嵌入式Linux中基于Qt/Embeded觸摸屏驅動的設計
作者：申偉杰 彭楚武 胡輝紅

關鍵字：Linux Qt Embeded 觸摸屏驅動

    嵌入式 Linux 以其開源性、內核的健壯性和穩定性、可裁減性，以及有著專業的商業公司和世界頂尖的自由軟件開發者的支持和維護等各方面優勢，吸引了嵌入式系統開發商的目光，成為嵌入式操作系統的新寵。觸摸屏由于其友善的人機交互性、操作簡單靈活、輸入速度快，大大簡化了嵌入式系統的輸入而被廣泛運用。本文介紹了基于嵌入式 Linux 系統平臺上 Qt/Embedded 的觸摸屏驅動的設計。該方案已成功運用于工程機械安全儀和電能質量監測儀項目，實現了 GUI（圖形用戶操作接口）界面對觸摸屏的支持，并能根據觸摸屏的不同進行定制。

1、Qt/Embedded 簡介

    Qt/Embedded 是著名的 Trolltech 公司發布的專門面向嵌入式系統的GUI 和應用開發的開發庫。它是一種全面的 C++圖形界面應用開發架構，繼承了Qt 的全部標準 API，提供了比 Xlib 和 XWindows 系統更加緊湊的窗口生成系統，對 FrameBuffer 直接進行操作。完全模塊化的設計和高效的編譯系統減少了內存的消耗，這些使 Qt/Embedded 成為嵌入式環境中，功能強大而全面的GUI開發工具。由于Qt/Embedded 的強大功能，被廣泛用于各種領域，從消費電子（移動電話、掌上電腦、機頂盒）到工業控制（醫療成像 設備、 移動信息系統）。

2 、Linux 下的設備驅動基礎

    Linux 系統主要將設備分成 3 種類型：字符設備、塊設備和網絡接口。每個模塊通常實現其中一種類型，相應的模塊可分為字符模塊、塊模塊和網絡模塊 3 種。然而這種分類方式并不是非常嚴格，程序員可以構造一個大的模塊，在其中實現不同類型的設備驅動程序。為了實現良好的伸縮性和擴展性，通常還要為每個功能創建一個不同的模塊。

    字符設備是能夠像字節流一樣被訪問的設備，由字符設備驅動程序來實現這種特性。它通常至少 需要實現 open、close、read 和 write 系統調用。字 符設備可以通過文件系統節點來訪問，比如字符終端（/dev/console）和串口（/dev/ttyS0）就是字符 設備的例子。塊設備也是通過/dev 目錄下的文件系統節點被訪問的。塊設備能夠容納文件系統。Linux 允許應用程序像字符設備那樣讀寫塊設備，可以一次傳遞任意多字節的數據。因此，塊設備與字符設備的區別僅僅在于內核內部管理數據的方式。也就是內核和驅動程序的接口不同。另外，塊設備的接口必須支持掛裝文件系統。

    網絡接口是一個能夠和其他主機交換數據的設備。 它由內核中的網絡子系統驅動，負責發送和接收數據包，它無須了解每項事務是如何映射到實際傳輸的數據包的。

    Linux 中還存在其他類型的驅動程序模塊，這些模塊利用內核提供的公共服務來處理特定類型的設備。 因此我們能夠和通用串行總線（USB）模塊、串口模塊等通信。

    在本系統中，控制器將觸摸屏采集的原始電壓信號通過專用 A/D 轉換為坐標數據，經過 RS-232 總線傳送給嵌入式系統。Linux 系統利用內核提供的串口模塊來處理觸摸屏設備，將該設備以文件/dev/ttyS0 的形式存放在/dev 目錄下，提供了 open、read、write、close 等系統調用。我們只需像操作普通 數據文件一樣對串口設備進行操作，將觸摸屏的坐標 數據送往上層的 Qt/Embedded 應用層。

 

 
3 、Qt 下觸摸屏的驅動

    Qt/Embedded 中與用戶輸入事件相關的信號，是建立在對底層輸入設備的接口調用之上的，一般通過 對設備文件的 I/O 讀寫來實現。大部分這樣的驅動程序已經被封裝進 Qt 庫當中，形成了相應的設備驅動接口，如顯示卡驅動、鼠標、鍵盤、串口和并口等。其中鼠標設備的抽象基類為 QWSMouse Handler，從該類又重新派生出一些具體的鼠標類設備的實現類。在 3.3.4 版本系列的 Qt/Embedded 中，鼠標類設備的派生結構如圖所示。

圖  鼠標類設備的派生結構圖（灰色線框表示可省略類結構）
 

 
    鼠標類設備的加載方式與 KeyBoard 設備加載方 式是類似的，在系統構造 QWSServer 對象時，調用成 員函數 QWSServer:: openMouse，程序在QWSServer:: openMouse 函數中再調用QmouseDriverFactory::create () 或QmouseDriverPlugin:: create ()。該函數根據 Linux 系統的環境變量QWS_MOUSE_PROTO獲得鼠標類設備的設備類型和設備節點。打開并返回相應設備的基類指針 QWSMouseHandler 給系統，系統通過操作該基類派生出的具體子類設備指針QWSCustomMouseHandler。

    觸摸屏和鼠標類設備在功能上基本是一致的，因 此，在 Qt 庫中一般把觸摸屏模擬成鼠標設備來實現對觸摸屏設備的操作。但由于觸摸屏和鼠標底層接口并不一樣，會造成對上層接口的不一致。例如，從鼠 標驅動接口中幾乎不會得到絕對位置信息，一般只會讀到相對移動量。另外，鼠標的移動加速度也需要考慮在內，而觸摸屏接口則幾乎是清一色的絕對位置信息和壓力信息。針對此類差別，Qt/Embedded 將同一類設備的接口部分也給予區別和抽象，具體實現在 QmouseDriverInterface 類中。

    在本系統中，Linux 系統從 COM1 口讀入觸摸屏的坐標數據，但由于與觸摸屏的底層接口并不一致，需通過添加 QWSCustomMouseHandler 程序接口類來實現對觸摸屏的控制。查看Qt/Embedded源代碼qwsmouselinuxtp_qws.cpp 和 qwsmousevr41xx_qws.cpp，可知 Qt 提供了 linuxtp 和 vr41xx 觸摸屏的驅動接口類。如果使用的就是這兩種觸摸屏接口，可直接在執行 Qt 的 configure 配置時加入配置選項-qt-mouse-<driver>。由于我們的觸摸屏并非以上兩種，因此需添加驅動接口。

    由前面鼠標設備驅動類的派生結構可知，添加驅 動接口先要通過調用QmouseDriverFactory或QmouseDriverPlugin 類根據相應的設備名生成相對應的 QWSCustomMouseHandler 對象，這些具體的設備驅動 接口類都是由 QWSMouseHandler 類派生出來的，都 繼承了 QWSMouseHandler 類。然后再由系統調用QWSCustomMouseHandler:: readMouseData ()，獲取到的觸摸屏定位和狀態信息都直接送到鼠標設備驅動類的抽象層 QWSMouseHandler 類，Qt/Embedded 通過 QWSMouseHandler 類來實現對鼠標設備的操作。

    可以通過兩種方式添加設備驅動接口類，一種是 通過調用 QmouseDriverFactory 生成相應的 QWSCustomMouseHandler，一種是由 QmouseDriverPlugin 添 加生成相應的 QWSCustomMouseHandler。我們采用第 一種方案，在原有的接口 qwsmouselinuxtp_qws.cpp 上 進行修改，以適合新的觸摸屏設備驅動接口。

    首先，我們在 qwsmouselinuxtp_qws.cpp 修改，先 把 TS_EVENT 的結構改為相應設備的數據結構，再把 QWSLinuxTPMouseHandlerPrivate 函數中打開的設備 文件節點由/dev/ts 改為自己的設備文件/dev/ttyS1。然 后修改 readMouseData（）函數，按自己的數據結構 讀取設備文件，傳遞給 QPoint 類對鼠標進行定位或轉 換為鼠標按鍵狀態。這個函數的操作可以參照windows 下的鼠標驅動源代碼。

    其實這樣修改以后，已經能正常使用觸摸屏設備 了，但是為了在該系統平臺上同時使用鼠標和觸摸屏 操作還必須完成兩個步驟：一個是要正確的設置QWS_ MOUSE_PROTO 環境變量，閱讀 qwindowsystem_ qws.cpp 中 QWSServer:: openMouse () 函數可知，該環 境變量可同時設置多個設備<Driver> [: <Device>]，多個設備之間以空格隔開，由此可設置 QWS_MOUSE_PROTO="Auto LinuxTP", Qt/Embedded 通過該環境變量生成相應的鼠標和觸摸屏驅動接口，對設備進行操作。然后再對Qt/Embedded的鼠標驅動接口類的源代碼進行修改。由于觸摸屏是采用了系統的串口，而Qt/Embedded 自動搜索鼠標接口時發現串口正在工作中，就會把它當作一個鼠標設備進行操作，這就發生了設備沖突。因此，我們要在 qmousepc_qws.cpp 文件中將串口鼠標的子驅動去掉，找到函數 QWSPcMouseHandlerPrivate:: openDevices () 中的代碼如下，把它注釋掉就行了。

    else if (driver=="Microsoft") {
   QString dev=device.isEmpty()? QString("/dev/ttyS0") : device;
   fd = open ( dev.latin1 (), O_RDWR | O_NDELAY );
  if ( fd >= 0 )
   sub[nsub++] = newQWSPcMouseSubHandler_ms(fd);
} else if (driver=="MouseSystems"){
   QStringdev=device.isEmpty()?QString("/dev/ttyS0"). : device;
   fd = open ( dev.latin1 (), O_RDWR | O_NDELAY );
   if ( fd >= 0 ) sub[nsub++] = new QWSPcMouseSubHandler_mous esystems (fd);
}

    關于觸摸屏的校準，閱讀 qwsmouselinuxtp_qws.h 文件（代碼如下），可知在QWSMouseLinuxTPHandler 中已經實現了坐標的校準，一般直接讀取坐標的位置 和狀態即可。

class QWSLinuxTPMouseHandler:
      public QWSCalibratedMouseHandler
{
};

    最后只需要在配置 Qt/Embedded 的安裝configure 加入選項-qt-mouse-<linuxtp>，重新編譯，該 Qt/Embedded平臺上的應用程序即能夠按照定制的要求提供對觸摸屏的支持。

4、 結束語

    本方案與 Qt 下普通鼠標驅動使用一致的框架，設計簡潔，條理清楚。已經成功的運用于電能質量監測儀平臺，并且運行穩定，定位準確，反應靈敏。友好的 GUI 界面和便捷的人機接口，使電能質量檢測儀更具亮點。同時，開放源代碼的優勢在此方案中得到充分的體現，通過大量地閱讀源代碼，可以充分的理解軟件工作機制并按用戶的要求進行定制，做出真正適合用戶的產品。