引言
　　
　　隨著計算機相關技術的發展，嵌入式系統的應用越來越廣泛，與人們生活緊密結合。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的目光，成為嵌入式系統領域*的操作系統之一。觸摸屏是一種輸入設備，操作簡單易學，不占額外的空間，可靠性高，是zui常用的便攜式系統的輸入設備。特別是電阻式觸摸屏結構簡單，成本低，透光效果好，工作環境和外界*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，因而廣泛用于工業控制領域及在室內使用。
　　
　　1、硬件平臺
　　
　　S3C2410是Samsung公司基于ARM920T核心的一款MCU，集成了眾多的外圍設備，其中包括4線電阻式觸摸屏控制器、8路模擬輸入通道。在8路A/D轉換通道中，A[5]和A[7]作為觸摸屏的X、Y坐標的采集通道。S3C2410與4線電阻式觸摸屏連接的電路原理圖見圖1。
　　
　　在采樣過程中，只需要通過讀寫一系列的特殊寄存器，S3C2410的觸摸屏控制器就會自動控制觸摸屏接口打開或關閉各MOS管，按順序完成觸摸屏X、Y坐標數據的采集。　　　　
　　2、Linux設備驅動程序簡介
　　
　　設備驅動程序是操作系統內核和機器硬件之間的接口，由一組函數和一些私有數據組成，是應用程序和硬件設備之間的橋梁。在應用程序看來，硬件設備只是一個設備文件，應用程序可以像操作普通文件一樣對硬件設備進行操作。設備驅動程序是內核的一部分，主要完成以下功能：對設備的初始化和釋放；把數據從內核傳送到硬件設備和從硬件設備讀取數據；讀取應用程序數據傳送給設備文件和回送應用程序請求的數據；檢測和處理硬件設備出現的錯誤。
　　
　　Linux操作系統的設備有字符設備、塊設備和網絡設備等。字符設備是以單個字節為單位進行順序讀寫操作，通常不使用緩存技術，例如鼠標、鍵盤等。塊設備的讀寫都使用緩存技術來支持，并且必須能夠進行隨機存取，主要是針對磁盤等慢速設備設計的。網絡設備主要基于BSD的Socket機制，為發送數據和接收數據提供緩存技術，提供對多協議的支持，例如以太網卡等。
　　
　　3、Linux觸摸屏驅動程序實現
　　
　　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。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。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完成這個請求。設備驅動程序利用結構file_operations與文件系統起來，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，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，可一律看作文件處理，具有非常清晰統一的I/O接口。觸摸屏的file_operations結構定義如下：
　　
　　staticstructfile_operationss3c2410_ts_fops={
　　
　　owner:THIS_MODULE,
　　
　　read:s3c2410_ts_read,
　　
　　poll:s3c2410_ts_poll,
　　
　　ioctl:s3c2410_ts_ioctl,
　　
　　open:s3c2410_ts_open,
　　
　　release:s3c2410_ts_release,
　　
　　fasync:s3c2410_ts_fasync,};
　　
　　在觸摸屏設備驅動程序的開發中，全局變量structs3c2410_ts_deviceglobal_ts是很重要的，用來保存觸摸屏的相關參數、等待處理的消息隊列、當前采樣數據、上一次采樣數據等信息，數據結構structs3c2410_ts_device的定義如下：
　　
　　structs3c2410_ts_device{//管理觸摸屏類
　　
　　structs3c2410_ts_generald;//觸摸屏設置參數
　　
　　structs3c2410_ts_calibrationcal;//校正觸摸屏參數
　　
　　structs3c2410_ts_eventbuf[MOUSEBUF_SIZE];//等待處理緩沖隊列
　　
　　structs3c2410_ts_eventcur_data,samples[3],last_data;};
　　
　　//當前采樣數據，采樣原始數據，上次采樣數據
　　
　　在了解上面概念之后，編寫觸摸屏驅動的實際工作并不復雜，需要做如下工作：
　　
　　3．1模塊初始化函數
　　
　　是調用s3c2410_touchscreen_moudle_init（）來實現的，主要完成觸摸屏設備的內核模塊加載、初始化、中斷注冊、設備注冊等工作，主要涉及到的過程如下：
　　
　　ADCTSC=（0<<8）|（1<<7）|（1<<6）|（0<<5）|（1<<4）|（0<<3）|（0<<2）|（3）;
　　
　　//觸摸屏ADCTSC的設置
　　
　　ADCDLY=ADC_DELAY_TIME;//觸摸屏開始和間隔延時
　　
　　ADCCON=（1<<14）|（PreScale_n<<6）|（7<<3）|（0<<2）|（0<<1）|（0）;
　　
　　//觸摸屏控制器設置
　　
　　request_irq（IRQ_ADC_DONE,ts_down_interrupt,SA_INTERRUPT,g_ts_id,ts_down_interrupt）;//申請IRQ_ADC_DONE中斷
　　
　　request_irq（IRQ_TC,ts_up_interrupt,SA_INTERRUPT,g_ts_id,ts_up_interrupt）;
　　
　　//申請IRQ_TC中斷
　　
　　devfs_register_chrdev（0,S3C2410_TS_MODULE_NAME,&s3c2410_ts_fops）;
　　
　　//注冊file_operations結構
　　
　　request_irq（IRQ_TIMER1,touch_timer_irq,SA_INTERRUPT,g_ts_timer_id,NULL）;//申請IRQ_TIMER1中斷
　　
　　touch_timer_irq（intirq,void*dev_id,structpt_regs*regs）
　　
　　//根據狀態調用觸摸中斷，控制數據采樣
　　
　　初始化模塊利用內核提供的request_irq函數，將觸摸筆的按下與彈起的中斷號進行登記，從而將中斷號與中斷服務函數起來；利用devfs_register_chrdev函數，向系統注冊一個字符型設備；zui后注冊定時器中斷，用來控制觸摸屏的數據采樣。
　　
　　3．2設置觸摸筆的狀態及對應的處理
　　
　　觸摸屏的中斷服務函數ts_down_interrupt和ts_up_interrupt是根據ADCDAT1和ADCDAT0的設置來選擇觸摸筆的狀態，之后調用觸摸屏坐標的數據采樣處理函數s3c2410_ts_handler（）進行處理。部分代碼如下：
　　
　　staticvoidts_down_interrupt（intirq,void*dev_id,structpt_regs*regs）
　　
　　{
　　
　　if（（ADCDAT1&0x8000）||（ADCDAT0&0x8000））{
　　
　　pen_data.state=PEN_UP;
　　
　　}
　　
　　else{
　　
　　pen_data.state=PEN_DOWN;
　　
　　}
　　
　　s3c2410_ts_handler（）;}
　　
　　3．3獲得采樣值
　　
　　觸摸筆具有三種工作狀態：PEN_UP，PEN_DOWN，PEN_SAMPLE。在采樣處理函數中，依據觸摸筆的狀態，調用ts_timer_operation（）來啟動或停止采樣定時器，然后調用s3c2410_ts_handler（）根據不同的狀態進行不同的設置和處理，之后得到不同的采樣值。
　　
　　3．4對得到的觸摸屏的數據進行處理
　　
　　是調用data_processing（）函數來實現的。根據采用下面介紹的中值濾波法來對采樣數據進行處理。針對坐標點采樣過程中產生的噪聲，一般是采用平均法來去除噪聲，但是這種方法對于采樣數較少，并且個別噪聲采樣點比較大的時候，取平均值會使zui后的結果誤差較大，達不到數據處理的要求。故本文采用中值濾波法濾除干擾噪聲，進一步地提高采樣精度。
　　
　　中值濾波法的原理如下：首先取奇數個觸摸采樣數據；之后根據采樣數據的大小按照從小到大的順序進行排列；zui后取中間位置的值。此種方法一般在采樣點不多，個別采樣數據誤差又較大的情況下，可以有效地減少誤差。具體的過程見圖2。

　　
　　3．5觸摸屏的校準
　　
　　在實際的應用中，通常觸摸屏是作為與顯示屏配合使用的輸入設備，需要從觸摸屏采樣得到的坐標與屏幕的顯示坐標做一個映射。觸摸屏和顯示屏都是標準的矩形，見3所示。觸摸屏的X方向坐標只與顯示屏的X方向有關，Y方向只與顯示屏的Y方向相關。
　　
　　假設顯示屏的分辨率是W×H，顯示區域的左上角對應的觸摸屏采樣坐標是（x1，y1）,右下角對應的坐標是（x2，y2），那么觸摸屏上的任意一點采用坐標（x,y）與顯示屏坐標（xd,yd）的對應關系可按照如下公式計算：　　
　　根據上述的公式計算出實際觸摸屏對應的顯示坐標，之后就是一個觸摸屏的校準過程，本文采用三點校準的方法，與兩點校準相比，三點校準的模型考慮到變相和旋轉，更接近實際情況。首先選取3個相距較遠的3個作為校準輸入的采樣點，它們相應的觸摸屏采樣坐標是P0（x0，y0）、P1（x1，y1）、P2（x2，y2），顯示坐標是PD0（xD0,yD0）、PD1（xD1,yD1）、PD2（xD2,yD2）。直角坐標平面的兩個點P和PD，定義P為觸摸屏空間的坐標點，PD為顯示屏空間的坐標點，P可以經過旋轉、比例和平移得到PD坐標。化簡得：　　
　　通過上式可以說明PD和P點之間存在一次線性關系滿足：xD=Ax+By+CyD=Dx+Ey+F
　　
　　對于同一個設備，其中的A、B、C、D、E、F為常數，稱為校準常數，故只需在觸摸屏校準時，解出這6個常數，就可以實現觸摸屏空間到顯示空間的轉換。
　　
　　3．6中斷的釋放和注冊模塊的卸載
　　
　　是調用s3c2410_ts_cleanup_module（）來實現的，分別釋放在初始化過程中，申請的IRQ_TIMER1、IRQ_ADC_DONE、IRQ_TC的中斷和字符設備的接口函數devfs_register_chrdev（），具體如下：
　　
　　free_irq（IRQ_TIMER1,g_ts_id）;
　　
　　free_irq（IRQ_ADC_DONE,g_ts_id）;
　　
　　free_irq（IRQ_TC,g_ts_timer_id）;
　　
　　devfs_unregister_chrdev（gMajor,H3600_TS_MODULE_NAME）;//卸載字符設備
　　
　　4、結束語
　　
　　本文作者創新點:結合實際的硬件平臺，詳細地介紹基于嵌入式Linux操作系統下觸摸屏驅動程序的開發過程，改進了處理采樣數據的方法，zui后改進了常用的校準方法。使該觸摸屏驅動更能滿足實際的要求，該觸摸屏驅動程序已用于實際的嵌入式產品中，運行穩定可靠，具有很好的發展前景和社會經濟效益。