嵌入式觸摸屏設(shè)備驅(qū)動(dòng)程 序設(shè)計(jì).doc

課程設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì) 題題 目 目 觸摸屏設(shè)備驅(qū)動(dòng)程觸摸屏設(shè)備驅(qū)動(dòng)程 序設(shè)計(jì)序設(shè)計(jì) 班班 級(jí) 級(jí) 姓姓 名 名 學(xué)學(xué) 號(hào) 號(hào) 指導(dǎo)教師 指導(dǎo)教師 成成 績(jī) 績(jī) 嵌入式系統(tǒng)嵌入式系統(tǒng) 課程設(shè)計(jì)報(bào)告課程設(shè)計(jì)報(bào)告 電子與信息工程學(xué)院電子與信息工程學(xué)院 信息與通信工程系信息與通信工程系 1 目目 錄錄 引言 2 1 設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序簡(jiǎn)介 2 1 1 設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序的結(jié)構(gòu) 2 1 2 設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序的功能 3 2 嵌入式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)平臺(tái)構(gòu)建 3 3 觸摸屏設(shè)計(jì)流程 4 3 1 觸摸屏設(shè)計(jì)流程圖 4 3 2 觸摸屏工作原理 4 4 觸摸屏功能模塊程序設(shè)計(jì)與交叉編譯 5 4 1 功能模塊驅(qū)動(dòng)程序設(shè)計(jì) 5 4 1 1 觸摸屏設(shè)備驅(qū)動(dòng)中數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) 5 4 1 2 觸摸屏驅(qū)動(dòng)模塊加載和卸載函數(shù) 7 4 1 3 觸摸屏設(shè)備驅(qū)動(dòng)的讀函數(shù) 7 4 1 4 觸摸屏設(shè)備驅(qū)動(dòng)的輪詢與異步通知 8 4 1 5 應(yīng)用程序的調(diào)試 8 4 2 觸摸屏功能模塊交叉編譯 8 5 根文件系統(tǒng)建立與文件系統(tǒng)下載 9 5 1 CRAMFS 根文件系統(tǒng)分析 9 5 2 文件系統(tǒng)映像文件生成 9 5 3 功能模塊運(yùn)行與調(diào)試 10 5 3 1 vivi 的燒寫(xiě) 10 5 3 2 linux 內(nèi)核的燒寫(xiě) 10 5 3 3 cramfs 文件系統(tǒng)的燒寫(xiě) 11 心得體會(huì) 11 2 引言 嵌入式 Linux 由于其可應(yīng)用于多種硬件平臺(tái) 內(nèi)核高效穩(wěn)定 源代碼開(kāi)放 軟件豐富 網(wǎng)絡(luò)通信和文件管理機(jī)制完善等優(yōu)良特性 已經(jīng)成為嵌入式操作系統(tǒng)的主力軍 是整個(gè) 嵌入式系統(tǒng)的重要組成部分 在嵌入式 Linux 系統(tǒng)中 由于內(nèi)核的保護(hù)機(jī)制 用戶一般不 能直接訪問(wèn)硬件 而是要通過(guò)調(diào)用驅(qū)動(dòng)程序來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)硬件的控制 進(jìn)行嵌入式系統(tǒng)的開(kāi) 發(fā) 很大的工作量是為各種設(shè)備編寫(xiě)驅(qū)動(dòng)程序 設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序是 Linux 內(nèi)核的重要組成部 分 不同版本的內(nèi)核 其主要區(qū)別也是體現(xiàn)在設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序的不同 1 設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序簡(jiǎn)介 1 1 設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序的結(jié)構(gòu) 1 Linux 的設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序與外界的接口可以分成三部分 a 驅(qū)動(dòng)程序與操作系統(tǒng)內(nèi)核的接口 b 驅(qū)動(dòng)程序與系統(tǒng)引導(dǎo)的接口 c 驅(qū)動(dòng)程序與設(shè)備的接口 2 驅(qū)動(dòng)程序的注冊(cè)與注銷 向系統(tǒng)增加一個(gè)驅(qū)動(dòng)程序意味著要賦予它一個(gè)主設(shè)備號(hào) 這可以通過(guò)在驅(qū)動(dòng)程序的 初始化過(guò)程中調(diào)用定義在 fs devices c 中的 register chrdev 函數(shù)或 fs block dev c 中的 register blkdev 函數(shù)來(lái)完成 而在關(guān)閉字符設(shè)備或者塊設(shè)備時(shí) 則要通過(guò) unregister chrdev 或 unregister blkdev 函數(shù)從內(nèi)核中注銷設(shè)備 同時(shí)釋放占用的主設(shè)備 號(hào) 3 設(shè)備的打開(kāi)與釋放 a 打開(kāi)設(shè)備是通過(guò)調(diào)用定義在 include linux fs h 中的 file operations 結(jié)構(gòu)中的函數(shù) open 來(lái)完成 b 釋放設(shè)備是通過(guò)調(diào)用 file operations 結(jié)構(gòu)中的函數(shù) release 來(lái)完成 3 4 設(shè)備的讀寫(xiě)操作 a 字符設(shè)備的讀寫(xiě)操作相對(duì)比較簡(jiǎn)單 直接使用函數(shù) read 和 write 就可以了 b 塊設(shè)備的話 則需要調(diào)用函數(shù) block read 和 block write 來(lái)進(jìn)行數(shù)據(jù)讀寫(xiě) 5 設(shè)備的控制操作 通過(guò)設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序中的函數(shù) ioctl 來(lái)完成 6 設(shè)備的輪詢和中斷處理 a 設(shè)備執(zhí)行某個(gè)命令時(shí) 如 將讀取磁頭移動(dòng)到軟盤(pán)的第 42 扇區(qū)上 設(shè)備驅(qū)動(dòng)可以 從輪詢方式和中斷方式中選擇一種以判斷設(shè)備是否已經(jīng)完成此命令 b 不支持中斷的硬件設(shè)備 讀寫(xiě)時(shí)需要輪流查詢?cè)O(shè)備狀態(tài) 1 2 設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序的功能 1 對(duì)設(shè)備的初始化和釋放 2 把數(shù)據(jù)從內(nèi)核傳送到硬件和從硬件讀取數(shù)據(jù)到內(nèi)核 3 讀取應(yīng)用程序傳送給設(shè)備文件的數(shù)據(jù)和回送應(yīng)用程序請(qǐng)求的數(shù)據(jù) 這需要在用戶 空間 內(nèi)核空間 總線以及外設(shè)之間傳輸數(shù)據(jù) 4 檢測(cè)和處理設(shè)備出現(xiàn)的錯(cuò)誤 2 嵌入式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)平臺(tái)構(gòu)建 開(kāi)發(fā)嵌入式 Linux 系統(tǒng) 其實(shí)最方便的還是構(gòu)建一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的 Linux 開(kāi)發(fā)環(huán)境 大大地 方便 Linux 開(kāi)發(fā)中的編譯調(diào)試等工作 同樣地 EduKit2410 的 Linux 開(kāi)發(fā)也可以在標(biāo)準(zhǔn) Linux 環(huán)境下進(jìn)行 比如選擇 Red Hat 等優(yōu)秀的系統(tǒng) 4 3 觸摸屏設(shè)計(jì)流程 3 1 觸摸屏設(shè)計(jì)流程圖 是 打開(kāi)觸摸屏設(shè)備 創(chuàng)建等待隊(duì)列和緩沖 區(qū) 初始化隊(duì)列頭 等待中 斷 使用中斷子程序 更新 X Y 顯示一個(gè)觸摸點(diǎn)或坐標(biāo)值 開(kāi)始 結(jié)束 圖 3 1 1 3 2 觸摸屏工作原理 1 普通轉(zhuǎn)換模式 普通轉(zhuǎn)換模式 AUTO PST 0 XY PST 0 是用作一般目的下的 ADC 轉(zhuǎn)換 這個(gè)模 式可以通過(guò)設(shè)置 ADCCON 和 ADCTSC 來(lái)進(jìn)行對(duì) AD 轉(zhuǎn)換的初始化 而后讀取 ADCDAT0 ADC 數(shù)據(jù)寄存器 0 的 XPDATA 域 普通 ADC 轉(zhuǎn)換 的值來(lái)完成轉(zhuǎn)換 2 分離的 X Y 軸坐標(biāo)轉(zhuǎn)換模式 5 X 軸坐標(biāo)轉(zhuǎn)換 AUTO PST 0 且 XY PST 1 將 X 軸坐標(biāo)轉(zhuǎn)換數(shù)值寫(xiě)入 ADCDAT0 寄存器的 XPDATA 域 轉(zhuǎn)換后 觸摸屏接口將產(chǎn)生中斷源 INT ADC 到中斷控制器 Y 軸坐標(biāo)轉(zhuǎn)換 AUTO PST 0 且 XY PST 2 將 Y 軸坐標(biāo)轉(zhuǎn)換數(shù)值寫(xiě)入到 ADCDAT1 寄存器的 YPDATA 域 轉(zhuǎn)換后 觸摸屏接口將產(chǎn)生中斷源 INT ADC 到中斷控制器 3 自動(dòng) 連續(xù) X Y 軸坐標(biāo)轉(zhuǎn)換模式 自動(dòng) 連續(xù) X Y 軸坐標(biāo)轉(zhuǎn)換模式 AUTO PST 1 且 XY PST 0 以下面的步驟工 作 觸摸屏控制器將自動(dòng)地切換 X 軸坐標(biāo)和 Y 軸坐標(biāo)并讀取兩個(gè)坐標(biāo)軸方向上的坐標(biāo) 觸摸屏控制器自動(dòng)將測(cè)量得到的 X 軸數(shù)據(jù)寫(xiě)入到 ADCDAT0 寄存器的 XPDATA 域 然后 將測(cè)量到的 Y 軸數(shù)據(jù)到 ADCDAT1 的 YPDATA 域 連續(xù) 自動(dòng)轉(zhuǎn)換之后 觸摸屏控制 器產(chǎn)生中斷源 INT ADC 到中斷控制器 4 等待中斷模式 當(dāng)觸摸屏控制器處于等待中斷模式下時(shí) 它實(shí)際上是在等待觸摸筆的點(diǎn)擊 在觸摸 筆點(diǎn)擊到觸摸屏上時(shí) 控制器產(chǎn)生中斷信號(hào) INC TC 中斷產(chǎn)生后 就可以通過(guò)設(shè)置 適當(dāng)?shù)霓D(zhuǎn)換模式 分離的 X Y 軸坐標(biāo)轉(zhuǎn)換模式或自動(dòng) X Y 軸坐標(biāo)轉(zhuǎn)換模式 來(lái)讀取 X 和 Y 的位置 5 靜態(tài) Standby 模式 當(dāng) ADCCON 寄存器的 STDBM 位被設(shè)為 1 時(shí) Standby 模式被激活 在該模式下 A D 轉(zhuǎn)換操作停止 ADCDAT0 寄存器的 XPDATA 域和 ADCDAT1 寄存器的 YPDATA 正常 ADC 域保持著先前轉(zhuǎn)換所得的值 4 觸摸屏功能模塊程序設(shè)計(jì)與交叉編譯 4 1 功能模塊驅(qū)動(dòng)程序設(shè)計(jì) 4 1 1 觸摸屏設(shè)備驅(qū)動(dòng)中數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) 1 觸摸屏的 file operations static struct file operations s3c2410 fops owner THIS MODULE open s3c2410 ts open 6 read s3c2410 ts read release s3c2410 ts release ifdef USE ASYNC fasync s3c2410 ts fasync 異步通知 endif poll s3c2410 ts poll 輪詢 2 觸摸屏設(shè)備結(jié)構(gòu)體的成員與按鍵設(shè)備結(jié)構(gòu)體的成員類似 也包含一個(gè)緩沖區(qū) 同 時(shí)包括自旋鎖 等待隊(duì)列和 fasync struct 指針 typedef struct unsigned int penStatus PEN UP PEN DOWN PEN SAMPLE TS RET buf MAX TS BUF protect against overrun 環(huán)形緩沖區(qū) unsigned int head tail head and tail for queued events 環(huán)形緩沖區(qū)的頭尾 wait queue head t wq 等待隊(duì)列數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) spinlock t lock 自旋鎖 ifdef USE ASYNC struct fasync struct aq endif ifdef CONFIG PM struct pm dev pm dev endif TS DEV 3 觸摸屏結(jié)構(gòu)體中包含的 TS RET 值的類型定義 包 X Y 坐標(biāo)和狀態(tài) PEN DOWN PEN UP 等信息 這個(gè)信息會(huì)在用戶讀取觸摸信息時(shí)復(fù)制到用戶空間 typedef struct unsigned short pressure 壓力 這里可定義為筆按下 筆抬起 筆拖曳 unsigned short x 橫坐標(biāo)的采樣值 unsigned short y 縱坐標(biāo)的采樣值 unsigned short pad 填充位 7 TS RET 4 在觸摸屏設(shè)備驅(qū)動(dòng)中 將實(shí)現(xiàn) open release read fasync 和 poll 函數(shù) 因 此 其文件操作結(jié)構(gòu)體定義 觸摸屏驅(qū)動(dòng)文件操作結(jié)構(gòu)體 static struct file operations s3c2410 fops 4 1 2 觸摸屏驅(qū)動(dòng)模塊加載和卸載函數(shù) 1 在觸摸屏設(shè)備驅(qū)動(dòng)的模塊加載函數(shù)中 要完成申請(qǐng)?jiān)O(shè)備號(hào) 添加 cdev 申請(qǐng)中 斷 設(shè)置觸摸屏控制引腳 YPON YMON XPON XMON 等多項(xiàng)工作 2 可知觸摸屏驅(qū)動(dòng)中會(huì)產(chǎn)生兩類中斷 一類是觸點(diǎn)中斷 INT TC 一類是 X Y 位置轉(zhuǎn)換中斷 INT ADC 在前一類中斷發(fā)生后 若之前處于 PEN UP 狀態(tài) 則應(yīng)該 啟動(dòng) X Y 位置轉(zhuǎn)換 另外 將抬起中斷也放在 INT TC 處理程序中 它會(huì)調(diào)用 tsEvent 完 成等待隊(duì)列和信號(hào)的釋放觸摸屏設(shè)備驅(qū)動(dòng)的觸點(diǎn) 抬起中斷處理程序 static void s3c2410 isr tc int irq void dev id struct pt regs reg 當(dāng) X Y 位置轉(zhuǎn)換中斷發(fā)生后 應(yīng)讀取 X Y 的坐標(biāo)值 填入緩沖區(qū)觸摸屏設(shè)備驅(qū)動(dòng) X Y 位置轉(zhuǎn)換中斷處理程序 static void s3c2410 isr adc int irq void dev id struct pt regs reg 觸摸屏設(shè)備驅(qū)動(dòng)中獲得 X Y 坐標(biāo) s3c2410 get XY void 3 tsEvent 最終為 tsEvent raw 這個(gè)函數(shù)很關(guān)鍵 當(dāng)處于 PEN DOWN 狀態(tài)時(shí)調(diào)用 該函數(shù) 它會(huì)完成緩沖區(qū)的填充 等待隊(duì)列的喚醒以及異步通知信號(hào)的釋放 否則 處 于 PEN UP 狀態(tài) 將緩沖區(qū)頭清 0 也喚醒等待隊(duì)列并釋放信號(hào) 4 在包含了對(duì)拖動(dòng)軌跡支持的情況下 定時(shí)器會(huì)被啟用 周期為 10ms 在每次定時(shí) 器處理函數(shù)被引發(fā)時(shí) 調(diào)用 start ts adc 開(kāi)始 X Y 位置轉(zhuǎn)換過(guò)程觸摸屏設(shè)備驅(qū)動(dòng)的定時(shí)器 處理函數(shù) static void ts timer handler unsigned long data 5 在觸摸屏設(shè)備驅(qū)動(dòng)的打開(kāi)函數(shù)中 應(yīng)初始化緩沖區(qū) penStatus 和定期器 等待隊(duì) 列及 tsEvent 時(shí)間處理函數(shù)指針 觸摸屏設(shè)備驅(qū)動(dòng)的打開(kāi)函數(shù) static int s3c2410 ts open struct inode inode struct file filp 4 1 3 觸摸屏設(shè)備驅(qū)動(dòng)的讀函數(shù) 觸摸屏設(shè)備驅(qū)動(dòng)的讀函數(shù)實(shí)現(xiàn)緩沖區(qū)中信息向用戶空間的復(fù)制 當(dāng)緩沖區(qū)有內(nèi)容時(shí) 直接復(fù)制 否則 如果用戶阻塞訪問(wèn)觸摸屏 則進(jìn)程在等待隊(duì)列上睡眠 否則 立即返 8 回 EAGAIN 4 1 4 觸摸屏設(shè)備驅(qū)動(dòng)的輪詢與異步通知 在觸摸屏設(shè)備驅(qū)動(dòng)中 通過(guò) s3c2410 ts poll 函數(shù)實(shí)現(xiàn)了輪詢接口 這個(gè)函數(shù)的實(shí)現(xiàn) 非常簡(jiǎn)單 它將等待隊(duì)列添加到 poll table 當(dāng)緩沖區(qū)有數(shù)據(jù)時(shí) 返回資源可讀取標(biāo)志 否則返回 0 觸摸屏設(shè)備驅(qū)動(dòng)的 poll 函數(shù) static unsigned int s3c2410 ts poll struct file filp struct poll table struct wait 而為了實(shí)現(xiàn)觸摸屏設(shè)備驅(qū)動(dòng)對(duì)應(yīng)用程序的異步通知 設(shè)備 驅(qū)動(dòng)中要實(shí)現(xiàn) s3c2410 ts fasync 函數(shù) 觸摸屏設(shè)備驅(qū)動(dòng)的 fasync 函數(shù) static int s3c2410 ts fasync int fd struct file filp int mode 4 1 5 應(yīng)用程序的調(diào)試 使用 s3c2410 ts c 觸摸屏驅(qū)動(dòng)編寫(xiě)應(yīng)用程序 讀取觸摸屏的觸點(diǎn)坐標(biāo)值及動(dòng)作信息 并在串口中斷打印出來(lái)對(duì)觸摸屏設(shè)別的操作有打開(kāi)設(shè)備 關(guān)閉設(shè)備 讀操作等 編寫(xiě)應(yīng) 用程序讀取觸摸屏的觸點(diǎn)坐標(biāo)值及動(dòng)作信息時(shí) 只需利用觸摸屏驅(qū)動(dòng)程序便可實(shí)現(xiàn) 先 打開(kāi)觸摸屏設(shè)備 然后調(diào)用讀函數(shù)即可 其中 觸摸筆動(dòng)作取值如下 define PEN UP 0 觸摸筆抬筆 即觸摸屏不被壓下 define PEN DOWN 1 觸摸筆下筆 即觸摸屏被壓下 define PEN FLEETING 2 觸摸筆拖動(dòng) 結(jié)構(gòu)體定義如下 typedef struct unsigned short pressure 觸摸筆動(dòng)作 unsigned short x 觸點(diǎn) x 座標(biāo)值 unsigned short y 觸點(diǎn) y 座標(biāo)值 unsigned short pad TS RET 4 2 觸摸屏功能模塊交叉編譯 將編寫(xiě)好的源文件程序放在 cygwin 目錄中 交叉編譯生成文件 9 5 根文件系統(tǒng)建立與文件系統(tǒng)下載 5 1 Cramfs 根文件系統(tǒng)分析 一個(gè)完整的根文件系統(tǒng)通常包含以下幾個(gè)目錄 bin 應(yīng)用程序存放目錄 sbin 系統(tǒng)管理員服務(wù)程序 其中最重要的就是供內(nèi)核初始化之后執(zhí)行的 sbin init 進(jìn) 程 lib 存放程序運(yùn)行所需要的動(dòng)態(tài)庫(kù) proc 系統(tǒng)狀態(tài)文件目錄 dev 驅(qū)動(dòng)程序存放目錄 etc 系統(tǒng)配置文件及用戶數(shù)據(jù)存放目錄 mnt 用于設(shè)備安裝的目錄 通常包含 etc 子目錄和為塊設(shè)備安裝保留目錄 usr 用于存放用戶程序和配置文件的目錄 可以根據(jù)需要進(jìn)行設(shè)置 一般情況下都要把已經(jīng)規(guī)劃好的目錄結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換成一個(gè)映象文件 即使用命令工具 mkcram 把相應(yīng)的 cramfs 目錄樹(shù)壓縮為單一的映象文件 其命令格式為 mkcramfs h e edition i file n name dirname outfile 5 2 文件系統(tǒng)映像文件生成 1 構(gòu)建 cramfs 文件系統(tǒng) 將 image 中的 root cramfs tar bz2 拷貝到 SOURCEDIR 目錄 運(yùn)行 cygwin 執(zhí)行以下 命令解壓安裝 root root 文件夾中就是我們想要的 cramfs 文件系統(tǒng) 在 root 目錄中 新建 xx 文件夾 用于存放應(yīng)用程序 2 編譯應(yīng)用程序?qū)⒕帉?xiě)好的源文件 ts c 程序放在 cygwin 目錄中 3 拷貝測(cè)試程序到文件系統(tǒng)中 并編譯生成文件系統(tǒng)映象 新文件系統(tǒng)的制作 把剛才編譯輸出的 ts 文件拷貝到文件系統(tǒng)所在的工作目錄 root bin 目錄下 執(zhí)行以下命令生成新的文件系統(tǒng)映象 10 5 3 功能模塊運(yùn)行與調(diào)試 5 3 1 vivi 的燒寫(xiě) 1 首先把 SW104 短接 從 Nand Flash 啟動(dòng) 運(yùn)行 Embest online Flash Programmer for ARM version 3 0 以上 點(diǎn)擊菜單 Settings 選擇 Configure 項(xiàng) 配置當(dāng)前使用的 Embest JTAG 仿真器型號(hào)為 PowerICEARM9 并設(shè)置相應(yīng)的參數(shù) 2 點(diǎn)擊菜單 File 選擇 Open 打開(kāi)燒寫(xiě)配置文件 S3C2410 NandFLash vivi cfg Flash Programmer 的 Program 頁(yè)中選擇要燒寫(xiě)的文件 在 vivi bon load bin 3 點(diǎn)擊按鈕 Progarm 開(kāi)始燒寫(xiě) 直到燒寫(xiě)成功 4 連接串口線到 PC 機(jī) COM1 運(yùn)行光盤(pán)中提供的 Windows 超級(jí)終端 Hyper Terminal ht 5 把開(kāi)發(fā)板重新加電 程序運(yùn)行后 在超級(jí)終端上可以看到串口輸出類似以下信息 圖 5 3 1 1 6 看到以上信息后 表示正在等待用戶從超級(jí)終端下載文件 這時(shí) 請(qǐng)點(diǎn)擊超級(jí)終 端菜單 傳送 選擇 Xmodem 方式下載 vivi nand 文件 點(diǎn)擊 OK 后等待下載燒寫(xiě)結(jié)束即可 5 3 2 linux 內(nèi)核的燒寫(xiě) 1 首先 SW104 設(shè)為短接 從 Nand Flash 啟動(dòng) 并確定已經(jīng)燒寫(xiě) vivi nand 加電 2 在 vivi 啟動(dòng)等待中 敲入空格鍵進(jìn)入 vivi 界面環(huán)境 并輸入以下命令 vivi load flash kernel x 燒寫(xiě)更新內(nèi)核約 4 分鐘即可燒寫(xiě)完畢 3 點(diǎn)擊超級(jí)終端菜單中的 傳送 選 發(fā)送文件 zImage 燒寫(xiě)結(jié)束 重起實(shí)驗(yàn)板 11 觀測(cè)超級(jí)終端窗口提示信息就可以啟動(dòng) linux 內(nèi)核 5 3 3 cramfs 文件系統(tǒng)的燒寫(xiě) 1 首先 SW104 設(shè)為短接 確定已經(jīng)成功燒寫(xiě)