嵌入式Linux中基于Qt/Embeded觸摸屏驅(qū)動(dòng)的設(shè)計(jì)

嵌入式 Linux 以其開源性、內(nèi)核的健壯性和穩(wěn)定性、可裁減性，以及有著專業(yè)的商業(yè)公司和世界頂尖的自由軟件開發(fā)者的支持和維護(hù)等各方面優(yōu)勢(shì)，吸引了嵌入式系統(tǒng)開發(fā)商的目光，成為嵌入式操作系統(tǒng)的新寵。觸摸屏由于其友善的人機(jī)交互性、操作簡(jiǎn)單靈活、輸入速度快，大大簡(jiǎn)化了嵌入式系統(tǒng)的輸入而被廣泛運(yùn)用。本文介紹了基于嵌入式 Linux 系統(tǒng)平臺(tái)上 Qt/Embedded 的觸摸屏驅(qū)動(dòng)的設(shè)計(jì)。該方案已成功運(yùn)用于工程機(jī)械安全儀和電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)儀項(xiàng)目，實(shí)現(xiàn)了 GUI（圖形用戶操作接口）界面對(duì)觸摸屏的支持，并能根據(jù)觸摸屏的不同進(jìn)行定制。

1、Qt/Embedded 簡(jiǎn)介

Qt/Embedded 是著名的 Trolltech 公司發(fā)布的專門面向嵌入式系統(tǒng)的GUI 和應(yīng)用開發(fā)的開發(fā)庫(kù)。它是一種全面的 C++圖形界面應(yīng)用開發(fā)架構(gòu)，繼承了Qt 的全部標(biāo)準(zhǔn) API，提供了比 Xlib 和 XWindows 系統(tǒng)更加緊湊的窗口生成系統(tǒng)，對(duì) FrameBuffer 直接進(jìn)行操作（見圖 1）。完全模塊化的設(shè)計(jì)和高效的編譯系統(tǒng)減少了內(nèi)存的消耗，這些使 Qt/Embedded 成為嵌入式環(huán)境中，功能強(qiáng)大而全面的GUI開發(fā)工具。由于Qt/Embedded 的強(qiáng)大功能，被廣泛用于各種領(lǐng)域，從消費(fèi)電子（移動(dòng)電話、掌上電腦、機(jī)頂盒）到工業(yè)控制（醫(yī)療成像 設(shè)備、 移動(dòng)信息系統(tǒng)）。

2 、Linux 下的設(shè)備驅(qū)動(dòng)基礎(chǔ)

Linux 系統(tǒng)主要將設(shè)備分成 3 種類型：字符設(shè)備、塊設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)接口。每個(gè)模塊通常實(shí)現(xiàn)其中一種類型，相應(yīng)的模塊可分為字符模塊、塊模塊和網(wǎng)絡(luò)模塊 3 種。然而這種分類方式并不是非常嚴(yán)格，程序員可以構(gòu)造一個(gè)大的模塊，在其中實(shí)現(xiàn)不同類型的設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序。為了實(shí)現(xiàn)良好的伸縮性和擴(kuò)展性，通常還要為每個(gè)功能創(chuàng)建一個(gè)不同的模塊。

字符設(shè)備是能夠像字節(jié)流一樣被訪問(wèn)的設(shè)備，由字符設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序來(lái)實(shí)現(xiàn)這種特性。它通常至少 需要實(shí)現(xiàn) open、close、read 和 write 系統(tǒng)調(diào)用。字 符設(shè)備可以通過(guò)文件系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)來(lái)訪問(wèn)，比如字符終端（/dev/console）和串口（/dev/ttyS0）就是字符 設(shè)備的例子。塊設(shè)備也是通過(guò)/dev 目錄下的文件系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)被訪問(wèn)的。塊設(shè)備能夠容納文件系統(tǒng)。Linux 允許應(yīng)用程序像字符設(shè)備那樣讀寫塊設(shè)備，可以一次傳遞任意多字節(jié)的數(shù)據(jù)。因此，塊設(shè)備與字符設(shè)備的區(qū)別僅僅在于內(nèi)核內(nèi)部管理數(shù)據(jù)的方式。也就是內(nèi)核和驅(qū)動(dòng)程序的接口不同。另外，塊設(shè)備的接口必須支持掛裝文件系統(tǒng)。

網(wǎng)絡(luò)接口是一個(gè)能夠和其他主機(jī)交換數(shù)據(jù)的設(shè)備。 它由內(nèi)核中的網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)，負(fù)責(zé)發(fā)送和接收數(shù)據(jù)包，它無(wú)須了解每項(xiàng)事務(wù)是如何映射到實(shí)際傳輸?shù)臄?shù)據(jù)包的。

Linux 中還存在其他類型的驅(qū)動(dòng)程序模塊，這些模塊利用內(nèi)核提供的公共服務(wù)來(lái)處理特定類型的設(shè)備。 因此我們能夠和通用串行總線（USB）模塊、串口模塊等通信。

在本系統(tǒng)中，控制器將觸摸屏采集的原始電壓信號(hào)通過(guò)專用 A/D 轉(zhuǎn)換為坐標(biāo)數(shù)據(jù)，經(jīng)過(guò) RS-232 總線傳送給嵌入式系統(tǒng)（見圖 2）。Linux 系統(tǒng)利用內(nèi)核提供的串口模塊來(lái)處理觸摸屏設(shè)備，將該設(shè)備以文件/dev/ttyS0 的形式存放在/dev 目錄下，提供了 open、read、write、close 等系統(tǒng)調(diào)用。我們只需像操作普通 數(shù)據(jù)文件一樣對(duì)串口設(shè)備進(jìn)行操作，將觸摸屏的坐標(biāo) 數(shù)據(jù)送往上層的 Qt/Embedded 應(yīng)用層。

3 、Qt 下觸摸屏的驅(qū)動(dòng)

Qt/Embedded 中與用戶輸入事件相關(guān)的信號(hào)，是建立在對(duì)底層輸入設(shè)備的接口調(diào)用之上的，一般通過(guò) 對(duì)設(shè)備文件的 I/O 讀寫來(lái)實(shí)現(xiàn)。大部分這樣的驅(qū)動(dòng)程序已經(jīng)被封裝進(jìn) Qt 庫(kù)當(dāng)中，形成了相應(yīng)的設(shè)備驅(qū)動(dòng)接口，如顯示卡驅(qū)動(dòng)、鼠標(biāo)、鍵盤、串口和并口等。其中鼠標(biāo)設(shè)備的抽象基類為 QWSMouse Handler，從該類又重新派生出一些具體的鼠標(biāo)類設(shè)備的實(shí)現(xiàn)類。在 3.3.4 版本系列的 Qt/Embedded 中，鼠標(biāo)類設(shè)備的派生結(jié)構(gòu)如圖 3 所示。

圖 3 鼠標(biāo)類設(shè)備的派生結(jié)構(gòu)圖（灰色線框表示可省略類結(jié)構(gòu)）

鼠標(biāo)類設(shè)備的加載方式與 KeyBoard 設(shè)備加載方 式是類似的，在系統(tǒng)構(gòu)造 QWSServer 對(duì)象時(shí)，調(diào)用成 員函數(shù) QWSServer:: openMouse，程序在QWSServer:: openMouse 函數(shù)中再調(diào)用QmouseDriverFactory::create () 或QmouseDriverPlugin:: create ()。該函數(shù)根據(jù) Linux 系統(tǒng)的環(huán)境變量QWS_MOUSE_PROTO獲得鼠標(biāo)類設(shè)備的設(shè)備類型和設(shè)備節(jié)點(diǎn)。打開并返回相應(yīng)設(shè)備的基類指針 QWSMouseHandler 給系統(tǒng)，系統(tǒng)通過(guò)操作該基類派生出的具體子類設(shè)備指針QWSCustomMouseHandler。

觸摸屏和鼠標(biāo)類設(shè)備在功能上基本是一致的，因 此，在 Qt 庫(kù)中一般把觸摸屏模擬成鼠標(biāo)設(shè)備來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)觸摸屏設(shè)備的操作。但由于觸摸屏和鼠標(biāo)底層接口并不一樣，會(huì)造成對(duì)上層接口的不一致。例如，從鼠 標(biāo)驅(qū)動(dòng)接口中幾乎不會(huì)得到絕對(duì)位置信息，一般只會(huì)讀到相對(duì)移動(dòng)量。另外，鼠標(biāo)的移動(dòng)加速度也需要考慮在內(nèi)，而觸摸屏接口則幾乎是清一色的絕對(duì)位置信息和壓力信息。針對(duì)此類差別，Qt/Embedded 將同一類設(shè)備的接口部分也給予區(qū)別和抽象，具體實(shí)現(xiàn)在 QmouseDriverInterface 類中。

在本系統(tǒng)中，Linux 系統(tǒng)從 COM1 口讀入觸摸屏的坐標(biāo)數(shù)據(jù)，但由于與觸摸屏的底層接口并不一致，需通過(guò)添加 QWSCustomMouseHandler 程序接口類來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)觸摸屏的控制。查看Qt/Embedded源代碼qwsmouselinuxtp_qws.cpp 和 qwsmousevr41xx_qws.cpp，可知 Qt 提供了 linuxtp 和 vr41xx 觸摸屏的驅(qū)動(dòng)接口類。如果使用的就是這兩種觸摸屏接口，可直接在執(zhí)行 Qt 的 configure 配置時(shí)加入配置選項(xiàng)-qt-mouse-driver>。由于我們的觸摸屏并非以上兩種，因此需添加驅(qū)動(dòng)接口。