嵌入式Linux触摸屏驱动开发：从设备树到校准算法

随着嵌入式系统的广泛应用，触摸屏作为人机交互的重要接口，其驱动开发变得愈发重要。本文将详细介绍在嵌入式Linux环境下，触摸屏驱动的开发流程，从设备树的配置到校准算法的实现，为读者提供一个全面的开发指南。

一、设备树配置

在嵌入式Linux系统中，设备树（Device Tree）是一种描述硬件数据结构的机制，它使得操作系统能够识别和管理硬件资源。对于触摸屏驱动的开发，首先需要在设备树中配置触摸屏的相关信息。

设备树文件通常以.dts或.dtsi为扩展名，它们使用设备树语法来描述硬件信息。例如，对于一个I2C接口的触摸屏控制器，设备树配置可能如下：

dts

&i2c1 {

   touchscreen@48 {

       compatible = "vendor,touchscreen-model";

       reg = <0x48>;

       interrupt-parent = <&gpio>;

       interrupts = <GPIO_PIN IRQ_TYPE>;

       reset-gpios = <&gpio GPIO_PIN GPIO_ACTIVE_LOW>;

       status = "okay";

   };

};

在上述配置中，compatible属性用于匹配驱动程序，reg属性指定了I2C从设备地址，interrupts属性指定了中断引脚和类型，reset-gpios属性用于配置复位引脚。

二、触摸屏驱动开发

在设备树配置完成后，接下来需要编写触摸屏驱动程序。触摸屏驱动通常遵循Linux输入子系统的框架，通过input模块提供的接口与内核进行交互。

以下是一个简单的触摸屏驱动框架示例：

c

#include <linux/module.h>

#include <linux/input.h>

#include <linux/i2c.h>

#include <linux/of.h>

#include <linux/of_gpio.h>

#include <linux/delay.h>

#define DRIVER_NAME "touchscreen_driver"

struct touchscreen_data {

   struct i2c_client *client;

   struct input_dev *input_dev;

   int irq;

};

static int touchscreen_probe(struct i2c_client *client,

                            const struct i2c_device_id *id)

{

   struct touchscreen_data *ts_data;

   struct device_node *np = client->dev.of_node;

   struct input_dev *input_dev;

   int error;

   ts_data = devm_kzalloc(&client->dev, sizeof(struct touchscreen_data), GFP_KERNEL);

   if (!ts_data)

       return -ENOMEM;

   ts_data->client = client;

   ts_data->irq = of_irq_get_byname(np, "interrupt-gpios");

   if (ts_data->irq < 0) {

       dev_err(&client->dev, "Failed to get IRQ\n");

       return ts_data->irq;

   }

   input_dev = input_allocate_device();

   if (!input_dev) {

       dev_err(&client->dev, "Failed to allocate input device\n");

       return -ENOMEM;

   }

   ts_data->input_dev = input_dev;

   input_dev->name = "Touchscreen";

   input_dev->id.bustype = BUS_I2C;

   input_dev->evbit[0] = BIT_MASK(EV_ABS);

   input_set_abs_params(input_dev, ABS_MT_POSITION_X, 0, 1023, 0, 0);

   input_set_abs_params(input_dev, ABS_MT_POSITION_Y, 0, 1023, 0, 0);

   input_set_abs_params(input_dev, ABS_MT_PRESSURE, 0, 255, 0, 0);

   error = input_register_device(input_dev);

   if (error) {

       dev_err(&client->dev, "Failed to register input device\n");

       return error;

   }

   error = request_threaded_irq(ts_data->irq, NULL, touchscreen_irq_thread,

                                IRQF_TRIGGER_FALLING | IRQF_ONESHOT,

                                DRIVER_NAME, ts_data);

   if (error) {

       dev_err(&client->dev, "Failed to request IRQ\n");

       return error;

   }

   return 0;

}

static int touchscreen_remove(struct i2c_client *client)

{

   struct touchscreen_data *ts_data = i2c_get_clientdata(client);

   free_irq(ts_data->irq, ts_data);

   input_unregister_device(ts_data->input_dev);

   return 0;

}

static const struct i2c_device_id touchscreen_id[] = {

   { DRIVER_NAME, 0 },

   { }

};

static struct of_device_id touchscreen_of_match[] = {

   { .compatible = "vendor,touchscreen-model", },

   { }

};

static struct i2c_driver touchscreen_driver = {

   .driver = {

       .name = DRIVER_NAME,

       .of_match_table = touchscreen_of_match,

   },

   .probe = touchscreen_probe,

   .remove = touchscreen_remove,

   .id_table = touchscreen_id,

};

module_i2c_driver(touchscreen_driver);

MODULE_LICENSE("GPL");

MODULE_AUTHOR("Your Name");

MODULE_DESCRIPTION("Touchscreen Driver for Linux");

MODULE_VERSION("0.1");

三、触摸屏校准算法

触摸屏在使用过程中，由于制造误差、安装偏差等原因，可能会出现触摸坐标偏移、缩放等问题。因此，触摸屏校准算法显得尤为重要。

一种常用的触摸屏校准算法是线性校准算法。该算法通过采集触摸屏上多个点的实际触摸坐标和理论坐标，计算出校准参数（如偏移量、缩放因子等），然后将这些参数应用到后续的触摸事件处理中。

以下是一个简单的线性校准算法示例：

c

#define NUM_CALIBRATION_POINTS 5

struct calibration_point {

   int x_actual;

   int y_actual;

   int x_expected;

   int y_expected;

};

struct calibration_data {

   int x_offset;

   int y_offset;

   float x_scale;

   float y_scale;

};

void calibrate_touchscreen(struct calibration_point points[], int num_points,

                         struct calibration_data *calib_data)

{

   int sum_x_actual = 0, sum_y_actual = 0;

   int sum_x_expected = 0, sum_y_expected = 0;

   for (int i = 0; i < num_points; i++) {

       sum_x_actual += points[i].x_actual;

       sum_y_actual += points[i].y_actual;

       sum_x_expected += points[i].x_expected;

       sum_y_expected += points[i].y_expected;

   }

   calib_data->x_offset = (sum_x_expected - sum_x_actual) / num_points;

   calib_data->y_offset = (sum_y_expected - sum_y_actual) / num_points;

   calib_data->x_scale = (float)(sum_x_expected) / sum_x_actual;

   calib_data->y_scale = (float)(sum_y_expected) / sum_y_actual;

}

void apply_calibration(struct input_dev *input_dev, struct calibration_data *calib_data,

                      int x, int y, int pressure)

{

   int calibrated_x = (int)((x - calib_data->x_offset) * calib_data->x_scale);

   int calibrated_y = (int)((y - calib_data->y_offset) * calib_data->y_scale);

   input_report_abs(input_dev, ABS_MT_POSITION_X, calibrated_x);

   input_report_abs(input_dev, ABS_MT_POSITION_Y, calibrated_y);

   input_report_abs(input_dev, ABS_MT_PRESSURE, pressure);

   input_sync(input_dev);

}

在驱动程序中，可以在触摸屏初始化或校准过程中调用calibrate_touchscreen函数计算校准参数，并在触摸事件处理中调用apply_calibration函数应用校准参数。

通过以上步骤，我们可以完成从设备树配置到触摸屏驱动开发，再到校准算法实现的全过程。这为嵌入式Linux系统中触摸屏的应用提供了坚实的基础。