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          基于嵌入式linux系統下的AD7873觸摸屏驅動系統設計詳解

          ? 2018年09月18日 16:57 ? 次閱讀

          1 引言

          隨著計算機技術的發展和普及,觸摸屏技術得到了越來越廣泛應用,在各種手持設備中,如手機、MP4、掌上游戲機、掌上PDA 等,由于其方便、舒適,使其完全擺脫了鍵盤和鼠標的束縛,使人機交互更為直截了當。而在微軟最新開發的windows 7 操作系統中,就有其值得驕傲并加以推廣的多點觸摸技術,并成為一大賣點。可見,觸摸屏技術引起了上到微軟,下到普通老百姓的關注。而在我們的日常生活中,無論你是在商場購物,還是在銀行存取款,觸摸式的自動服務器將能為你提供了方便快捷的服務。這里通過對觸摸屏原理的理解和分析,成功的設計出了CPU 與觸摸屏芯片之間的硬件連接,并依照硬件和驅動設計的原理,設計出了基于嵌入式Linux 和飛思卡爾i.MX27芯片以及AD7873 觸摸屏芯片的驅動程序,并成功移植到內核中,實現了家庭控制器系統的觸摸技術。

          2 硬件系統的構成

          2.1 電阻式觸摸屏原理。

          電阻式觸摸屏是一種傳感器,它將矩形區域中觸摸點(X,Y)的物理位置轉換為代表X 坐標和Y 坐標的電壓。當觸摸屏表面受到的壓力(如通過筆尖或手指進行按壓)足夠大時,頂層與底層之間會產生接觸。所有的電阻式觸摸屏都采用分壓器原理來產生代表X 坐標和Y 坐標的電壓。如圖1 所示,分壓器是通過將兩個電阻進行串聯來實現的。上面的電阻(R1)連接正參考電壓(VREF),下面的電阻(R2)接地。兩個電阻連接點處的電壓測量值與下面那個電阻的阻值成正比。 為了在電阻式觸摸屏上的特定方向測量一個坐標,需要對一個阻性層進行偏置:將它的一邊接VREF,另一邊接地。

          同時,將未偏置的那一層連接到一個ADC 的高阻抗輸入端。當觸摸屏上的壓力足夠大,使兩層之間發生接觸時,電阻性表面被分隔為兩個電阻。它們的阻值與觸摸點到偏置邊緣的距離成正比。觸摸點與接地邊緣之間的電阻相當于分壓器中下面的那個電阻。因此,在未偏置層上測得的電壓與觸摸點到接地邊之間的距離成正比。

          基于嵌入式linux系統下的AD7873觸摸屏驅動系統設計詳解

          2.2 AD7873 介紹及與系統硬件原理

          AD7873 是一款12 位逐次逼近型ADC,具有同步串行接口以及用于驅動觸摸屏的低導通電阻開關,采用2.2 V 至5.25V 單電源供電,吞吐量大于125KBPS.

          AD7873 可用于電池測量、溫度測量和觸摸壓力測量,還具有一個2.5 V 片上基準電壓源,可用于輔助輸入、電池監控器和溫度測量等模式。不使用時,可關斷內部基準電壓源以降低功耗。也可以使用外部基準電壓,并可在1V 至VCC 范圍內變化,模擬輸入范圍為0V 至VREF.這款器件具有關斷模式,此模式下功耗不足1μA。

          2.3 AD7873 與CPU 和觸摸屏的硬件連接圖

          其硬件原理框圖如下,其中的X+,Y+,X-,Y-與觸摸屏的相應引腳相連,接受來自觸摸屏的模擬信號,然后經過AD7873 芯片的內部處理成數字信號,通過SPI 總線將數據傳送給CPU,請求處理。CS 為片選引腳,與CPU 的DTR_DCE1 相連,PENIRQ 為中斷引腳,接CPU 的GPIO1_0.

          基于嵌入式linux系統下的AD7873觸摸屏驅動系統設計詳解

          基于嵌入式linux系統下的AD7873觸摸屏驅動系統設計詳解

          3 軟件系統

          3.1 Linux 設備驅動介紹

          在Linux 系統中,為了簡化對設備的管理,所有的外圍設備被歸結為3 類:字符設備、塊設備、網絡設備。Linux 對所有的物理設備進行了抽象,并定義了一個統一的概念:接口。AD7873 被定義為一個字符設備,采用spi 接口與CPU 通訊。

          3.2 驅動部分重要函數的設計

          (1) 設備驅動程序中數據結構strcut driver 定義了一系列函數操作的接口,這個數據結構將整個驅動連為一體,由這個結構可以看出整個驅動的脈絡。由于AD7873 與CPU 連接方式為SPI 總線連接,因此將此設備注冊為SPI 設備,即要用到數據結構structspi_driver.

          對應于AD7873 設備,設計編寫的數據結構如下:

          基于嵌入式linux系統下的AD7873觸摸屏驅動系統設計詳解

          其中,driver 中定義了驅動名稱、總線類型和驅動所有者。

          probe 函數為探測設備的函數。其主要進行初始化設備數據結構、初始化中斷、向設備發送控制字等。

          remove 函數為設備移除函數。其主要進行移除設備文件、釋放中斷、釋放設備。

          suspend 為設備暫停函數。

          resume 為設備恢復函數。

          (2 設備初始化函數 static int __init ad7873_nit(void)即是注冊上述數據結構,也即是注冊一個驅動,其中主要的內容為:

          return spi_register_driver(&ad7873_driver);(3) 還要設計一個重要的函數,就是中斷函數,在觸摸屏被按下的時候產生中斷,在中斷函數中的重要工作就是啟動定時器,以判斷觸摸后的動作是觸摸筆被提起還是繼續按下。其函數原型設計為staTIcirqreturn_t ads7873_irq(int irq, void *handle);(4)定時器函數設計的目的就是判斷觸摸屏是否被提起,被提起就立刻刷新設備的數據到應用層,仍然處于“按下”狀態,則需要繼續測量。其函數原型設計為:

          staTIc void ads7873_TImer(unsigned longhandle);

          3.3 驅動的編譯和加載

          驅動程序加入內核有兩種方式動態和靜態,動態就是只是把驅動編譯為模塊, 系統啟動后執行insmod 后加載,靜態是指直接編譯進內核,系統啟動后自動加載了。由于我們的驅動需要經過測試才能加入內核,因此采用動態的方式加載驅動。

          在已經安裝好開發平臺的主機上執行make, 就可以得到目標文件ad7873.ko,這就是我們需要的驅動。在platform_data 數據結構中設置好驅動需要的數據,如中斷、觸摸屏大小、觸摸壓力上下限等數值,并編譯好內核下載到開發板中運行。然后將ad7873.ko 復制到開發板,在終端下執行insmodad7873.ko,得到如下提示:

          基于嵌入式linux系統下的AD7873觸摸屏驅動系統設計詳解

          顯示驅動已經加載成功,中斷號為126.

          (注:“this sectence has been”,為調試驅動中斷的測試語句)然后用應用廣泛的tslib 觸摸屏測試程序對驅動進行測試,測試結果顯示,觸摸屏工作正常。下圖觸摸屏上白色的字“桂林電子科技大學觸摸屏”為在tslib 的測試程序下用觸摸筆寫的字,證明了觸摸屏工作是正常的。

          將此設計應用到家庭智能網關系統中,證明其工作穩定,響應很快。

          基于嵌入式linux系統下的AD7873觸摸屏驅動系統設計詳解

          4 驅動程序出現的問題及解決方法

          在調試驅動的過程中,出現了很多問題,主要有以下兩個:

          4.1 加載時報錯

          在執行insmod ad7873.ko 時,報錯為:

          ad7873: no version for “struct_module”found: kernel tainted.

          經過檢查,發現是因為platform_data 里面定義的。model=“7873”被寫成了。model=“7883”,造成了系統無法識別這個驅動,產生了錯誤,修改后執行insmod ad7873.ko 成功。

          4.2 使用tslib 測試軟件測試的時候,屏幕無反應

          原以為是中斷程序出了問題,因此在中斷里面設置打印信息,發現可以打印,于是確定了中斷時正常響應了的。然后跟蹤代碼檢查,發現定時器函數很可疑,于是在定時器函數設置打印信息,發現定時器函數沒有正確執行,找到了問題的所在。于是順藤摸瓜,終于發現原來是在這個函數中fn_get_pendown_state(void),也就是用來得到觸摸屏狀態的引腳設置不正確,導致定時器函數里面無法得到觸摸屏的狀態,所以無響應。修改了定時器的引腳定義使其指向正確的引腳便一切OK。

          5 結論

          本文從硬件到軟件設計了整個觸摸屏驅動系統。作為家庭無線智能控制器的一部分,觸摸屏使整個系統使用更方便與高效。而未來隨著對觸摸技術的越來越高的要求,如多點觸摸技術,需要驅動為上層應用提供更穩定的處理與更多的接口,以便上層應用可以更加高效的編寫應用程序來應對復雜的機制。這就需要在內核驅動層改進驅動的結構與算法來應對。

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          In this video you'll learn to launch Open vSwitch*...

          發表于 2018-09-11 05:51 ? 116次閱讀
          用DPDK啟動VCwitter并配置端口

          以嵌入式處理器S3C2440為核心的多任務機器人...

          隨著科學技術的發展和社會的需要,移動機器人技術得到了迅速發展,正在滲透到各行各業中,使人們的生活更...

          發表于 2018-09-10 17:58 ? 91次閱讀
          以嵌入式處理器S3C2440為核心的多任務機器人...

          嵌入式Linux與Android聯盟成立,主要在...

          全球智能系統領導廠商研華公司在2017年紐倫堡嵌入式電子與工業計算機應用展(Embedded Wo...

          發表于 2018-09-10 17:37 ? 133次閱讀
          嵌入式Linux與Android聯盟成立,主要在...

          淺析STM32的五大嵌入式操作系統的特點及不足

          基于STM平臺且滿足實時控制要求操作系統,有以下5種可供移植選擇。分別為μClinux、μC/OS-...

          發表于 2018-09-10 17:26 ? 352次閱讀
          淺析STM32的五大嵌入式操作系統的特點及不足

          free命令介紹!內存的分類!

          上面輸出的結果比較難理解的可能是第三行,為什么要向用戶展示這行數據呢?內存使用量減去系統buffer...

          發表于 2018-09-10 17:21 ? 291次閱讀
          free命令介紹!內存的分類!

          STM32單片機特性解析

          其基于專為要求高性能、 低成本、低功耗的嵌入式應用專門設計的ARM Cortex-M內核,同時具有一...

          發表于 2018-09-10 16:55 ? 247次閱讀
          STM32單片機特性解析

          SFP+波長可調諧光模塊雙MCU嵌入式系統實現方...

          隨著全球光通信的日益發展,光通信的發展已經取得了驚人的成就。Alcatel-Lucent在2007...

          發表于 2018-09-10 10:18 ? 283次閱讀
          SFP+波長可調諧光模塊雙MCU嵌入式系統實現方...

          用DPDK支持構建和啟動DOCKER容器

          In this video you'll build and launch two Docker c...

          發表于 2018-09-10 04:22 ? 87次閱讀
          用DPDK支持構建和啟動DOCKER容器

          Linux驅動程序設計(4)

          Linux driver programming

          發表于 2018-09-10 04:11 ? 187次閱讀
          Linux驅動程序設計(4)

          如何保持在NFV應用程序中運作

          For DPDK packet processing to benefit from today's...

          發表于 2018-09-10 04:10 ? 185次閱讀
          如何保持在NFV應用程序中運作

          Linux內核與Android的關系

          Android雖然建立在Linux內核之上,但是他對內核進行了一些擴展,增加了一些驅動。比如Bind...

          發表于 2018-09-09 09:10 ? 88次閱讀
          Linux內核與Android的關系

          嵌入式web server boa在S3C241...

          修改Makefile文件,找到CC=gcc和CPP=gcc -E,分別將其改為交叉編譯器安裝的路徑

          發表于 2018-09-09 09:07 ? 78次閱讀
          嵌入式web server boa在S3C241...

          關于Linux操作系統中LKM的優勢與不足研究與...

          Linux系統開放源代碼、系統漏洞少,在面對病毒和黑客入侵時能提供更好的安全性和穩定性,基于以上這些...

          發表于 2018-09-08 10:51 ? 65次閱讀
          關于Linux操作系統中LKM的優勢與不足研究與...

          關于嵌入式Linux在PMP消費類電子產品上的應...

          Linux 是一種適合于嵌入式系統的開源操作系統,可以高效地處理各種復雜的任務。從基于TI DM32...

          發表于 2018-09-08 10:47 ? 61次閱讀
          關于嵌入式Linux在PMP消費類電子產品上的應...

          如何制作一個基于linux 2.6.19內核的小...

          ARM9 S3C2410微處理器與Linux的結合越來越緊密,逐漸在嵌入式領域得到廣范的應用。目前...

          發表于 2018-09-07 17:09 ? 110次閱讀
          如何制作一個基于linux 2.6.19內核的小...

          從RTOS到嵌入式Linux的應用移植步驟以及相...

          在過去幾年中,Linux成功地取代了一些最主要的傳統RTOS(實時操作系統)平臺,成為了各種各樣的...

          發表于 2018-09-07 16:47 ? 103次閱讀
          從RTOS到嵌入式Linux的應用移植步驟以及相...

          開源是Linux成功的核心要素

          Linus 還評論了他作為 Linux 維護者的角色以及為開發者社區發展所能做或應該做些什么。“作為...

          發表于 2018-09-06 16:52 ? 237次閱讀
          開源是Linux成功的核心要素

          17寸車載顯示屏的特斯拉引發的車載顯示需求

          近年來,智能手機、智能電視、筆記本電腦、平板電腦等幾大主要消費類應用市場增長放緩,觸控與顯示產業急需...

          發表于 2018-09-06 15:46 ? 1360次閱讀
          17寸車載顯示屏的特斯拉引發的車載顯示需求

          關于四種實時嵌入式Linux操作系統的對比分析淺...

          本文對四種實時操作系統(RTOS)特性進行分析和比較。它們是:Lynx實時系統公司的LynxOS、Q...

          發表于 2018-09-05 17:39 ? 210次閱讀
          關于四種實時嵌入式Linux操作系統的對比分析淺...

          關于嵌入式系統的特點和Linux內核的實時應用分...

          Linux本身為分時操作系統,其系統目標為較好的平均響應時間和較高的吞吐量,而實時系統則主要考慮任務...

          發表于 2018-09-05 17:25 ? 114次閱讀
          關于嵌入式系統的特點和Linux內核的實時應用分...

          嵌入式FPGA能隨時更改RTL的靈活性,將改變芯...

          芯片設計人員今天面臨的最關鍵的問題之一是在設計過程中實時重新配置RTL,甚至在系統中也是如此。不幸的...

          發表于 2018-09-05 16:58 ? 131次閱讀
          嵌入式FPGA能隨時更改RTL的靈活性,將改變芯...

          慧榮科技FerriSSD嵌入式存儲解決方案,有哪...

          慧榮科技今日宣布推出其專為車載信息娛樂(IVI)系統設計的汽車級PATA及SATA FerriSSD...

          發表于 2018-09-05 09:19 ? 613次閱讀
          慧榮科技FerriSSD嵌入式存儲解決方案,有哪...

          利用語音識別技術和嵌入式系統交叉研究是語音識別的...

          語音識別技術就是能使計算機“聽懂“人類的語言,然后根據其義來執行相應的命令,從而實現為人類服務。隨著...

          發表于 2018-09-04 17:23 ? 147次閱讀
          利用語音識別技術和嵌入式系統交叉研究是語音識別的...

          東芝推出全球最小嵌入式NAND閃存產品,可用于各...

          新產品符合最新的e.MMCTM標準,適用于各種廣泛的數字消費產品,包括智能手機、平板電腦和可穿戴設備...

          發表于 2018-09-04 10:30 ? 88次閱讀
          東芝推出全球最小嵌入式NAND閃存產品,可用于各...

          怎么才能更好的理解嵌入式操作系統Linux實時化...

          Linux支持PowerPC、MIPS、ARM、DSP等多種嵌入式處理器,逐漸被用于多種關鍵性場合。...

          發表于 2018-09-03 17:44 ? 151次閱讀
          怎么才能更好的理解嵌入式操作系統Linux實時化...

          低成本彩屏顯示方案

          基于i.MX RT系列高性能跨界處理器設計的一款高性價比視頻播放解決方案。實現了在嵌入式微處理器上的...

          發表于 2018-09-03 17:39 ? 387次閱讀
          低成本彩屏顯示方案

          什么是嵌入式Linux內核調試技術?嵌入式開發又...

          近年處理器技術發展速度加快,嵌入式領域發生了翻天覆地的變化。特別是網絡的普及,消費電子異軍突起,嵌入...

          發表于 2018-09-03 17:38 ? 120次閱讀
          什么是嵌入式Linux內核調試技術?嵌入式開發又...

          在城市的公共交通上該如何實施物聯網技術

          英特爾預測,到2020年將有2000億個互聯物體,這意味著地球上每個人將有26個互聯物體。雖然這個數...

          發表于 2018-09-03 17:04 ? 453次閱讀
          在城市的公共交通上該如何實施物聯網技術

          KASAN是如何實現檢測的?如何根據shadow...

          shadow memory檢測原理的實現主要就是__asan_load##size()和__asan...

          發表于 2018-09-03 15:00 ? 296次閱讀
          KASAN是如何實現檢測的?如何根據shadow...

          如何使用STM32設計嵌入式以太網控制門禁系統

          門禁系統主要由意法半導體公司的主控芯片STM3H、Microchip公司的以太網控制器ENC28J6...

          發表于 2018-09-03 11:06 ? 489次閱讀
          如何使用STM32設計嵌入式以太網控制門禁系統
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