

    /*用于记录触摸屏操作状态是按下还是抬起*/
    int updown;

    /*读取这一次AD转换后的值，注意这次主要读的是状态*/
      data0 = readl(adc_base + S3C2410_ADCDAT0);
    data1 = readl(adc_base + S3C2410_ADCDAT1);

    /*记录这一次对触摸屏是压下还是抬起，该状态保存在数据寄存器的第15位，所以与上S3C2410_ADCDAT0_UPDOWN*/
     updown = (!(data0 & S3C2410_ADCDAT0_UPDOWN)) && (!(data1 & S3C2410_ADCDAT0_UPDOWN));

    /*判断触摸屏的操作状态*/
     if (updown)
    {
        /*如果状态是按下，并且ADC已经转换了就报告事件和数据*/
         if (count != 0)
        {
            long tmp;

            tmp = xp;
            xp = yp;
            yp = tmp;

            xp >>= 2;
            yp >>= 2;

#ifdef CONFIG_TOUCHSCREEN_MY2440_DEBUG
            /*触摸屏调试信息，编译内核时选上此项后，点击触摸屏会在终端上打印出坐标信息*/
            struct timeval tv;
            do_gettimeofday(&tv);
            printk(KERN_DEBUG "T: %06d, X: %03ld, Y: %03ld\n", (int)tv.tv_usec, xp, yp);
#endif

            /*报告X、Y的绝对坐标值*/
             input_report_abs(ts_dev, ABS_X, xp);
             input_report_abs(ts_dev, ABS_Y, yp);

            /*报告触摸屏的状态，1表明触摸屏被按下*/
            input_report_abs(ts_dev, ABS_PRESSURE, 1);

            /*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(ts_dev, BTN_TOUCH, 1);

            /*等待接收方受到数据后回复确认，用于同步*/
             input_sync(ts_dev);
         }

        /*如果状态是按下，并且ADC还没有开始转换就启动ADC进行转换*/
         xp = 0;
         yp = 0;
         count = 0;

        /*设置触摸屏的模式为自动转换模式*/
         writel(S3C2410_ADCTSC_PULL_UP_DISABLE | AUTOPST, adc_base + S3C2410_ADCTSC);

        /*启动ADC转换*/
         writel(readl(adc_base + S3C2410_ADCCON) | S3C2410_ADCCON_ENABLE_START, adc_base + S3C2410_ADCCON);
     }
    else
    {
        /*否则是抬起状态*/
         count = 0;

        /*报告按键事件，键值为0(代表触摸屏对应的按键被释放)*/
         input_report_key(ts_dev, BTN_TOUCH, 0);

        /*报告触摸屏的状态，0表明触摸屏没被按下*/
         input_report_abs(ts_dev, ABS_PRESSURE, 0);

        /*等待接收方受到数据后回复确认，用于同步*/
         input_sync(ts_dev);

        /*将触摸屏重新设置为等待中断状态*/
         writel(WAIT4INT(0), adc_base + S3C2410_ADCTSC);

        /*如果触摸屏抬起，就意味着这一次的操作结束，所以就释放ADC资源的占有*/
        if (OwnADC)
        {
            OwnADC = 0;
            up(&ADC_LOCK);
        }
     }
}

/*定义并初始化了一个定时器touch_timer，定时器服务程序为touch_timer_fire*/
static struct timer_list touch_timer = TIMER_INITIALIZER(touch_timer_fire, 0, 0);

/*ADC中断服务程序，AD转换完成后触发执行*/
static irqreturn_t adc_irq(int irq, void *dev_id)
{
    /*用于记录这一次AD转换后的值*/
    unsigned long data0;
    unsigned long data1;

    if(OwnADC)
    {
        /*读取这一次AD转换后的值，注意这次主要读的是坐标*/
        data0 = readl(adc_base + S3C2410_ADCDAT0);
        data1 = readl(adc_base + S3C2410_ADCDAT1);

        /*记录这一次通过AD转换后的X坐标值和Y坐标值，根据数据手册可知，X和Y坐标转换数值
        分别保存在数据寄存器0和1的第0-9位，所以这里与上S3C2410_ADCDAT0_XPDATA_MASK就是取0-9位的值*/
        xp += data0 & S3C2410_ADCDAT0_XPDATA_MASK;
        yp += data1 & S3C2410_ADCDAT1_YPDATA_MASK;

        /*计数这一次AD转换的次数*/
        count++;

        if (count < (1<<2))
        {
            /*如果转换的次数小于4，则重新启动ADC转换*/
            writel(S3C2410_ADCTSC_PULL_UP_DISABLE | AUTOPST, adc_base + S3C2410_ADCTSC);
            writel(readl(adc_base + S3C2410_ADCCON) | S3C2410_ADCCON_ENABLE_START, adc_base + S3C2410_ADCCON);
        }
        else
        {
            /*否则，启动1个时间滴答的定时器，这是就会去执行定时器服务程序上报事件和数据*/
            mod_timer(&touch_timer, jiffies + 1);
            writel(WAIT4INT(1), adc_base + S3C2410_ADCTSC);
        }
    }

    return IRQ_HANDLED;
}

3、我们从整体上描述转换这个的过程：

(1)如果触摸屏感觉到触摸，则触发触摸屏中断即进入tc_irq，获取ADC_LOCK后判断触摸屏状态为按下，则调用touch_timer_fire启动ADC转换；

(2)当ADC转换启动后，触发ADC中断即进入adc_irq，如果这一次转换的次数小于4，则重新启动ADC进行转换，如果4次完毕后，启动1个时间滴答的定时器，停止ADC转换，也就是说在这个时间滴答内，ADC转换是停止的；

(3)这里为什么要在1个时间滴答到来之前停止ADC的转换呢？这是为了防止屏幕抖动。

(4)如果1个时间滴答到来则进入定时器服务程序touch_timer_fire，判断触摸屏仍然处于按下状态则上报事件和转换的数据，并重启ADC转换，重复第(2)步；

(5)如果触摸抬起了，则上报释放事件，并将触摸屏重新设置为等待中断状态。

4、整体流程如下图所示