linux-2.6.32在mini2440开发板上移植（10）之触摸屏工作原理以及驱动程序详细分析

转载：http://blog.csdn.net/lingran07/article/details/9053997

编者：这部分还是比较长的，因此没有放在上个移植里面。这里主要说触摸屏的工作原理，以及对上述驱动程序代码的简单分析。分析中参考了网上的很多资料。感谢原作者的无私奉献，因为涉及多篇，在此就没有注出原作的链接。

 

本文分为三个部分，第一部分讲叙硬件知识，包括触摸屏的原理以及SCC2440 SOC 上的触摸屏是如何工作的。第二部分分析输入设备子系统的框架，并进行相应的代码分析。第三部分利用上述的原理来分析mini2440 的触摸屏驱动

1.1、电阻式触摸屏工作原理原理

       触摸屏附着在显示器的表面，与显示器相配合使用，如果能测量出触摸点在屏幕上的坐标位置，则可根据显示屏上对应坐标点的显示内容或图符获知触摸者的意图。触摸屏按其技术原理可分为五类：矢量压力传感式、电阻式、电容式、红外线式、表面声波式，其中电阻式触摸屏在嵌入式系统中用的较多。电阻触摸屏是一块4 层的透明的复合薄膜屏，最下面是玻璃或有机玻璃构成的基层，最上面是一层外表面经过硬化处理从而光滑防刮的塑料层，中间是两层金属导电层，分别在基层之上和塑料层内表面，两导电层之间有许多细小的透明隔离点把它们隔开。当手指触摸屏幕时，两导电层在触摸点处接触。触摸屏的两个金属导电层是触摸屏的两个工作面，在每个工作面的两端各涂有一条银胶，称为该工作面的一对电极，若在一个工作面的电极对上施加电压，则在该工作面上就会形成均匀连续的平行电压分布。当在X 方向的电极对上施加一确定的电压，而Y 方向电极对上不加电压时，在X 平行电压场
中，触点处的电压值可以在Y+(或Y-)电极上反映出来，通过测量Y+电极对地的电压大小，便可得知触点的X 坐标值。同理，当在Y 电极对上加电压，而X 电极对上不加电压时，通过测量X+电极的电压，便可得知触点的Y 坐标。电阻式触摸屏有四线和五线两种。四线式触摸屏的X 工作面和Y 工作面分别加在两个导电层上，共有四根引出线，分别连到触摸屏的X 电极对和Y 电极对上。五线式触摸屏把X 工作面和Y 工作面都加在玻璃基层的导电涂层上，但工作时，仍是分时加电压的，即让两个方向的电压场分时工作在同一工作面上，而外导电层则仅仅用来充当导体和电压测量电极。因此，五线式触摸屏的引出线需为5 根。

1.2、 在S3C2440 中的触摸屏接口
     SOC S3C2440 的触摸屏接口是与ADC 接口结合在一起的。转换速率：当PCLK=50MHz 时，分频设为49，则10 位的转换计算如下：
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.
触摸屏接口的模式有以下几种：
普通ADC 转换模式
独立X/Y 位置转换模式
自动X/Y 位置转换模式

等待中断模式
我们主要接受触摸屏接口的等待中断模式和自动X/Y 位置转换模式（驱动程序中会用到）：
自动转换模式操作流程如下：触摸屏控制器自动转换X,Y 的触摸位置，当转换完毕后将数据分别存放在
寄存器ADCDAT0 和ADCDAT1.并产生INT_ADC 中断通知转换完毕。
等待中断模式：
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.
当触摸后，触摸屏控制器产生INT_TC 中断，四个引脚设置应该为：
引脚 XP XM YP YM
状态 PULL UP/XP Disable Disable (初始值即是) Disable Enable
设置 1 0 1 1
当中断产生后，X/Y 的位置数据可以选择独立X/Y 位置转换模式，和自动X/Y 位置转换模式进行读取，
采用自动X/Y 位置转换模式进行读取需要对我们已经设置的TSC 寄存器进行更改，在原有的基础上或上
S3C2410_ADCTSC_PULL_UP_DISABLE | S3C2410_ADCTSC_AUTO_PST |
S3C2410_ADCTSC_XY_PST(0)。
数据转换完毕后，也会产生中断。

3. 输入子系统模型分析
3.1 整体框架：
输入子系统包括三个部分设备驱动、输入核心、事件处理器。
第一部分是连接在各个总线上的输入设备驱动，在我们的SOC 上，这个总线可以使虚拟总线platformbus，他们的作用是将底层的硬件输入转化为统一事件型式，向输入核心（Input core）汇报.

第二部分输入核心的作用如下：
（1） 调用input_register_device() used to 添加设备，调用input_unregister_device() 除去设备。（下面会结合触摸屏驱动讲述）
（2） 在/PROC 下产生相应的设备信息，下面这个例子即是：
/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） 通知事件处理器对事件进行处理
第三部分是事件处理器：
         输入子系统包括了您所需要的大所属处理器，如鼠标、键盘、joystick，触摸屏，也有一个通用的处理器被叫做event handler（对于内核文件evdev.C）.需要注意的是随着内核版本的发展，event handler 将用来处理更多的不同硬件的输入事件。在Linux2.6.29 版本中，剩下的特定设备事件处理就只有鼠标和joystick。这就意味着越来越多的输入设备将通过event handler 来和用户空间打交道。事件处理层的主要作用就是和用户空间打交道，我们知道Linux 在用户空间将所有设备当成文件来处理，在一般的驱动程序中都有提供fops 接口，以及在/dev 下生成相应的设备文件nod，而在输入子系统的驱动中，这些动作都是在事件处理器层完成的，我们看看evdev.C 相关代码吧。
static int __init evdev_init(void)
{
return input_register_handler(&evdev_handler);
}
这是该模块的注册程序，将在系统初始化时被调用。初始化得过程很简单，就一句话，不过所有的秘密都被保藏在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 函数中如下的代码：
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);
注意黑色的部分这将会在/sys/device/viture/input/input0/event0 这个目录就是在这里生成的，在event下会有一个dev 的属性文件，存放着设备文件的设备号，，这样 udev 就能读取该属性文件获得设备号，从而在/dev 目录下创建设备节点/dev/event0

再看evdev_fops 成员：
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
 };
看过LDD3 的人都知道，这是设备提供给用户空间的接口，用来提供对设备的操作，其中evdev_ioctl提供了很多命令，相关的命令使用参照《Using the Input Subsystem, Part II》

3、驱动源码分析。

  我在网上找了一篇关于这个驱动代码的详细分析的文章，贴出来给大家看下。

//短短两百余行程序颇具玄机，在光标抬起后的处理中尤其值得推敲。

#include <linux/errno.h>
#include <linux/kernel.h>
#include <linux/module.h>
#include <linux/slab.h>
#include <linux/input.h>
#include <linux/init.h>
#include <linux/serio.h>
#include <linux/delay.h>
#include <linux/platform_device.h>
#include <linux/clk.h>
#include <asm/io.h>
#include <asm/irq.h>

#include <plat/regs-adc.h>
#include <mach/regs-gpio.h>

/* For ts.dev.id.version */
#define S3C2410TSVERSION 0x0101
//x为0时为等待按下中断，x为1是为等待抬起中断
#define WAIT4INT(x)  (((x)<<8) | \
       S3C2410_ADCTSC_YM_SEN | S3C2410_ADCTSC_YP_SEN | S3C2410_ADCTSC_XP_SEN | \
       S3C2410_ADCTSC_XY_PST(3))
//自动连续测量X坐标和Y坐标
#define AUTOPST      (S3C2410_ADCTSC_YM_SEN | S3C2410_ADCTSC_YP_SEN | S3C2410_ADCTSC_XP_SEN | \
       S3C2410_ADCTSC_AUTO_PST | S3C2410_ADCTSC_XY_PST(0))
//设备名
static char *tq2440ts_name = "TQ2440 TouchScreen";

static struct input_dev *dev;//
static long xp;
static long yp;
static int count;

extern struct semaphore ADC_LOCK;//申明一信号量该信号量在其他文件中定义
//该标志在按下中断处理函数中置1，抬起处理函数中置0，在AD转换结束中断处理函数中判断，
//如果为1则读取AD转换的数字，如果为0则什么也不做。
static int OwnADC = 0;
//寄存器基地址
static void __iomem *base_addr;
//管脚配置
static inline void tq2440_ts_connect(void)
{
 s3c2410_gpio_cfgpin(S3C2410_GPG12, S3C2410_GPG12_XMON);
 s3c2410_gpio_cfgpin(S3C2410_GPG13, S3C2410_GPG13_nXPON);
 s3c2410_gpio_cfgpin(S3C2410_GPG14, S3C2410_GPG14_YMON);
 s3c2410_gpio_cfgpin(S3C2410_GPG15, S3C2410_GPG15_nYPON);
}
//定时器定时时间到处理函数，该函数在按下抬起中断处理函数中直接调用，
//在AD转换结束中断处理函数中触发定时器经延时后被调用
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为1则被按下，为0 则为抬起
  updown = (!(data0 & S3C2410_ADCDAT0_UPDOWN)) && (!(data1 & S3C2410_ADCDAT0_UPDOWN));

  if (updown) {//按下中断执行以下语句
   if (count != 0)
   {
   long tmp;
                                                                                                
   tmp = xp;
   xp = yp;
   yp = tmp;
                                                                                                
   xp >>= 2;//四次AD转换求平均值
   yp >>= 2;

    input_report_abs(dev, ABS_X, xp);
    input_report_abs(dev, ABS_Y, yp);//将x，y的值发向用户空间

    input_report_key(dev, BTN_TOUCH, 1);//报告光标按下事件
    input_report_abs(dev, ABS_PRESSURE, 1);
    input_sync(dev);//表示报告结束
   }
/*以下五句作为在按下中断处理函数中直接调用该函数
时的执行的语句，而以上语句为在AD转换中断处理函数中，当4次AD转换结束时，触发定时器
经延时而调用该函数时执行的语句(向用户空间报告按下的结果)。以下五句也将在报告完后被执行，
用于初始化变量，并触发第二个四次AD转换。这样的AD转换会一直执行直到光标抬起即updown为0
*/
   xp = 0;
   yp = 0;
   count = 0;
//每次按下有四次AD转换，以下为在按下中断中触发的第一次AD转换，其余三次在AD转换中断处理函数中触发
   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
  {
   /*对光标抬起的处理有两处，此处和抬起中断函数中。本函数可以触发AD转换，由本函数出发的
   AD转换将导致连续四次的AD转换。在光标按下和抬起的过程中本函数可能被很多次调用，第一次
   是在按下中断函数中调用，以后各次都是在四次AD转换完后的AD转换结束中断函数中触发定时器
   经延时后调用。所以整个时间可以分为两个时间段，一个是等待本函数被调用的时间过程，二是四
   次AD转换的时间过程。光标的抬起可能发生在这两个时间段的任意一个中。当光标抬起在前一个
   时间段时，中断抬起函数会被执行，即执行 这两句OwnADC = 0;up(&ADC_LOCK);而抬起在后
   一个时间段时中断函数不会被执行。因为只有WAIT4INT(1)时抬起中断才会被执行，而在AD转换
   过程中抬起中断不会被执行。所以抬起中断处理函数不一定会被执行，而此处肯定会被执行*/
   count = 0;

   input_report_key(dev, BTN_TOUCH, 0);//向用户空间报告光标抬起事件
   input_report_abs(dev, ABS_PRESSURE, 0);
   input_sync(dev);//报告结束

   iowrite32(WAIT4INT(0), base_addr+S3C2410_ADCTSC);//置于按下中断等待状态
  if (OwnADC)//如果抬起中断函数执行则此处不执行
  {
   OwnADC = 0;
   up(&ADC_LOCK);
  }
  }
}

static struct timer_list touch_timer =//定义一内核定时器
  TIMER_INITIALIZER(touch_timer_fire, 0, 0);//初始化定时器赋予处理函数touch_timer_fire
//光标按下抬起抬起中断处理函数
static irqreturn_t stylus_updown(int irq, void *dev_id)
{
 unsigned long data0;
 unsigned long data1;
 int updown;

 if (down_trylock(&ADC_LOCK) == 0)//获取信号量，在抬起处理函数中释放
 {
  OwnADC = 1;//该标志置1表示处于光标按下状态中，在光标抬起处理函数中清零
  data0 = ioread32(base_addr+S3C2410_ADCDAT0);
  data1 = ioread32(base_addr+S3C2410_ADCDAT1);

  updown = (!(data0 & S3C2410_ADCDAT0_UPDOWN)) && (!(data1 & S3C2410_ADCDAT0_UPDOWN));

  if (updown)
  {
   touch_timer_fire(0);//若为光标按下中断则调用该函数
  }
  else//光标抬起时执行的语句
  {
   OwnADC = 0;//清零
   up(&ADC_LOCK);//释放信号量
  }
 }

 return IRQ_HANDLED;//////
}

///AD转换结束中断处理函数
static irqreturn_t stylus_action(int irq, void *dev_id)
{
 unsigned long data0;
 unsigned long data1;

 if (OwnADC)//OwnADC为1表示现在处于光标按下中断中
 {
  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++;

  if (count < (1<<2))//四次AD转换，将四次转换值相加求平均值
  {//触发AD转换
   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
  {
   mod_timer(&touch_timer, jiffies+1);//触发内核定时器
   iowrite32(WAIT4INT(1), base_addr+S3C2410_ADCTSC);//将设备置于等待抬起中断状态
  }
 }

 return IRQ_HANDLED;
}

static struct clk *adc_clock;

static int __init tq2440ts_init(void)
{
 struct input_dev *input_dev;

 adc_clock = clk_get(NULL, "adc");//获取时钟"adc"
 if (!adc_clock)
 {
  printk(KERN_ERR "failed to get adc clock source\n");
  return -ENOENT;
 }
 clk_enable(adc_clock);//使能时钟
//以S3C2410_PA_ADC为起点映射一段IO内存
 base_addr=ioremap(S3C2410_PA_ADC,0x20);
 if (base_addr == NULL)
 {
  printk(KERN_ERR "Failed to remap register block\n");
  return -ENOMEM;
 }

 /* Configure GPIOs */
 tq2440_ts_connect();//配置管脚

 iowrite32(S3C2410_ADCCON_PRSCEN | S3C2410_ADCCON_PRSCVL(0xFF),base_addr+S3C2410_ADCCON);
 iowrite32(0xffff,  base_addr+S3C2410_ADCDLY);
 iowrite32(WAIT4INT(0), base_addr+S3C2410_ADCTSC);//将设备置于等待按下中断状态

 /* Initialise input stuff */
 input_dev = input_allocate_device();//为输入设备的结构体input_dev分配内存并做相应初始化

 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);//设置其支持的事件
 dev->keybit[BITS_TO_LONGS(BTN_TOUCH)] = BIT(BTN_TOUCH);//设置支持的keybit
 input_set_abs_params(dev, ABS_X, 0, 0x3FF, 0, 0);//设置其最大最小值
 input_set_abs_params(dev, ABS_Y, 0, 0x3FF, 0, 0);
 input_set_abs_params(dev, ABS_PRESSURE, 0, 1, 0, 0);

 dev->name = tq2440ts_name;
 dev->id.bustype = BUS_RS232;
 dev->id.vendor = 0xDEAD;
 dev->id.product = 0xBEEF;
 dev->id.version = S3C2410TSVERSION;
//申请AD转换结束中断
 if (request_irq(IRQ_ADC, stylus_action, IRQF_SHARED|IRQF_SAMPLE_RANDOM, tq2440ts_name, dev))
 {
  printk(KERN_ERR "tq2440_ts.c: Could not allocate ts IRQ_ADC !\n");
  iounmap(base_addr);
  return -EIO;
 }//申请按下抬起中断
 if (request_irq(IRQ_TC, stylus_updown, IRQF_SAMPLE_RANDOM, tq2440ts_name, dev))
 {
  printk(KERN_ERR "tq2440_ts.c: Could not allocate ts IRQ_ADC !\n");
  iounmap(base_addr);
  return -EIO;
 }

 printk(KERN_INFO "%s successfully loaded\n", tq2440ts_name);
//注册输入设备，在/dev下会产生一个eventn(n为0,1,2。。。。)的设备结点
 input_register_device(dev);

 return 0;
}

static void __exit tq2440ts_exit(void)
{
 disable_irq(IRQ_ADC);
 disable_irq(IRQ_TC);
 free_irq(IRQ_TC,dev);//先禁能中断再释放
 free_irq(IRQ_ADC,dev);

 if (adc_clock)
 {
  clk_disable(adc_clock);
  clk_put(adc_clock);//先禁能时钟再释放
  adc_clock = NULL;
 }

 input_unregister_device(dev);
 iounmap(base_addr);
}

module_init(tq2440ts_init);
module_exit(tq2440ts_exit);

 

上面的分析还是比较精辟的，input_dev就带表了一个输入设备，在此就是触摸屏。static irqreturn_t stylus_updown(int irq, void *dev_id)；这个函数是触摸屏按下抬起中断服务函数；static void touch_timer_fire(unsigned long data)；这个是定时器中断服务函数。static irqreturn_t stylus_action(int irq, void *dev_id)；这个是ADC中断服务函数，在转换完成时候，产生一个中断，然后进入此函数。在程序初始化后其执行的流程为：

（1） 如果触摸屏感觉到触摸，则进入updown ISR,如果能获取ADC_LOCK 则调用touch_timer_fire，启动ADC,
（2） ADC 转换，如果小于四次继续转换，如果四次完毕后，启动1 个时间滴答的定时器，停止ADC,也就是说在这个时间滴答内，ADC 是停止的，
（3） 这样可以防止屏幕抖动。
（4） 如果1 个时间滴答到时候，触摸屏仍然处于触摸状态则上报转换数据，并重启ADC,重复（2）
（5） 如果触摸笔释放了，则上报释放事件，并将触摸屏重新设置为等待按下中断状态。

着实，程序虽小，还是耐人寻味的。程序中的注释写的不错，可以仔细品味一下。

因为这是触摸屏的驱动，所以ADCTSC这个寄存器就很重要。

看下面的这个ADCTSC各个位的说明，以及下面两个宏的定义。这样对源码看更利于理解

#define WAIT4INT(x) (((x)<<8) | \

                       S3C2410_ADCTSC_YM_SEN | S3C2410_ADCTSC_YP_SEN | S3C2410_ADCTSC_XP_SEN | \

                       S3C2410_ADCTSC_XY_PST(3))

#define S3C2410_ADCTSC_YM_SEN                 (1<<7)

#define S3C2410_ADCTSC_YP_SEN                  (1<<6)

#define S3C2410_ADCTSC_XP_SEN                  (1<<4)

#define S3C2410_ADCTSC_XY_PST(x)     (((x)&0x3)<<0)

 

 

 

#define AUTOPST         (S3C2410_ADCTSC_YM_SEN | S3C2410_ADCTSC_YP_SEN | S3C2410_ADCTSC_XP_SEN | \

                       S3C2410_ADCTSC_AUTO_PST | S3C2410_ADCTSC_XY_PST(0))

#define S3C2410_ADCTSC_YM_SEN                 (1<<7)

#define S3C2410_ADCTSC_YP_SEN                  (1<<6)

#define S3C2410_ADCTSC_AUTO_PST            (1<<2)

#define S3C2410_ADCTSC_XY_PST(x)    (((x)&0x3)<<0)