【文章內容簡介】 色的調色板顯示模式 －支持 64K 和 16M 色非調色板顯示模式 專科生畢業(yè)設計（論文） 6 －支持分辯率為 640*480， 320*240 及其它多種規(guī)格的 LCD 對于控制 TFT 屏來說，除了要給它送視頻資料（ VD[23:0]）以外，還有以下一些信號是必不可少的，分別是： VSYNC（ VFRAME） ：幀同步信號 HSYNC（ VLINE） ：行同步信號 VCLK ：像數(shù)時鐘信號 VDEN（ VM） ：數(shù)據(jù)有效標志信號 圖 是 S3C2410 內部的 LCD 控制器的邏輯示意 圖： 圖 S3C2410 內部 LCD 邏輯圖 REGBANK 是 LCD 控制器的寄存器組，用來對 LCD 控制器的各項參數(shù)進行設置。而 LCDCDMA 則是 LCD 控制器專用的 DMA 信道，負責將視頻資料從系統(tǒng)總線（ System Bus）上取來，通過 VIDPRCS 從 VD[23:0]發(fā)送給 LCD 屏。同時 TIMEGEN 和 LPC3600 負責產生 LCD 屏所需要的控制時序，例如 VSYNC、HSYNC、 VCLK、 VDEN，然后從 VIDEO MUX 送給 LCD 屏。 TFT 屏時序分析 圖 是 TFT 屏的典型時序。其中 VSYNC 是幀同步信號， VSYNC 每發(fā)出1 個脈沖，都意味著新的 1 屏視頻資料開始發(fā)送。而 HSYNC 為行同步信號，每個HSYNC 脈沖都表明新的 1 行視頻資料開始發(fā)送。而 VDEN 則用來標明視頻資料的有效， VCLK 是用來鎖存視頻資料的像數(shù)時鐘。 并且在幀同步以及行同步的頭尾都必須留有回掃時間，例如對于 VSYNC 來說前回掃時間就是（ VSPW+1）＋（ VBPD+1），后回掃時間就是（ VFPD+1）； HSYNC亦類同。這樣的時序要求是當初 CRT 顯示器由于電子槍偏轉需要時間，但后來成 ?？粕厴I(yè)設計（論文） 7 了實際上的工業(yè)標準，乃至于后來出現(xiàn)的 TFT 屏為了在時序上于 CRT 兼容，也采用了這樣的控制時序。 圖 TFT 屏時序 本設計是 YFARM9EDU1 采用的是 Samsung公司的 1 款 寸 TFT 真彩 LCD屏，分辯率為 240*320，下圖為該屏的時序要求。 ?？粕厴I(yè)設計（論文） 8 圖 要求時序 通過對比圖 和圖 ，看出： VSPW+1=2 VSPW=1 VBPD+1=2 VBPD=1 LINVAL+1=320 LINVAL=319 VFPD+1=3 VFPD=2 HSPW+1=4 HSPW=3 HBPD+1=7 HBPW=6 HOZVAL+1=240 HOZVAL=239 HFPD+1=31 HFPD=30 以上各參數(shù)，除了 LINVAL 和 HOZVAL 直接和屏的分辯率有關，其它的參數(shù)在實際操作過程中應以上面的為參考，不應偏差太多。 LCD 控制器主要寄存器功能詳解 (1)LCDCON1 圖 掃描 ?？粕厴I(yè)設計（論文） 9 LINECNT ：當前行掃描計數(shù)器值，標明當前掃描到了多少行 CLKVAL ：決定 VCLK 的分頻比。 LCD 控制器輸出的 VCLK 是直接由系統(tǒng)總線（ AHB）的工作頻率 HCLK 直接分頻得到的。做為 240*320 的 TFT 屏，應保證得出的 VCLK 在 5~10MHz 之間 MMODE ： VM 信號的觸發(fā)模式（僅對 STN 屏有效，對 TFT 屏無意義） PNRMODE ：選擇當前的顯示模式，對于 TFT 屏而言，應選擇 [11]，即 TFT LCD panel BPPMODE ：選擇色彩模式，對于真彩顯示而言，選擇 16bpp（ 64K 色）即可滿足要求 ENVID ：使能 LCD 信號輸出 ?？粕厴I(yè)設計（論文） 10 圖 各項含義體現(xiàn) VBPD ， LINEVAL ， VFPD ， VSPW 的各項含義已經在前面的時序圖中得到體現(xiàn)，這里不再贅述。 HBPD ， HOZVAL ， HFPD 的各項含義已經在前面的時序圖中得到體現(xiàn) 。 手觸屏設計 本設計基于三星 S3C2410X 微處理器，采用 SPI 接口與 ADS7843 觸摸屏控制器芯片完成觸摸屏模塊的設計。具體包括在嵌入式 Linux 操作系統(tǒng)中的軟件驅動開發(fā)，采用內核定時器的下半部機制進行了觸摸屏硬件中斷程序設計，采用 16 個時 ?？粕厴I(yè)設計（論文） 11 鐘周期的坐標轉換時序，實現(xiàn)觸摸點數(shù)據(jù)采集的方法，給出了坐標采集的流程。當駕駛人進入汽車點擊密碼，汽車發(fā)動。（ XP YP YM XM 為 0～ 9 輸入數(shù)字） 硬件 設計 SPI 接口是 Motorola 的一種同步串行接口，采用全雙工、四線通信系統(tǒng)，S3C2410X 是三星推出的自帶觸摸屏接口的 ARM920T 內核芯片， ADS7843 為BurrBrown 生產的一款性能優(yōu)異的觸摸屏控制器。本設計采用 SPI 接口的觸摸屏控制器 ADS7843 外接四線電阻式觸摸屏，這種方式最顯著的特點是響應速度更快、靈敏度更高，微處理器與觸摸屏控制器間的通訊時間大大減少，提高了微處理器的效率。 ADS7843 與 S3C2410 的硬件連接如圖 1 所示，鑒于 ADS7843 差分工作模式的優(yōu)點，在硬件電路中將其配置為差分模式。 圖 觸摸屏輸入系統(tǒng)示意圖 嵌入式 Linux 系統(tǒng)下的驅動程序 設備驅動程序是 Linux 內核的重要組成部分，控制了操作系統(tǒng)和硬件設備之間的交互。 Linux 的設備管理是和文件系統(tǒng)緊密結合的，各種設備都以文件的形式存放在 /dev 目錄下，成為設備文件。應用程序可以打開、關閉、讀寫這些設備文件，對設備的操作就像操作普通的數(shù)據(jù)文件一樣簡便。為開發(fā)便利、提高效率，本設計采用可安裝模塊方式開發(fā)調試觸摸屏驅動程序。 設備驅動在加載時首先需要調用入口函數(shù) init_module()，該函數(shù)完成設備驅動的 初始化工作。其中最重要的工作就是向內核注冊該設備，對于字符設備調用register_chrdev()完成注冊，對于塊設備需要調用 register_blkdev()完成注冊。注冊成功后，該設備獲得了系統(tǒng)分配的主設備號、自定義的次設備號，并建立起與文件系統(tǒng)的關聯(lián)。字符設備驅動程序向 Linux 內核注冊登記時，在字符設備向量表 專科生畢業(yè)設計（論文） 12 chrdevs 中增加一個 device_struct 數(shù)據(jù)結構條目，這個設備的主設備標識符用作這個向量表的索引。向量表中的每一個條目，即一個 device_struct 數(shù)據(jù)結構包括兩個元素：一個登記 的設備驅動程序的名稱的指針和一個指向一組文件操作的指針。這塊文件操作本身位于這個設備的字符設備驅動程序中，每一個都處理特定的文件操作，比如打開、讀寫和關閉。所謂登記，就是將由模塊提供的 file_operations結構指針填入 device_struct 數(shù)據(jù)結構數(shù)組的某個表項。登記以后，位于上層的模塊(內核 )可以 “看見 ”這個模塊了。但是，應用程序卻還不能 “看見 ”它，因而還不能通過系統(tǒng)調用它。要使應用程序能 “看見 ”這個模塊或者它所驅動的設備，就要在文件系統(tǒng)中為其創(chuàng)建一個代表它的節(jié)點。通過系統(tǒng)調用 mknod()創(chuàng) 建代表此項設備的文件節(jié)點 ——設備入口點，就可使一項設備在系統(tǒng)中可見，成為應用程序可以訪問的設備。另外，設備驅動在卸載時需要回收相應的資源，令設備的相應寄存器值復位并從系統(tǒng)中注銷該設備。 Linux 操作系統(tǒng)通過系統(tǒng)調用和硬件中斷完成從用戶空間到內核空間的控制轉移。設備驅動模塊的功能就是擴展內核的功能，主要完成兩部分任務：一個是系統(tǒng)調用，另一個是處理中斷。圖 2 是一個設備驅動模塊動態(tài)掛接、卸載和系統(tǒng)調用的全過程。系統(tǒng)調用部分則是對設備的操作過程，比如 open， read， write， ioctl等操作，設備驅動程序所 提供的這組入口點由幾個結構向系統(tǒng)進行說明，分別是file_operations 數(shù)據(jù)結構、 inode 數(shù)據(jù)結構和 file 數(shù)據(jù)結構。內核內部通過 file 結構識別設備，通過 file_operations 數(shù)據(jù)結構提供文件系統(tǒng)的入口點函數(shù)，也就是訪問設備驅動的函數(shù)，結構中的每一個成員都對應著一個系統(tǒng)調用。在嵌入式系統(tǒng)的開發(fā)中，我們一般僅僅實現(xiàn)其中幾個接口函數(shù)： read、 write、 open、 ioctl 及 release就可以完成應用系統(tǒng)需要的功能。寫驅動程序的任務之一就是完成 file_operations中的函數(shù)指針。 (1) 觸摸屏驅動程序 設計 的關鍵 觸摸屏驅動程序中重要數(shù)據(jù)結構 typedef struct { unsigned short pressure。 unsigned short x。 unsigned short y。 unsigned short pad。 } TS_RET。 typedef struct { unsigned int PenStatus。 TS_RET buf[MAX_TS_BUF]。 ?？粕厴I(yè)設計（論文） 13 unsigned int head, tail。 wait_queue_head_t wq。 spinlock_t lock。 } TS_DEV。 static struct file_operations s3c2410_fops = { owner: THIS_MODULE, open: s3c2410_ts_open, read: s3c2410_ts_read, release: s3c2410_ts_release, poll: s3c2410_ts_poll, }。 在程序中有三個重要的數(shù)據(jù)結構：用于表示筆觸點數(shù)據(jù)信息的 結構 TS_RET，表示 ADS7843 中有關觸摸屏控制器信息的結構 TS_DEV，以及驅動程序與應用程序的接口 file_operations 結構的 s3c2410_fops。 TS_RET 結構體中的信息就是驅動程序提供給上層應用程序使用的信息，用來存儲觸摸屏的返回值。上層應用程序通過讀接口，從底層驅動中讀取信息，并根據(jù)得到的值進行其他方面的操作。 TS_DEV 結構用于記錄觸摸屏運行的各種狀態(tài)， PenStatus 包括 PEN_UP、PEN_DOWN 和 PEN_FLEETING。 buf[MAX_TS_BUF]是用來存 放數(shù)據(jù)信息的事件隊列， head、 tail 分別指向事件隊列的頭和尾。程序中的筆事件隊列是一個環(huán)形結構，當有事件加入時，隊列頭加一，當有事件被取走時，隊列尾加一，當頭尾位置指針一致時讀取筆事件的信息，進程會被安排進入睡眠。 wq 等待隊列，包含一個鎖變量和一個正在睡眠進程鏈表。當有好幾個進程都在等待某件事時， Linux 會把這些進程記錄到這個等待隊列。它的作用是當沒有筆觸事件發(fā)生時，阻塞上層的讀操作，直到有筆觸事件發(fā)生。 lock 使用自旋鎖，自旋鎖是基于共享變量來工作的，函數(shù)可以通過給某個變量設置一個特殊值來獲得鎖。而 其他需要鎖的函數(shù)則會循環(huán)查詢鎖是否可用。 MAX_TS_BUF 的值為 16，即在沒有被讀取之前，系統(tǒng)緩沖區(qū)中最多可以存放 16 個筆觸數(shù)據(jù)信息。 s3c2410_fops 就是內核對驅動的調用接口，完成了將驅動函數(shù)映射為標準接口。上面的這種特殊表示方法不是標準 C 的語法，而是 GNU 編譯器的一種特殊擴展，它使用名字進行結構字段的初始化，它的好處體現(xiàn)在結構清晰，易于理解，并且避免了結構發(fā)生變化帶來的許多問題。 (2) init_module 函數(shù) 這是模塊的入口函數(shù)。在函數(shù)內部通過 s3c2410_ts_init( )實現(xiàn)模塊 的初始化工作。在本設計中設備與系統(tǒng)之間以中斷方式進行數(shù)據(jù)交換。整個觸摸屏的驅動程序處理比較復雜，而且耗時較長，因而觸摸屏驅動程序不可能在中斷服務程序中 ?？粕厴I(yè)設計（論文） 14 完成。在 Linux 操作系統(tǒng)中一般把中斷處理切為兩個部分或兩半。中斷處理程序是上半部 ——接收到一個中斷，它就立即開始執(zhí)行，但只做有嚴格時限的工作，例如對接收的中斷進行應答或復位硬件。這些工作都是在所有中斷被禁止的情況下完成的，能夠被允許稍后完成的工作會推遲到下半部去。在 Linux 中下半部的實現(xiàn)有多種機制。按觸摸屏時，從 ADS7843 輸出的數(shù)值有一個抖動過程，即從 ADS7846輸出的數(shù)值有一個不穩(wěn)定時期，這個過程大約為 10ms。所以中斷處理程序的下半部處理函數(shù)采用內核定時器機制，使下半部在中斷發(fā)生 50ms 后再作處理。這樣有效地避開了 ADS7843 輸出值的不穩(wěn)定時期，使中斷服務程序和中斷處理任務串行化，達到了處理時間較長的觸摸屏事件的目的。驅動程序通過 request_irq 函數(shù)注冊并激活一個中斷處理程序，以便處理中斷。 int reguest_irq(unsigned int irq, void(*handler)(int, void *, struct pt_regs *), unsigned long irq_flags, const char *dev_name, void *dev