基于ARM處理器S3C2440和Linux系統的I2C觸摸屏設計
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隨著計算機相關技術的發展，ARM嵌入式系統受到越來越廣泛的應用，與人們生活的結合也越來越緊密。觸摸屏設備因其友善的人機交互性，操作方便靈活，輸入速度快，被廣泛的應用于這種嵌入式領域中。嵌入式Linux系統具有開發源代碼、內核穩定、可裁減性等特點，吸引著眾多商業公司和自由軟件開發者的目光，成為嵌入式系統領域不可或缺的操作系統之一。觸摸屏是一種輸入設備，操作簡單易學，可靠性高，不占額外的空間，是最常用的便攜式系統的輸入設備。特別是電阻式觸摸屏，它結構簡單，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，因而被廣泛用于工業控制領域。
1 電阻式觸摸屏的工作原理
觸摸屏安裝在顯示屏的前端，主要由觸摸屏檢測部件和觸摸屏控制器兩部分組成。按照工作原理和傳輸信息的介質不同，觸摸屏可分為電阻式、電容感應式、紅外線式以及表面聲波式。其中的電阻式觸摸屏是在表面保護層和基層之間覆著2層透明導電層氧化銦，而這2個導電層分別對應x、y軸，它們之間有細微透明絕緣顆粒絕緣。當物品按在觸摸屏上時，會產生壓力，從而使觸摸屏兩導電層接通，一旦觸摸屏檢測部件監測到用戶的觸摸位置，就將獲得的位置信息送入觸摸屏控制器TSC2007，并對該寫信號進行處理，將電壓信號轉換成數字信號，同時以中斷的方式送至S3C2440處理器，計算出觸點坐標。
2硬件結構
TSC2007是美國德州儀器(TI)公司推出的新一代4線制觸摸屏控制器，它在與觸摸屏配合使用時，一旦檢測到筆或手指點觸摸在屏上，可迅速得到該點的位置信號，從而達到在觸摸屏表面上尋址的目的。
TSC2007是典型的逐步逼近式A／D變換器，其結構以電容再分布為基礎，包含了取樣／保持功能。TSC2007的引腳與TPSC2003的引腳完全兼容，具有片內溫度測量、觸摸壓力測量和預處理三個功能。TSC2007的I2C接口，以標準模式、高速模式和超高速模式進行數據傳輸與通訊。為了與其他ARM芯片兼容，設計中沒有使用S3C2440內置的A／D通道，而是采用了外擴控制器TSC2007的方法，通過I2C總線方式與S3C2440通信。由于在嵌入式系統I2C總線中，S3C2440是總線上的主機，TSC2007是從機，而I2C系統有2個引腳，分別是串行數據線SDA和串行時鐘線SCL。因此，設計中S3C2440的GPE14和GPE15分別作為I2C總線的SCL和SDA線，其觸摸屏控制器接口電路如圖1所示，圖中的SDA和SCL線都是雙向的。
3觸摸屏的驅動
在Linux系統中，設備驅動程序是一組相關函數的集合，它包括設備服務子程序和中斷處理程序。其中的設備服務子程序包含了所有與設備相關的代碼，每個設備服務子程序只處理一種設備或者緊密相關的設備，從設備無關的軟件中接受抽象的命令并執行它。當執行一條請求時，具體操作是根據控制器對驅動程序提供的接口，并利用中斷機制去調用中斷服務子程序配合設備來完成這個請求。設備驅動程序利用結構file_operations與文件系統聯系起來，設備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，從而簡化了驅動程序的編寫工作。這樣，應用程序根本不必考慮操作的是設備還是普通文件，可一律視為文件來處理，具有非常清晰統一的I／O接口。其觸摸屏的file_operations結構定義如下：
本結構的主要作用是為不同的設備提供一致的接口。如在應用程序中，對不同設備進行讀操作都使用read函數，寫操作則都使用write函數。因此，編寫觸摸屏驅動的實際工作并不復雜。
3.1驅動工作流程
首先初始化觸摸屏控制器，然后初始化脈寬調制計時器(PWM TIMER)，可以選擇計時器4為時鐘，定義10 ms中斷1次，以提供觸摸屏采樣時間基準，即10 ms觸摸屏采樣1次。而后映射觸摸屏中斷向量和定時器中斷向量到響應程序，觸摸屏中斷處理程序是判斷觸摸屏是否被按下了，若觸摸屏被按下，則給全局變量Flag_Trouch賦值為Touch_Down，否則賦值為Touch_Up。若計時器中斷處理程序判斷Flag_Touch被賦值為Touch_Down，則給全局變量StartSample置位，以控制觸摸屏采樣。然后系統通過S3C2440_get_xy()獲得采樣值，對得到的觸摸屏的數據進行處理。接下來是對觸摸屏的校準，最后是中斷的釋放和注冊模塊的卸載。其具體的觸摸屏驅動工作流程圖如圖2所示。
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