漢王手寫芯片的觸摸屏控制器應用設計

引言

在PDA和中高端手機等手持設備中，觸摸屏已經(jīng)成為一種比較常用的輸入設備，用戶可以通過在觸摸屏上的點擊和寫劃完成與手持設備的交互。此外，由于基于觸摸屏的中文手寫輸入法更符合我國各個文化層次的人使用，因此越來越多地出現(xiàn)在時下流行的各種手持設備中。大多數(shù)中文手寫輸入法完全由軟件來實現(xiàn)，將輸入法界面程序和后臺識別算法集成到一起。其好處是不改變系統(tǒng)的硬件結(jié)構，而且便于升級；然而，使用商用的手寫識別算法，較為高昂的費用和繁重的移植工作，會大大增加開發(fā)成本和延長開發(fā)周期。若使用開源的手寫識別源代碼（如kanjipad）進行移植開發(fā)，則一方面涉及移植的工作量問題，另一方面識別率比較低。針對以上這些由軟件實現(xiàn)中文手寫輸入法所帶來的一系列問題，本文提出一種在“PXA255微處理器＋Linux＋Qtopia圖形界面”上由HW006芯片同時實現(xiàn)中文手寫輸入及觸摸屏控制的設計方案。該方案有以下幾個優(yōu)點：

◇ 軟件方面將觸摸屏驅(qū)動和手寫識別的工作合二為一。
◇ 完全在用戶空間實現(xiàn)觸摸屏的驅(qū)動，減少了硬件平臺的依賴性，降低了驅(qū)動設計的難度，分層的驅(qū)動設計思想也不會破壞原有程序的完整性。
◇ 硬件方面，省去了專用的觸摸屏控制器芯片，降低了成本。
因此，該方案在工作量、成本、難度方面均有著明顯的優(yōu)勢，從而大大縮短了開發(fā)周期，增強了實用性。

1  HW006簡介

HW006是一款漢王手寫芯片，它內(nèi)置了觸摸屏控制電路和對外的UART接口，同時提供了靈活的控制命令接口，可以滿足觸摸屏LCD分離型、觸摸屏LCD一體型等不同情況下的各種應用需求。

1.1  HW006主要功能

◇ 支持6 763個簡體中文（GB2312）、52個英文大小寫字母、10個數(shù)字、12個常用符號的手寫識別輸入，并可自由組合，設置識別范圍；
◇ 支持點擊模式、手寫模式和混合模式；
◇ 內(nèi)嵌觸摸屏控制硬件和軟件，可直接與觸摸屏相連接；
◇ 支持異步串行通信接口（UART），通信波特率可設置，便于與各種CPU進行通信；
◇ 在手寫狀態(tài)下，識別參數(shù)可設置。
可見，HW006完全可以實現(xiàn)預想的功能。根據(jù)實際需要，選用混合模式。

1.2  HW006的通信協(xié)議

HW006為從設備，主設備對該芯片發(fā)送控制命令，HW006可以執(zhí)行相應的功能。

（1） 主設備向手寫芯片發(fā)送命令

格式如下：

（2）  手寫芯片向主設備發(fā)送數(shù)據(jù)

這里主要介紹混合模式下的數(shù)據(jù)格式，如下：

在混合模式下，手寫芯片先發(fā)送軌跡坐標，屬性表示該點的狀態(tài)：0x00，落筆；0x05，移筆；0x0f，抬筆。EOF表示發(fā)送軌跡結(jié)束標志，其值為0xff。之后發(fā)送識別字的編碼，低字節(jié)在前，高字節(jié)在后。

1.3  命令碼的簡單介紹

對HW006進行操作控制的主要命令碼如表1所列。

表1  HW006的主要命令碼

2  硬件框圖以及通信格式簡介

硬件框圖如圖1所示。

圖1  硬件框圖

UART通信格式： 上電默認波特率，9 600 bps；數(shù)據(jù)位,8位；校驗位,無；停止位,1位；先低位后高位。觸摸屏采用了4線電阻屏，在觸摸屏與HW006連線處，需要加上濾波電容。

上電初始化時，默認工作模式為點擊模式。用戶可根據(jù)應用需要，設置相應工作模式。使用混合模式時必須通過UART給系統(tǒng)發(fā)送4個數(shù)據(jù)X1、Y1、X2、Y2,以確定矩形手寫區(qū)域的范圍。

3  手寫輸入法及觸摸屏驅(qū)動的實現(xiàn)

選用的圖形界面系統(tǒng)Qtopia是由Trolltech公司所開發(fā)的專門用于嵌入式Linux操作系統(tǒng)電子設備的應用平臺，這里使用開放源代碼的Qtopia PDA版。它具有可定制的用戶界面和集成的組件，其組件包括窗口操作界面、游戲和多媒體、PIM應用程序、輸入法、本地化支持和無線支持等。對于輸入法，它提供了一系列的通用API，便于開發(fā)用戶自己的輸入法。

Qtopia軟件平臺可分為4個層次，如圖2所示。

圖2  Qtopia軟件平臺層次結(jié)構

其中在Qt/Embedded層提供了觸摸屏的API，在Qtopia層提供了輸入法的API。需要完成的工作： ①  在Linux層編寫觸摸屏庫，提供給Qt/Embedded層調(diào)用;②  改寫Qt/Embedded層的觸摸屏API;③  在Qtopia層利用輸入法API完成手寫輸入法的手寫顯示和識別字顯示的界面。下面詳細介紹以上步驟。  

3.1  在Linux層編寫觸摸屏庫

主要是提供設置HW006工作模式、讀/寫HW006數(shù)據(jù)以及對讀到的數(shù)據(jù)進行發(fā)送的接口函數(shù)，最終編譯成動態(tài)鏈接庫，可供上層的應用程序調(diào)用。主要的接口函數(shù)及程序的主要代碼如下：

（1）  打開串口
int *ts_open(const char * device) {
…
*fd=open(device,O_RDWR| O_NONBLOCK);  
if ( (*fd) < 0 ){
printf(open error!n);
return NULL;
}
return fd;
}

（2）  設置HW006的混合工作模式
void ts_config(int* fd) {
…
write(*fd,&SET_96,2); //設置HW006波特率為9600bps
write(*fd,&SET_X1,2);
write(*fd,&SET_Y1,2);
write(*fd,&SET_X2,2);
write(*fd,&SET_Y2,2);//設置手寫區(qū)域4個角的坐標
write(*fd,&WAIT_T,2);//設置漢字識別等待時間
write(*fd,&REG_SCOPE,2);//設置識別范圍
write(*fd,&REG_CAN,2);//設置識別字候選個數(shù)
…
}

（3）  讀串口
int ts_read(int *fd,unsigned char *buf) {
int res;
res=read(*fd,buf,3);
return res;
}

（4） 發(fā)送到有名管道
void sendFifo(unsigned char* buf,int i) {
…
fd=open(/dev/myfifo,O_WRONLY | O_NONBLOCK);
write(fd,buf,i);
close(fd);
}

3.2  改寫Qt/Embedded層的觸摸屏API

對讀到的原始數(shù)據(jù)進行處理，包括變換、校正、分發(fā)等。Qt/Embedded中提供觸摸屏API的文件是qwsmouse_qws.cpp，其中的類QCalibratedMouseHandler實現(xiàn)了對觸摸屏數(shù)據(jù)的讀取及其處理。本文所用的HW006是8位的，而顯示分辨率是640