新興微型光學(xué)手指導(dǎo)航模組的嵌入式系統(tǒng)開發(fā)

　　2 微型光學(xué)手指導(dǎo)航模組開發(fā)

　　2.1 應(yīng)用器件選型

　　不少半導(dǎo)體公司進行了OFN器件及其模組的研發(fā)與生產(chǎn)，如Avago的ABDSA320、ST的VD5376、ATLab的ATA2188MOF與MOA器件及其FO1R/FO3R/SMID/AP33M2I/P模組、CrucialTec的CT01~27系列模組、Apexone的A2815器件及其AMF813模組、Mitsumi的SFN11LE與SFN11GU等。特別值得一提的是SFN11GU，模組超薄化已經(jīng)達到了2 mm。很多光電半導(dǎo)體公司采用現(xiàn)有的OFN器件生產(chǎn)不同規(guī)格的OFN模組系列產(chǎn)品，如科特通信、世紀(jì)芯成、合盈光電等。

　　選擇OFN器件或模組，需要考慮的主要因素有：形體大小、功率消耗、電源供給和硬件接口。形體方面更關(guān)心的是厚度，越薄越適宜便攜式消費產(chǎn)品，當(dāng)然成本也會越高。便攜式消費產(chǎn)品的應(yīng)用，特別注重形體、功耗和電源供應(yīng)，通常形體小巧、工作與待機電流小和可以更低電壓供電的OFN器件或模組更受青睞。工農(nóng)業(yè)過程控制、儀表儀器設(shè)備等行業(yè)應(yīng)用，則更多考慮的是OFN器件或模組的穩(wěn)定高效、連接方便和EMI/EMC/ESD能力。

　　這里重點說明一下OFN的復(fù)合功能，導(dǎo)航及實時手指觸控與位移檢測是OFN的基本功能，由此衍生OFN的復(fù)合功能包括：點擊、雙擊、拖動、滾屏、翻頁、卷屏等。通常采用的OFN器件，僅有基本導(dǎo)航功能。為適合常用的“點擊確認(rèn)”需求，構(gòu)成OFN模組時，常常在其FPC下附帶微型的“鍋仔片”機械按鍵，已經(jīng)能夠滿足大多數(shù)應(yīng)用場合了，非常經(jīng)濟。一些OFN，則直接把常用的點擊、雙擊、拖動等簡單的復(fù)合功能集成在器件內(nèi)，把滾屏、翻頁、卷屏等復(fù)雜的復(fù)合功能設(shè)計成規(guī)范API函數(shù)庫，供OFN器件或模組用戶在具體的應(yīng)用系統(tǒng)的上層軟件中自由按需添加，CrucialTec的部分CTxx系列OFN模組就是如此。

　　2.2 硬件體系設(shè)計

　　嵌入式系統(tǒng)中引入OFN，硬件電路設(shè)計上需要做到：

　?、?數(shù)字I/O接口的連接，主要考慮3個方面。

　　◆ I/O接口的連接。增加10~50 Ω限流電阻加以實現(xiàn)，特別是電壓規(guī)格不同的情形。

　　◆ 電磁干擾的抑制?？梢酝ㄟ^瓷片電容與限流電阻構(gòu)成簡潔的RC濾波電路加以實現(xiàn)。

　　◆ 驅(qū)動能力的增強。可以通過上拉電阻簡單加以實現(xiàn)。

　?、?供給電源的去噪濾波可以選用鉭電容與瓷片電容，簡單加以實現(xiàn)。

　　圖1給出了一種典型的OFN模組硬件電路設(shè)計，其中Mode用于選擇I2C或SPI總線形式，INT為對外的實時中斷信號，#RST和#ShtDwn為主機的復(fù)位和開關(guān)控制端口，I2C信號為SCK與SDA，SPI信號為SCK、RxD、TxD和#CS。

圖1 OFN的硬件電路設(shè)計示意圖

　　對于抗干擾、驅(qū)動和適應(yīng)能力強大的OFN器件，可以不考慮濾波、限流和上拉電阻，具體情況應(yīng)視所選用的OFN模組的性能和電路設(shè)計需求而定。電路設(shè)計時需要注意參考廠家的推薦電路及其器件參數(shù)與相關(guān)的估算公式，特別是PCB或FPC的印制板設(shè)計。

　　2.3 軟件體系設(shè)計

　　OFN模組，作為一種新興的人機輸入微型接口設(shè)備，一般是以片外設(shè)備的身份，加入到以各類微處理器為核心的嵌入式應(yīng)用系統(tǒng)中的，嵌入式微處理器軟件體系必需實現(xiàn)對OFN模組的驅(qū)動才能及時地從中得到來自O(shè)FN的各種信息。

　　OFN模組的驅(qū)動程序主要包括3部分：初始配置、過程變化控制和數(shù)據(jù)的收發(fā)傳輸。初始配置完成對OFN光敏分辨率、休眠方式、連續(xù)中斷間隔等項的設(shè)置，如果不進行初始配置，OFN則按默認(rèn)配置工作。過程變化控制用于主機對OFN的開關(guān)、復(fù)位及其工作參數(shù)變化的控制。數(shù)據(jù)收發(fā)傳輸是OFN的常規(guī)行為，只要有手指觸控，OFN就會以一定的時間間隔按中斷的形式通知主機系統(tǒng)?？梢圆捎弥袛嗷虿樵兊姆绞綄崟r地從OFN中獲取手指的觸控輸入信息。查詢操作往往需要使用周期定時器，在定時中斷中查詢并獲取必要的OFN數(shù)據(jù)。從這層意義上講，查詢方式也是一類中斷方式。主機可以在外部事件中斷或定時中斷服務(wù)中，通過I2C或SPI總線操作，得到必要的OFN檢測信息。

　　通過底層驅(qū)動程序得到OFN檢測信息后，對于沒有嵌入式操作系統(tǒng)EOS（Embedded Operatig System）的直接軟件體系，或諸如RTX、μC/OSII等微型嵌入式實時操作系統(tǒng)ERTOS（Embedded Real Time Operating System）的主機系統(tǒng)，上層應(yīng)用程序直接用來進行屏幕指示、操作控制或數(shù)據(jù)的存儲、轉(zhuǎn)發(fā)等活動，這主要針對工農(nóng)業(yè)過程控制、儀表儀器設(shè)備、器件性能檢測完善等應(yīng)用情形。對于使用Nucleus MTK、ThreadX展迅、Symbian、Windows CE/Mobile、ARMLinux/Android、MACOSXiPhone、VxWorks等典型EOS及其應(yīng)用體系的主機系統(tǒng)，還需要對OFN信息進行數(shù)據(jù)封裝或控制格式轉(zhuǎn)換，以便使原有系統(tǒng)的絕大多數(shù)應(yīng)用程序都能直接使用，如鼠標(biāo)數(shù)據(jù)包格式、觸摸屏數(shù)據(jù)包格式、方向鍵信息格式等。這種信息封裝或變換，操作簡單的直接在驅(qū)動程序中實現(xiàn)，操作復(fù)雜的則需要在應(yīng)用層通過消息、隊列等軟件通信或同步機制做“二傳”或“三傳”加以實現(xiàn)。