摘 要: 本文介紹了一個在嵌入式Linux平臺上編寫觸摸屏驅(qū)動的實例。本平臺基于摩托羅拉公司的Powerpc823e CPU 芯片，并采用個性化的Linux2.4.4內(nèi)核作為它的微型操作系統(tǒng)，介紹了如何通過對823e的SPI接口的操作實現(xiàn)與 觸摸屏控制芯片ADS7846的通信。本文在構(gòu)造硬件的基礎(chǔ)上說明了觸摸屏驅(qū)動程序的C語言實現(xiàn)。

關(guān)鍵詞：Linux內(nèi)核；PowerPC 823e；SPI接口；ADS7846；觸摸屏驅(qū)動

引言

　　觸摸屏因方便靈活、節(jié)省空間、直觀等特點，作為嵌入式系統(tǒng)的輸入設(shè)備越來越受各種終端產(chǎn)品生廠商的青睞。而linux操作系統(tǒng)因為有著源代碼公開、便于裁減的優(yōu)點，是當(dāng)前嵌入式系統(tǒng)的一大熱門選擇。本文將在構(gòu)造硬件的基礎(chǔ)上，深入的討論如何在linux操作系統(tǒng)里編寫一個觸摸屏驅(qū)動。

SPI接口的簡介

　　串行外圍設(shè)備接口SPI總線技術(shù)是摩托羅拉公司推出的一種全雙工、同步串行接口，它提供了功能強(qiáng)大的四線接口（接收線、傳輸線、時鐘線和從片選線）。

　　SPI的從設(shè)備和主設(shè)備共用一個時鐘線，而時鐘始終是從主設(shè)備里發(fā)送出來的。當(dāng)823e是主模式的時候，片選信號線就停用，如果是從模式的話，它的從片選線低電平使能。在本例中，823e是主設(shè)備，所以我們另外選用了一個823e的GPIO（通用輸入輸出口）作為從設(shè)備的片選信號。大多數(shù)同步串行式數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器都很容易與這種接口連接,其硬件功能很強(qiáng)，所以，與SPI有關(guān)的軟件就相當(dāng)簡單，使CPU有更多的時間處理其他事務(wù)。

觸摸屏的硬件

　　觸摸屏輸入系統(tǒng)由觸摸屏、觸摸屏控制芯片和數(shù)據(jù)處理器三部分組成。觸摸屏按其技術(shù)原理可分為五類：矢量壓力傳感式、電阻式、電容式、紅外線式和表面聲波式，其中電阻式觸摸屏在嵌入式系統(tǒng)中用的較多。
如圖1所示，我們選用的觸摸屏是AMD公司的電阻式觸摸屏AMT 9502。觸摸屏控制芯片是TI公司的模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片ADS7846。該芯片支持SPI通信協(xié)議，所以我們就用823e的SPI接口與ADS7846芯片通信，從觸摸屏得到的模擬信號經(jīng)過模數(shù)轉(zhuǎn)換器后輸入作為數(shù)據(jù)處理器的823e。

軟件程序

　　823e通過SPI接口與觸摸屏控制器通信，所以對觸摸屏的控制就是對SPI接口的操作。完成SPI接口驅(qū)動的編寫之后，就能夠與觸摸屏控制器建立通信。在linux內(nèi)核運(yùn)行完畢之后，SPI接口要打開，并且已經(jīng)分配了一部分內(nèi)存供它使用。同時，SPI的中斷程序已經(jīng)加入等待隊列，一旦SPI接口有中斷，SPI的中斷服務(wù)程序就被喚醒，開始運(yùn)行。這部分的工作是在系統(tǒng)啟動過程中運(yùn)行的初始化函數(shù)來完成的。下面將結(jié)合源代碼來討論初始化函數(shù)的編寫，其中，就兩點進(jìn)行重點討論。

圖1 觸摸屏輸入系統(tǒng)示意圖(略)
圖2 SPI內(nèi)存格式(略)
圖3 SPI時序圖(略)

microcode的使用

　　因為SCCx的網(wǎng)絡(luò)參數(shù)空間和SPI的參數(shù)空間有沖突，如果要在使用SCCx作為網(wǎng)口的同時還使用SPI驅(qū)動的話，就要裝載microcode，然后重新定位SPI的參數(shù)空間。而micropatch就是裝載microcode的一個文件，這個文件里的microcode可以到motorola的官方網(wǎng)站上去下載。

　　CPM包括一部分雙向RAM口，稱為參數(shù)RAM，它包括USB、SCC、SMC、SPI、I2C和IDMA信道操作。其中，SPI和I2C參數(shù)區(qū)域可以被重新定位到另外的32位的參數(shù)區(qū)域。仔細(xì)閱讀完下面的代碼，就可以很好的理解這個過程是如何操作的了：
spi = (spi_t *)&cp->cp_dparam[PROFF_SPI];
printk(" the spi addr is %p ",spi);
if ((reloc = spi->spi_rpbase))
{
spi = (spi_t *)&cp->cp_dpmem[spi->spi_rpbase];
printk(" MICROCODE RELOCATION PATCH ");
}
上面這一端代碼的作用是：首先查詢是否已經(jīng)使用了microcode，然后取得重新定位后的指針（裝載microcode和重新定位的操作在microcode.c里完成）。

RAM里的SPI描述符

　　有關(guān)SPI接口的描述符保存在緩沖區(qū)里，緩沖區(qū)的地址由雙向RAM里SPI緩沖區(qū)描述符指定。要發(fā)送的數(shù)據(jù)在發(fā)送緩沖區(qū)里，接收的數(shù)據(jù)將被存到發(fā)送緩沖區(qū)里。緩沖區(qū)描述符環(huán)路組成一個環(huán)路，幫助逐步傳輸（接收）想要發(fā)送（接收）的數(shù)據(jù)。正是由于這些緩沖區(qū)描述符，通信處理模塊才能夠完成通信，并且說明并處理錯誤。

可以通過一段代碼來看上面示意圖的過程是如何在初始化函數(shù)里實現(xiàn)的：

spi->spi_rbase = r_rbase = dp_addr;
spi->spi_tbase = r_tbase = dp_addr + sizeof(cbd_t);
/*把RXBD RING的地址寫入POINTER TO SPI RX RING
把 TXBD RINT 的地址寫入POINTER TO SPI TX RING*/
spi->spi_rbptr = spi->spi_rbase;
spi->spi_tbptr = spi->spi_tbase;
/*以上的兩句代碼必須得寫，否則的話就會在讀寫氖焙蛩闌?/
tbdf = (cbd_t *)&cp->cp_dpmem[r_tbase];
rbdf = (cbd_t *)&cp->cp_dpmem[r_rbase];
/*從這句代碼里可以看出，RXBDRING的地址是在雙向RAM里*/
tbdf->cbd_sc &= ~BD_SC_READY;
rbdf->cbd_sc &= ~BD_SC_EMPTY;
/*設(shè)置RING的狀態(tài)，發(fā)送的RING 設(shè)置成非準(zhǔn)備發(fā)送狀態(tài)，
接受的RING設(shè)置成非準(zhǔn)備接受狀態(tài)*/
rxbuffer = m8xx_cpm_hostalloc(2);
txbuffer = m8xx_cpm_hostalloc(2);/*得到兩個空間 */
tbdf->cbd_bufaddr = __pa(txbuffer);
rbdf->cbd_bufaddr = __pa(rxbuffer);

/*內(nèi)存映射；并把DATA POINTER 設(shè)置成RX DATA BUFFER 的地址*/
以上的代碼是初始化函數(shù)里完成的，一旦初始化函數(shù)正確運(yùn)作，就可以采取正確的步驟進(jìn)行SPI口通信了。以上初始化完之后，要調(diào)用cpm_install_handler函數(shù)，該函數(shù)的作用是把中斷函數(shù)注冊進(jìn)內(nèi)核，一旦SPI口產(chǎn)生硬件中斷，就調(diào)用中斷函數(shù)，中斷函數(shù)的編寫可以依據(jù)不同系統(tǒng)的不同需要，在本例中，我們使得一旦調(diào)用中斷函數(shù)，就讀取SPI接收到的數(shù)據(jù)。

接下來以如何發(fā)送數(shù)據(jù)為例，分析如何操作SPI口通信。

發(fā)送數(shù)據(jù)的步驟

　　在此例中，設(shè)SPI接口為主模式。為了開始數(shù)據(jù)傳送過程，內(nèi)核把要傳送的數(shù)據(jù)寫到一個數(shù)據(jù)緩沖區(qū)，然后配置緩沖區(qū)描述符，以達(dá)到傳送的目的。以下給出發(fā)送數(shù)據(jù)的一段代碼，通過代碼解釋傳輸?shù)倪^程。
memset((void*)txbuffer,0,2);/*清空buffer*/
tbdf->cbd_sc = BD_SC_READY | BD_SC_LAST | BD_SC_WRAP;
tbdf->cbd_datlen = 2;
/*設(shè)置發(fā)送緩沖區(qū)的狀態(tài)控制寄存器的值和發(fā)送數(shù)據(jù)的個數(shù)*/
rbdf->cbd_sc = BD_SC_EMPTY | BD_SC_WRAP;
rbdf->cbd_datlen = 0;
/*由于并不打算接受數(shù)據(jù)，所以個數(shù)為0*/
cp->cp_spmode = 0x777f;
cp->cp_spie = 0xff；
cp->cp_spim = 0x37;
/*設(shè)置SPI接口寄存器的值，以便發(fā)送數(shù)據(jù)，設(shè)置SPI接口的
主或從模式必須在發(fā)送函數(shù)里設(shè)置，否則的話，不能發(fā)送數(shù)據(jù)*/
cp->cp_spcom |= 0x80;/*開始發(fā)送數(shù)據(jù)*/
udelay(1000);/*必須得等待，否則的話不能正確讀到緩沖區(qū)狀態(tài)控制寄存器的值*/
if((tbdf->cbd_sc & 0x8000))
printk(" spi write error !");
memset((void*)rxbuffer,0,2);

　　數(shù)據(jù)通信過程中，最重要的是時序，正確的時序要通過反復(fù)的實驗才能得到。圖3是在實驗過程中得到的邏輯圖（安捷倫公司的1672G邏輯分析儀測試結(jié)果）。其中，CS是片選信號，CK是時鐘信號，DO是823e發(fā)送的數(shù)據(jù)。可以使用邏輯分析儀來閱讀得到的數(shù)據(jù)是否和設(shè)備發(fā)送的數(shù)據(jù)一致。正確的通信必須經(jīng)過長時間的調(diào)試才能夠取得。

對ADS7846的操作

　　根據(jù)ADS7846的使用手冊，驅(qū)動程序必須在初始化的時候與ADS7846建立通信。所以，823e首先要向ADS7846發(fā)送命令，得到ADS7846的回復(fù)后建立通信。驅(qū)動程序調(diào)用SPI的讀寫函數(shù)來實現(xiàn)對ADS7846的操作。