嵌入式课程设计文档格式.docx

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X电极和Y电极的正负端由导电条分别从两端引出,且X电极和Y电极导电条的位置相互垂直,引出端X-、X+、Y-、Y+共4条线【6】。

图2.1四线电阻式触摸屏结构图

当有物体接触触摸屏表面并施以一定的压力时,上层的ITO导电层发生形变与下层ITO发生接触,形成可等效为图2.2的分压电路。

图2.2电阻触屏分压电路图

控制器通过下述方法即可确定触摸点位置:

（1）在X+电极施加驱动电压,X-电极接地,Y+作为引出端测量得到接触点的电压,触点电压与驱动电压之比等于触点X坐标与屏宽度之比,得到X坐标。

（2）在Y+电极施加驱动电压,Y-电极接地,X+作为引出端测量得到接触点的电压,触点电压与驱动电压之比等于触点Y坐标与屏高度之比,得到Y坐标。

因此,计算触摸点的坐标首先需要对触摸屏的引脚电平进行切换控制,使其处于合适的状态。

然后通过ADC转换采集到的接触点电压值,进行相应的计算。

触摸屏接口工作模式有以下几种：

（1）普通转换模式

普通转换模式（AUTO_PST=0，XY_PST=0）是用作一般目的下的ADC转换。

这个模式可以通过设置ADCCON和ADCTSC来进行对AD转换的初始化；

而后读取ADCDAT0（ADC数据寄存器0）的XPDATA域（普通ADC转换）的值来完成转换。

（2）分离的X/Y轴坐标转换模式：

X轴坐标转换和Y轴坐标转换。

X轴坐标转换（AUTO_PST=0且XY_PST=1）将X轴坐标转换数值写入到ADCDAT0寄存器的XPDATA域。

转换后，触摸屏接口将产生中断源（INT_ADC）到中断控制器。

Y轴坐标转换（AUTO_PST=0且XY_PST=2）将X轴坐标转换数值写入到ADCDAT1寄存器的YPDATA域。

（3）自动（连续）X/Y轴坐标转换模式。

自动（连续）X/Y轴坐标转换模式（AUTO_PST=1且XY_PST=0）以下面的步骤工作：

触摸屏控制器将自动地切换X轴坐标和Y轴坐标并读取两个坐标轴方向上的坐标。

触摸屏控制器自动将测量得到的X轴数据写入到ADCDAT0寄存器的XPDATA域，然后将测量到的Y轴数据到ADCDAT1的YPDATA域。

自动（连续）转换之后，触摸屏控制器产生中断源（INT_ADC）到中断控制器。

（4）等待中断模式

当触摸屏控制器处于等待中断模式下时，它实际上是在等待触摸笔的点击。

在触摸笔点击到触摸屏上时，控制器产生中断信号（INC_TC）。

中断产生后，就可以通过设置适当的转换模式（分离的X/Y轴坐标转换模式或自动X/Y轴坐标转换模式）来读取X和Y的位置。

（5）静态（Standby）模式

当ADCCON寄存器的STDBM位被设为1时，Standby模式被激活。

在该模式下，A/D转换操作停止，ADCDAT0寄存器的XPDATA域和ADCDAT1寄存器的YPDATA（正常ADC）域保持着先前转换所得的值【7】。

3总体设计

3.1设计总体方案

3.1.1软件

（1）EmbestOnlineFlashProgrammerForARM:

EmbestFlash在线编程器，如图3.1所示。

（2）HYPERTERMINAL（超级终端）：

传送vivi.nand如图3.2所示。

图3.1EmbestFlash在线编程器

图3.2传送vivi.nand

vivi>

loadflashkernelx<

回车>

烧写更新内核，传送zImage文件;

等待传送内核文件，如图3.3所示。

图3.3等待传送内核文件

传送内核，如图3.4所示。

图3.4传送内核

loadflashrootj<

烧写更新文件系统;

烧写新的文件系统loadflashrootj，如图3.5所示。

图3.5烧写新的文件系统loadflashrootj

（3）EmbestIDEProforARM:

应用于嵌入式软件开发的新一代集成开发环境，是一个高度集成的图形界面操作环境，包含编辑器、编译汇编链接器、调试器、工程管理、Flash编程等工具；

支持的开发语言包括标准C和汇编语言。

（4）cygwin:

一个在windows平台上运行的unix模拟环境，它对于学习unix/linux操作环境，或者从unix到windows的应用程序移植，或者进行某些特殊的开发工作，尤其是使用gnu工具集在windows上进行嵌入式系统开发，把gcc，gdb，gas等开发工具进行了改进，能够生成并解释win32的目标文件【8】。

3.1.2硬件

S3C2410处理器是Samsung公司基于ARM公司的ARM920T处理器核，32位微控制器。

该处理器拥有：

独立的16KB指令Cache和16KB数据Cache，MMU，支持TFT的LCD控制器，NAND闪存控制器，3路UART，4路DMA，4路带PWM的Timer，I/O口，RTC，8路10位ADC，TouchScreen接口，IIC-BUS接口，IIS-BUS接口，2个USB主机，1个USB设备，SD主机和MMC接口，2路SPI。

S3C2410处理器最高可运行在203MHz【9】。

3.2设计所需工具

（1）软件：

EmbestOnlineFlashProgrammerForARM，HYPERTERMINAL（超级终端），EmbestIDEProforARM，cygwin

（2）硬件：

s3c2410开发板，Embest实验箱

3.3平台构建过程

3.3.1硬件平台搭建

硬件流程图如图3.6所示。

图3.6硬件流程图

（1）Vivi烧写过程

1）首先把SW104断开，FlashProgrammer的Program，在File选择Open打开要烧写的配置文件S3C2410&

NandFLash_vivi.cfg，在FlashProgrammer的Program页中选择要烧写的文件vivi.bon&

load.bin。

点击按钮Progarm开始烧写，直到烧写成功。

2）连接串口线到PC机COM1，运行光盘中提供的Windows超级终端HyperTerminal.ht把开发板重新加电，程序运行后，在超级终端上可以看到串口输出Wating，表示正在等待用户从超级终端下载文件。

这时，请点击超级终端菜单"

传送"

选择Xmodem方式下载vivi.nand文件，点击OK后等待下载烧写结束即可。

（2）内核zImage烧写

1）首先SW104设为短接（从NandFlash启动），并确定已经烧写vivi.nand，加电。

2）在vivi启动等待中，敲入空格键进入vivi界面环境，并输入以下命令：

烧写更新内核约1分钟即可烧写完毕。

3）点击超级终端菜单中的“传送”，选“发送文件”zImage”并选择xModem方式传送）烧写结束，重起实验板，观测超级终端窗口提示信息就可以启动linux内核。

（3）新文件系统的烧写

1）首先SW104设为短接（从NandFlash启动），确定已经成功烧写vivi.nand，加电运行可以看到vivi启动信息，输入空格进入命令状态。

2）双击运行Download.pjf（该文件在/tmp/edukit-2410/image/中）工程（将启动EmbestIDE环境），点击连接Remoteconnect，程序应该正在运行（命令按钮STOP为红色）；

在串口输入help，看看有没有反应，如果没反应，点击IDE按钮：

Reset->

Start（F5）；

再输入help测试，直到有反应为止。

3）如果可以输出一些信息，再点击IDE中的Stop，配置Debug的Download地址为0x30000000，并点击IDE菜单Project选择Settings项，在Download页下拉Category到Download项，在DownloadFile选择root.cramfs文件，点击确定后，点击IDE菜单DEBUG选择Download下载文件系统映象（约1分钟），下载完毕后，点击Start（F5）。

然后在超级终端里输入：

loadflashrootj（烧写更新文件系统，约1分钟即可烧写完毕）。

注意：

只能在“vivi的烧写”操作完成后，才可以按以上方法正确烧写root映象到NandFlash。

重起实验板，观测超级终端窗口提示信息，引导整个系统启动到linux行命令输入状态【10】。

3.3.2根文件系统的制作

（1）根文件系统

根文件系统是Linux系统的核心部分，包含系统使用的软件和库，以及所有用来为用户提供支持架构和用户使用的应用软件，并作为储存数据读写结果的区域。

在Linux系统启动时，首先完成内核安装及环境初始化，最后会寻找一个文件系统作为根文件系统被加载。

Linux系统中使用“/”来唯一表示根文件系统的安装路径。

嵌入式系统中通常可以悬着的根文件系统有：

Romfs、CRAMFS、RAMFS、JFFS2、EXT2等，甚至还可以使用NFS作为根文件系统。

（2）cramfs文件系统

Cramfs是Linux创始人Linuxtorvalds开发的一个适用于嵌入式系统的小文件系统。

Cramfs是一个只读文件系统，采用zlib压缩，压缩比一般可以达到1：

2，但仍可以做到高效的随机读取。

Linux系统中，通常把需要修改的目录压缩存放，并在系统引导的时候再将压缩文件解开。

因为cramfs不会影响系统读取文件的速度，而且是一个高度压缩的文件系统，因此非常广泛应用于嵌入式系统中。

（3）cygwin简介

Cygwin是一个在windows平台上运行的unix/Linux模拟环境，是cygnussolutions公司开发的自由软件。

Cygwin中，“/”表示根目录，即cygwin的安装目录。

我们常用的set_env_linux.sh中定义的目录有：

SOURCEDIR：

/tmp/edukit-2410存储了vivi、linux、fs等源代码和例程

WORKDIR：

/usr/local/src/edukit-2410工作区。

一般情况下都要把已经规划好的目录结构转换成一个映象文件，即使用命令工具mkcramfs（cygwin下为mkcramfs.exe），把相应的cramfs目录树压缩为单一的映象文件。

其命令格式为：

mkcramfs[-h][-eedition][-ifile][-nname]dirnameoutfile

可以使用我们提供的mkcramfs.exe在cygwin下编译生成文件系统映象文件root.cramfs，再固化到开发系统FLASH上运行。

（4）常用的Linux行命令

1）cd改变当前目录（文件夹）。

例如下，

cd/返回到根目录

cd..退回到上级目录

cd/tmp/edukit-2410/进入/tmp/edukit-2410/文件夹

2）ls列出当前目录中的内容。

Ls简单格式列表

ls–l使用详细格式列表。

3）pwd显示当前所在的目录。

（5）tar工具命令

tar程序用于储存或展开tar存档文件。

命令格式：

tar[-参数]［文件名］［路径］

-x：

extract|--get从存档展开文件；

-v：

--verbose详细显示处理的文件；

-j：

--有bz2属性的必须包含；

-f：

--file[HOSTNAME:

]F指定存档或设备（缺省为/dev/rmt0）。

（6）解压原文件系统（命令+解压目录的存放）。

1）先将root.cramfs.tar.bz2文件放在C:

\cygwin目录中；

2）解压文件系统

运行cygwin，执行以下命令解压安装：

$>

source/tmp/edukit-2410/set_env_linux.shLinux编译环境变量设置

cd/

tar-xvjfroot.cramfs.tar.bz2

ls

…root…

root文件夹中就是我们想要的cramfs文件系统

3）如果在根目录中产生root文件夹，解压成功；

4）在root目录中新建xx文件夹，用于存放应用程序

进入该目录后执行以下命令编译链接测试程序：

cdroot

mkdirxx

（7）编译应用程序ts.c（命令+生成文件格式+存放位置）

将编写好的ts.c程序放在C:

\cygwin目录中。

cd/

arm-linux-gcc-otsts.c（也可以编写Makefile来编译）

生成文件：

ts如图3.7所示。

图3.7生成文件

将ts文件放入root下的xx文件夹中。

（8）新文件系统的制作

把刚才编译输出的ts文件拷贝到文件系统所在的工作目录root目录下，执行以下命令生成新的文件系统映象：

mkcramfsrootroot.new

刚刚编译生成的文件系统映象root.new中已经包含测试程序即生成文件【11】。

解压文件系统，如图3.8所示。

图3.8解压文件系统

解压成功如下，如图3.9所示。

图3.9解压成功

在root目录中新建xx文件夹，用于存放应用程序，如图3.10所示。

图3.10在root目录中新建xx文件夹

\cygwin目录中，如图3.11所示。

图3.11将编写好的ts.c程序放在C:

\cygwin目录中

ts如下图所示3.12所示。

图3.12生成文件

新文件系统的制作，如图3.13所示。

图3.13新文件系统的制作

生成文件，如图3.14所示。

图3.14生成文件

4详细设计

4.1接口电路设计

微处理器采用基于ARM920T内核的RISC处理器S3C2410,主频203MHz,适用于低成本、低功耗和高性能手持设备和一般应用的单片微处理器解决方案。

其适合做触摸屏系统MCU的原因是该处理器内置了LCD控制器,并且集成了一个带有触摸屏接口的8通道10位AD转换器。

该ADC能以500KB/s的采样速率将外部的模拟信号转换为10位分辨率的数字量。

因此,ADC能与触摸屏控制器协同工作。

选用通道7和通道5连接触摸屏的模拟信号输入,其中,通道7（图4.1中A[7]）作为触摸屏接口的X坐标输入,通道5（图4.1中A[5]）作为触摸屏接口的Y坐标输入。

图4.1触摸屏接口电路原理图

S3C2410提供了nYPON、YMON、nXPON和XMON信号直接作为触摸屏的控制信号,通过其控制外部晶体管的打开与关闭实现触摸屏的引脚状态的切换，根据触摸屏工作原理,触摸屏引脚的状态应满足如下要求,见表4-1。

表4-1触摸屏引脚控制状态

X+

X-

Y+

Y-

X坐标

外部电压

接地

AIN[5]

高阻

Y坐标

AIN[7]

在电路的具体实现中,4个MOS管用2个FDC6321实现。

并增加阻容式低通滤波电路滤除坐标信号噪声（见图4.2）。

这里的滤波很重要,如果传递给S3C2410模拟输入接口的信号中干扰过大,不利于后续的软件处理。

图4.2触摸屏接口电路

4.2系统软件设计

4.2.1程序流程图

程序流程图如图4.3所示。

图4.3程序流程图

4.2.2分析驱动

触摸屏驱动在/kernel/drivers/char/s3c2410-ts.c文件中。

4.2.3触摸屏设备驱动中数据结构

（1）触摸屏的file_operations

staticstructfile_operationss3c2410_fops={

owner:

THIS_MODULE,

open:

s3c2410_ts_open,

read:

s3c2410_ts_read,

release:

s3c2410_ts_release,

#ifdefUSE_ASYNC

fasync:

s3c2410_ts_fasync,//异步通知

#endif

poll:

s3c2410_ts_poll,//轮询

};

（2）触摸屏设备结构体的成员与按键设备结构体的成员类似，也包含一个缓冲区，同时包括自旋锁、等待队列和fasync_struct指针。

typedefstruct{

unsignedintpenStatus;

/*PEN_UP,PEN_DOWN,PEN_SAMPLE*/

TS_RETbuf[MAX_TS_BUF];

/*protectagainstoverrun（环形缓冲区）*/

unsignedinthead,tail;

/*headandtailforqueuedevents（环形缓冲区的头尾）*/

wait_queue_head_twq;

//*等待队列数据结构

spinlock_tlock;

//*自旋锁

structfasync_struct*aq;

#ifdefCONFIG_PM

structpm_dev*pm_dev;

//友善之臂专有的，我后面的代码删除了这段

}TS_DEV;

（3）触摸屏结构体中包含的TS_RET值的类型定义，包含X、Y坐标和状态（PEN_DOWN、PEN_UP）等信息，这个信息会在用户读取触摸信息时复制到用户空间。

unsignedshortpressure;

//*压力，这里可定义为笔按下，笔抬起，笔拖曳

unsignedshortx;

//*横坐标的采样值

unsignedshorty;

//*纵坐标的采样值

unsignedshortpad;

//*填充位

}TS_RET;

（4）在触摸屏设备驱动中，将实现open（）、release（）、read（）、fasync（）和poll（）函数，因此，其文件操作结构体定义。

触摸屏驱动文件操作结构体：

staticstructfile_operationss3c2410_fops={}

4.2.4触摸屏驱动模块加载和卸载函数

（1）在触摸屏设备驱动的模块加载函数中，要完成申请设备号、添加cdev、申请中断、设置触摸屏控制引脚（YPON、YMON、XPON、XMON）等多项工作，

触摸屏设备驱动的模块加载函数：

staticint__inits3c2410_ts_init（void）

触摸屏设备驱动模块卸载函数：

staticvoid__exits3c2410_ts_exit（void）

（2）可知触摸屏驱动中会产生两类中断，一类是触点中断（INT-TC），一类是X/Y位置转换中断（INT-ADC）。

在前一类中断发生后，若之前处于PEN_UP状态，则应该启动X/Y位置转换。

另外，将抬起中断也放在INT-TC处理程序中，它会调用tsEvent（）完成等待队列和信号的释放。

触摸屏设备驱动的触点/抬起中断处理程序：

staticvoids3c2410_isr_tc（intirq,void*dev_id,structpt_regs*reg）

当X/Y位置转换中断发生后，应读取X、Y的坐标值，填入缓冲区，触摸屏设备驱动X/Y位置转换中断处理程序：

staticvoids3c2410_isr_adc（intirq,void*dev_id,structpt_regs*reg）

触摸屏设备驱动中获得X、Y坐标：

staticinlinevoids3c2410_get_XY（void）

（3）tsEvent最终为tsEvent_raw（），这个函数很关键，当处于PEN_DOWN状态时调用该函数，它会完成缓冲区的填充、等待队列的唤醒以及异步通知信号的释放；

否则（处于PEN_UP状态），将缓冲区头清0，也唤醒等待队列并释放信号，

触摸屏设备驱动的tsEvent_