【屏幕使用分享】在i.MX 6Ull上驱动电容触摸屏

h12121

【i.MX6ULL】在i.MX 6Ull上驱动电容触摸屏

开始今天的分享，首先，我们先来介绍一会测试触摸的库——tslib，使用它可以进行图形化的触摸测试。之后，再回头来分析分析触摸协议上报的原理以及通过input子系统上报的数据的具体含义。

1 先介绍一下tslib
Tslib是一个开源的程序，能够为触摸屏驱动获得的采样提供诸如滤波、去抖、校准等功能，通常作为触摸屏驱动的适配层，为上层的应用提供了一个统一的接口。

1.1 tslib库移植
首先下载tslib库的源码：https://github.com/libts/tslib/tags，本篇使用的1.21版本，大家可以选择最新版本。

1.1.1 ubuntu上编译tslib
将下载的源码拷贝到ubuntu虚拟机中，然后解压：

1. tar xvf tslib-1.21.tar.bz2

复制代码

编译 tslib 的时候需要先在 ubuntu 中安装一些文件

1. sudo apt-get install autoconf
   
2. sudo apt-get install automake
   
3. sudo apt-get install libtool

复制代码

在 ubuntu 中创建一个名为“tslib”的目录存放编译结果，然后执行以下指令进行编译：

1. cd tslib-1.21/
   
2. ./autogen.sh
   
3. ./configure --host=arm-linux-gnueabihf --prefix=/home/xxpcb/myTest/imx6ull/otherlib/tslib/tslib/
   
4. make
   
5. make install

复制代码

编译完成后，make install会将编译成果复制到指定的tslib目录中：

可以看到最终编译生成的是5个文件夹。

1.1.2 开发板上配置tslib
将编译出的5个文件夹整个复制到开发板的根文件系统中：

1. sudo cp * -rf ~/myTest/nfs/rootfs/

复制代码

然后打开板子的/etc/ts.conf 文件，找到下面这一行：

1. module_raw input

复制代码

如果这句前面有“#”注释，就删除掉“#“，我这个默认是没有的，所以不用修改

打开板子的/etc/profile文件，我的板子此时没有这个文件，所以我新建了一个该文件，然后在里面加入如下内容：

1. export TSLIB_TSDEVICE=/dev/input/event2
   
2. export TSLIB_CALIBFILE=/etc/pointercal
   
3. export TSLIB_CONFFILE=/etc/ts.conf
   
4. export TSLIB_PLUGINDIR=/lib/ts
   
5. export TSLIB_CONSOLEDEVICE=none
   
6. export TSLIB_FBDEVICE=/dev/fb0

复制代码

TSLIB_TSDEVICE ：触摸设备文件，要根据具体情况设置为/dev/input/event1还是event2（如果接口鼠标键盘，这个编号可能还会变，比如我接了无线键盘后，触摸就又变成了event）
TSLIB_CALIBFILE ：校准文件，此文件可以不存在，校准的时候会自动生成
TSLIB_CONFFILE ：触摸配置文件，在移植 tslib 的时候会生成
TSLIB_PLUGINDIR ：tslib 插件目录位置
TSLIB_CONSOLEDEVICE ：控制台设置，这里不设置，设为none
TSLIB_FBDEVICE：FB 设备，也就是屏幕，也要根据实际情况配置设置为/dev/fb0或是其它

1.2 tslib库测试
1.2.1 屏幕校准
电容屏可以不用校准，不过也可以看看tslib的校准测试用例，输入如下指令：

1. ts_calibrate

复制代码

校准完成以后如果不满意，删除掉/etc/pointercal文件即可

1.2.2 多点触摸拖拽测试
使用如下指令：

1. ts_test_mt

复制代码

然后会出现一个触摸测试界面，先测试Drag功能，手指接触屏幕后进行移动，屏幕上的十字标记就会跟着移动：

1.2.3 多点触摸划线测试
还是刚才的指令，再来测试Draw功能，手指接触屏幕后进行移动，屏幕上就会出现滑过的轨迹线：

2 多点触摸(MT)协议讲解
多点触摸协议，即Multi-touch (MT) Protocol，该协议的介绍，在linux内核源码中有对应的文档，如下图：

多点电容触摸的协议分为两种类型：TypeA和TypeB，目前基本都是使用TypeB协议。
·TypeA协议适用于触摸点不能被区分或者追踪，此类设备上报原始数据。
·TypeB协议适用于有硬件追踪并能区分触摸点的触摸设备，此类型设备通过slot更新某一个触摸点的信息。


触摸点的信息通过一系列的 ABS_MT事件上报给linux内核，这些事件的定义在include/uapi/linux/input.h中：

比较常用的有：
ABS_MT_SLOT ：上报触摸点ID
ABS_MT_POSITION_X：上报触摸点的X坐标信息
ABS_MT_POSITION_Y：上报触摸点的Y坐标信息
ABS_MT_TRACKING_ID：TypeB区分触摸点

下面具体介绍两种协议的区别。

2.1 TypeA协议
TypeA协议适用于触摸点不能被区分或者追踪，此类设备上报原始数据。


TypeA协议发送触摸点信息的时序如下(以 2 个触摸点为例)：

1. ABS_MT_POSITION_X x[0]
   
2. ABS_MT_POSITION_Y y[0]
   
3. SYN_MT_REPORT
   
4. ABS_MT_POSITION_X x[1]
   
5. ABS_MT_POSITION_Y y[1]
   
6. SYN_MT_REPORT
   
7. SYN_REPORT

复制代码

·首先每上报一个点的x和y
·然后上报一个SYN_MT_REPORT
·依次循环上报其它点
·所有的点上报完后，再上报一个SYN_REPORT

当第一个触点离开后，上报的时序如下(就是只上报剩下的那一个)：

1. ABS_MT_POSITION_X x[1]
   
2. ABS_MT_POSITION_Y y[1]
   
3. SYN_MT_REPORT
   
4. SYN_REPORT

复制代码

当第二个触点也离开后，上报的时序如下(就是上报空数据)：

1. SYN_MT_REPORT
   
2. SYN_REPORT

复制代码

如果驱动除了ABS_MT事件外还上报BTN_TOUCH或ABS_PRESSURE之一，则最后一个SYN_MT_REPORT事件可能被忽略。另外，最后的SYN_REPORT会被输入内核放弃，从而导致没有空触事件到达用户层。
2.2 TypeB协议
TypeB协议适用于有硬件追踪并能区分触摸点的触摸设备，此类型设备通过slot更新某一个触摸点的信息。

TypeA协议发送触摸点信息的时序如下(以 2 个触摸点为例)：

1. ABS_MT_SLOT 0
   
2. ABS_MT_TRACKING_ID 45
   
3. ABS_MT_POSITION_X x[0]
   
4. ABS_MT_POSITION_Y y[0]
   
5. ABS_MT_SLOT 1
   
6. ABS_MT_TRACKING_ID 46
   
7. ABS_MT_POSITION_X x[1]
   
8. ABS_MT_POSITION_Y y[1]
   
9. SYN_REPORT

复制代码

每个数据点前，先上报ABS_MT_SLOT事件，带上一个触摸点ID，此ID由触摸IC提供
TypeB要求每个SLOT须关联一个ABS_MT_TRACKING_ID，这个ID由linux内核自动分配
然后上报一个点的x和y
依次循环上报其它点
所有的点上报完后，再上报一个SYN_REPORT。

当触点45在X方向上移动后，上报的时序如下：

1. ABS_MT_SLOT 0
   
2. ABS_MT_POSITION_X x[0]
   
3. SYN_REPORT

复制代码

当slot 0中触点离开后，上报的时序如下：

1. ABS_MT_TRACKING_ID -1
   
2. SYN_REPORT

复制代码

由于slot被修改为0，因此这个ABS_MT_SLOT被忽略。这条信息移除了slot 0和触点45的联系，因此销毁触点45同时释放slot 0给另外的触点再次使用。

当第二个触点离开后，上报的时序如下：

1. ABS_MT_SLOT 1
   
2. ABS_MT_TRACKING_ID -1
   
3. SYN_REPORT

复制代码

总结对比一下两个触摸协议的区别：

2.3 多点触摸API函数
了解了两种触摸协议，在编程时，就要使用其相应的API函数来实现触摸数据的上报，下面是常用的API函数。

2.3.1 input_mt_init_slots
该函数用于初始化MT的输入slots，其函数原型如下：

1. /**
   
2. * dev: MT设备对应的input_dev
   
3. * num_slots: 设备要使用的slot的数量，也就是触摸点的数量
   
4. * flags: 其他一些flags信息
   
5. * return: 0-成功 负值-失败
   
6. */
   
7. int input_mt_init_slots(struct input_dev *dev,
   
8.                            unsigned int num_slots,
   
9.                            unsigned int flags)

复制代码

其中第3个参数，可设置的flags包括：

1. #define INPUT_MT_POINTER     0x0001 /* pointer device, e.g. trackpad */  #define INPUT_MT_DIRECT      0x0002 /* direct device, e.g. touchscreen */  #define INPUT_MT_DROP_UNUSED 0x0004 /* drop contacts not seen in frame */  #define INPUT_MT_TRACK       0x0008 /* use in-kernel tracking */  #define INPUT_MT_SEMI_MT     0x0010 /* semi-mt device, finger count handled manually */

复制代码

可以使用‘|’运算来同时设置多个flags标识

2.3.2 input_mt_slot
该函数用于Type B类型，用于产生 ABS_MT_SLOT事件，其函数原型如下：

1. /**
   
2. * dev: MT设备对应的input_dev
   
3. * slot: 当前发送的是哪个slot的坐标信息，也就是哪个触摸点
   
4. * return: 无
   
5. */
   
6. void input_mt_slot(struct input_dev *dev, int slot)

复制代码

2.3.3 input_mt_report_slot_state

该函数用于Type B类型，用于产生ABS_MT_TRACKING_ID和ABS_MT_TOOL_TYPE事件，其函数原型如下：

1. /**
   
2. * dev: MT设备对应的input_dev
   
3. * tool_type: 触摸类型
   
4. * active: 触摸或抬起
   
5. * return: 无
   
6. */
   
7. void input_mt_report_slot_state(struct input_dev *dev,
   
8.                                     unsigned int tool_type,
   
9.                                             bool active)

复制代码

其中第2个参数，tool_type包括：
·MT_TOOL_FINGER：手指
·MT_TOOL_PEN：笔
·MT_TOOL_PALM：手掌
其中第3个参数，active包括：
·true： 连续触摸， input子系统内核会自动分配一个ABS_MT_TRACKING_ID给slot
·false：触摸点抬起，表示某个触摸点无效了，input子系统内核会分配一个-1给slot

2.3.4 input_report_abs
该函数用于上报触摸点坐标，TypeA和TypeB类型都使用此函数上报触摸点坐标信息，其函数原型如下：

1. /**
   
2. * dev: MT设备对应的input_dev
   
3. * code: 要上报的是什么数据
   
4. * value: 要上报的数据值
   
5. * return: 无
   
6. */
   
7. void input_report_abs(struct input_dev *dev,
   
8.                           unsigned int code,
   
9.                                    int value)

复制代码

其中第2个参数，code包括：
·ABS_MT_POSITION_X
·ABS_MT_POSITION_Y
2.3.5 input_mt_report_pointer_emulation

如果追踪到的触摸点数量多于当前上报的数量，驱动程序使用 BTN_TOOL_TAP 事件来通知用户空间当前追踪到的触摸点总数量，然后调用 input_mt_report_pointer_emulation 函数将use_count 参数设置为 false，否则的话将 use_count 参数设置为 true。

1. /**
   
2. * dev: MT设备对应的input_dev
   
3. * use_count: true-有效的触摸点数量 false-追踪到的触摸点数量多于当前上报的数量
   
4. * return: 无
   
5. */
   
6. void input_mt_report_pointer_emulation(struct input_dev *dev, bool use_count)

复制代码

3 input子系统上报数据含义讲解
3.1 input子系统简介
在Linux中，对于输入设备，例如按键、 鼠标、 键盘、 触摸屏等，为了更加方便统一的管理， Linux内核为此专门做了一个input子系统的框架来处理输入事件。

input是输入的意思，就是管理输入的子系统，和 pinctrl、gpio 子系统一样，都是 Linux 内核针对某一类设备而创建的框架。input 子系统框架图如下：

3.2 input输出事件
3.2.1 事件类型
evbit 表示输入事件类型，可选的事件类型定义在 include/uapi/linux/input.h 文件中，事件类型如下：

各个的含义为：

1. #define EV_SYN           0x00    /* 同步事件    */
   
2. #define EV_KEY           0x01    /* 按键事件    */
   
3. #define EV_REL           0x02    /* 相对坐标事件   */
   
4. #define EV_ABS           0x03    /* 绝对坐标事件   */
   
5. #define EV_MSC           0x04    /* 杂项(其他)事件  */
   
6. #define EV_SW            0x05    /* 开关事件    */
   
7. #define EV_LED           0x11    /* LED     */
   
8. #define EV_SND           0x12    /* sound(声音)   */
   
9. #define EV_REP           0x14    /* 重复事件    */
   
10. #define EV_FF            0x15    /* 压力事件    */
    
11. #define EV_PWR           0x16    /* 电源事件    */
    
12. #define EV_FF_STATUS     0x17    /* 压力状态事件   */

复制代码

例如，如果要使用按键的inpu件功能，就需要注册EV_KEY事件，若还要使用连按功能，需要注册EV_REP事件。
如果要使用触摸屏的inpu件功能，就需要注册EV_KEY事件，

3.2.2 按键值类型
evbit、keybit、relbit 等等都是存放不同事件对应的值，Linux 内核定义了很多按键值:

1. #define KEY_RESERVED       0
   
2. #define KEY_ESC            1
   
3. #define KEY_1              2
   
4. #define KEY_2              3
   
5. #define KEY_3              4
   
6. #define KEY_4              5
   
7. //......
   
8. #define BTN_TOOL_QUINTTAP   0x148        /* Five fingers on trackpad */
   
9. #define BTN_TOUCH                    0x14a
   
10. #define BTN_STYLUS                    0x14b
    
11. //......
    
12. #define ABS_X                        0x00
    
13. #define ABS_Y                        0x01
    
14. #define ABS_Z                        0x02
    
15. #define ABS_RX                        0x03
    
16. #define ABS_RY                        0x04
    
17. #define ABS_RZ                        0x05
    
18. #define ABS_MT_SLOT                    0x2f        /* MT slot being modified */
    
19. #define ABS_MT_TOUCH_MAJOR        0x30        /* Major axis of touching ellipse */
    
20. #define ABS_MT_TOUCH_MINOR        0x31        /* Minor axis (omit if circular) */
    
21. #define ABS_MT_WIDTH_MAJOR        0x32        /* Major axis of approaching ellipse */
    
22. #define ABS_MT_WIDTH_MINOR        0x33        /* Minor axis (omit if circular) */
    
23. #define ABS_MT_ORIENTATION        0x34        /* Ellipse orientation */
    
24. #define ABS_MT_POSITION_X        0x35        /* Center X touch position */
    
25. #define ABS_MT_POSITION_Y        0x36        /* Center Y touch position */
    
26. #define ABS_MT_TOOL_TYPE        0x37        /* Type of touching device */
    
27. #define ABS_MT_BLOB_ID                0x38        /* Group a set of packets as a blob */
    
28. #define ABS_MT_TRACKING_ID        0x39        /* Unique ID of initiated contact */
    
29. #define ABS_MT_PRESSURE                0x3a        /* Pressure on contact area */
    
30. #define ABS_MT_DISTANCE                0x3b        /* Contact hover distance */
    
31. #define ABS_MT_TOOL_X                0x3c        /* Center X tool position */
    
32. #define ABS_MT_TOOL_Y                0x3d        /* Center Y tool position */

复制代码

具体的定义在input.h文件中：

3.3 触摸数据上报实例分析
实际是使用触摸屏时，需要将坐标数据通过input子系统上报应用层，现在来具体分析一下input子系统上报的这些数据的含义，例如按下触摸键后，串口会有如下打印：

将数据内容摘出来看：

1. /*****************input_event 类型********************/
   
2. /*编号*/   /*tv_sec*/ /*tv_usec*/  /*type*/   /*code*/    /*value*/
   
3. 0000000    00f6 0000   e539 0003     0003       0039      0000 0000
   
4. 0000010    00f6 0000   e539 0003     0003       0035      009d 0000
   
5. 0000020    00f6 0000   e539 0003     0003       0036      00c1 0000
   
6. 0000030    00f6 0000   e539 0003     0001       014a      0001 0000
   
7. 0000040    00f6 0000   e539 0003     0003       0000      009d 0000
   
8. 0000050    00f6 0000   e539 0003     0003       0001      00c1 0000
   
9. 0000060    00f6 0000   e539 0003     0000       0000      0000 0000
   
10. 0000070    00f6 0000   11ad 0005     0003       0039      ffff ffff
    
11. 0000080    00f6 0000   11ad 0005     0001       014a      0000 0000
    
12. 0000090    00f6 0000   11ad 0005     0000       0000      0000 0000

复制代码

·type 为事件类型
0000：EV_SYN，同步事件
0001：EV_KEY，按键事件
0003：EV_ABS，绝对坐标事件
·code 为事件编码，也就是按键号
0000：ABS_X，单点触摸上报X坐标值
0001：ABS_Y，单点触摸上报Y坐标值
0035：ABS_MT_POSITION_X，多点触摸上报X坐标值
0036：ABS_MT_POSITION_Y，多点触摸上报Y坐标值
0039：ABS_MT_TRACKING_ID，触摸点的track id
014a：BTN_TOUCH，触摸按键
value 就是按键值， 为 1 表示按下， 为 0 的话表示松开
来分析一下每行输出的含义：
第1行：绝对坐标事件，触摸点的track id，id=0
第2行：绝对坐标事件，多点触摸X坐标值，X=0x9d (157)
第3行：绝对坐标事件，多点触摸Y坐标值，Y=0xc1 (193)
第4行：按键事件，触摸按键，1表示按键按下
第5行：绝对坐标事件，单点触摸X坐标值，X=0x9d (157)
第6行：绝对坐标事件，单点触摸Y坐标值，Y=0xc1 (193)
第7行：同步事件，由input_sync函数上报
第8行：绝对坐标事件，触摸点的track id，id=0xffffffff=-1，即触摸点离开了屏幕
第9行：按键事件，触摸按键，0表示没有按键
第10行：同步事件，由input_sync函数上报
注：上面的打印，有多点触摸和单点触摸的上报，实际上如果使用了多点触摸，可以将单点触摸的上报去掉，如下：

去掉后，再次测试，可以看到只有多点触摸数据的上报：

4 将触摸驱动编译到内核
自己编写的触摸驱动，每次系统启动后，都要手动加载驱动模块后才能使用，比较麻烦，现在驱动文件不需要再改了，就可以将自己的驱动直接编译到内核中。方法如下：

将自己写的触摸屏驱动文件拷贝到Linux内核的drivers/input/touchscreen/目录下：

1. cp gt911.c ../../kernel/nxp_kernel/linux-imx-rel_imx_4.1.15_2.1.0_ga/drivers/input/touchscreen/ -f

复制代码

修改 drivers/input/touchscreen 目录下的 Makefile，在最下面添加下面一行：

1. obj-y += gt911.o

复制代码

然后(使用之前编写的编译脚本)重新编译linux内核
再将zImage拷贝到板子中，重新启动板子。
正常情况下，在内核启动的时候就打印出触摸驱动的event编号信息，我这里确实也打印了，只是随后一直刷IIC错误：

暂时看不出来是什么原因，才这居打印看，触摸开始读数据时才会进到这里，感觉像是触摸驱动刚加载完成，就触发了中断，但在中断里通过IIC读取触摸数据时，又出现了问题。。。

一个暂时的替代方式是，可以在开机自启动文件中进行触摸驱动的加载，在/etc/init.d/rcS文件中补充如下语句即可：

1. cd /lib/modules/4.1.15
   
2. depmod
   
3. modprobe gt911.ko
   
4. cd /

复制代码

5 总结
本篇首先介绍了测试触摸是库——tslib，使用它可以进行图形化的触摸测试。随后，又分析触摸协议上报的原理以及通过input子系统上报的数据的具体含义。

阅读全文

NXP管管

帮你调整了下格式哈，格式间距换个字体有点不统一，感谢分享

h12121

NXP管管 发表于 2022-5-25 12:50
帮你调整了下格式哈，格式间距换个字体有点不统一，感谢分享

好的好的，多谢，这样看着就舒服了

maoyanmcu

不错，很详细