嵌入式操作系统Nucleus下触摸屏驱动的开发
摘要： 详细分析在Nucleus下触摸屏驱动程序的开发，针对触摸屏控制芯片ADS7846，分析其配置、工作原理，以及如何加载到操作系统中。这些方法为手机，PDA触摸屏驱动的开发有一定的借鉴意义
关键词：RTOS Nucleus 触摸屏 ADS7846
Nucleus 是一款优秀的嵌入式实时操作系统（RTOS），具有抢占式和时间片轮转任务调度方式，主要用在时间苛刻的嵌入式应用当中。大约95％的Nucleus用ANSI C 写成，作为一个库加载到应用代码当中。目前手机行业有很多使用Nucleus。
1． 触摸屏控制电路的硬件结构
触摸屏控制电路主要有一下四部分组成：进行数据处理、控制功能的MCU，一个四线电阻式触摸屏和控制芯片ADS7846, 以及显示触摸点坐标的显示部分。
在这里主要对触摸屏的硬件电路和驱动设计做一个较详细的介绍
ADS7846是美国TI公司推出的一款四线制电阻式触摸屏控制器，通过机械式触摸，可以迅速得到触摸点位置信号。它是一种典型的带有连续逼近型寄存器的A/D转换器，内部自带2.5V参考电压，一个和微处理器相连的SPI接口，同时具有测量温度、触摸压力和电池电压的功能，有可编程 的8位或12位的分辨率。在2.7V电压和125kHz的转换速率下， 功耗仅为750uW，在 power down 模式下仅为0.5uW。由于这些优良的性能，在移动设备中有大量的应用。下表为控制器的主要引脚
引脚名 功能描述
+Vcc 逻辑正电源
X+,Y+ 接触摸屏正电极
X-,Y- 接触摸屏负电极
GND 接地
Vbat 电源监控输入端
PENIRQ 中断输出端
Vref 参考电压输入输出端
DOUT 串行数据输出端
DCLK 外部时钟输入端
DIN 串行数据输入端
BUSY 忙信号输出端(低电平有效)
CS 片选
工作原理：图2是触摸屏控制器和MCU的连接电路图。当ADS7846检测到触摸屏被按下时，它就会产生一个中断信号（PENIRQ为低电平）给MCU，MCU选中ADS7846控制器（CS为低），然后通过串行口DIN向ADS7846发送8位控制字，此后DOUT在DCLK的下降沿得到12位的输出。图3为ADS7846在每次转换为24个时钟周期下的时序图。
图2
2．Nucleus下ADS7846的驱动设计
驱动设计的目的是将触摸坐标即时的转换为显示坐标，直接在LCD屏上显示出来，然后经过输入识别软件的处理（例如汉王的识别软件），识别出输入的字符，汉字等。
2．1 当触摸屏按下时，会产生一个中断，应当为ADS7846配置一个中断。在Nucleus下，中断分两种，Low level 中断（Lisr）和High level 中断（Hisr），一般的中断服务程序在Hisr当中处理。一个较为复杂的，多任务嵌入式系统当中，中断服务程序（优先级比普通任务的优先级高）不能占用太多的时间，否则可能会导致其他任务不能及时得到响应。例如在触摸屏中断服务程序的处理，在较坏的情况下，触摸屏可能一直被按下去，其Hisr就会占用很多的资源，导致别的任务（例如一个手机应用当中，可能导致接受电话的任务不能处理，而这是不能让人接受的，不能想象当你写短信时不能接受电话的情况，）所以当中断服务程序需要占用CPU较多的处理时间时，一般要在另外激活一个任务，由任务调度机制来处理和系统中其他任务的关系，它的流程图如图四所示，实践证明，这种处理方法是较好的处理方法。
图4
2．2 这里不打算对怎么创建一个Lisr,Hisr和激活一个任务做太多的介绍，详细可以看Nucleus的文档。重点介绍ADS7846的驱动程序的处理和如何将所得数据在LCD上正确显示出来。
2．2．1 ADS7846处理程序的流程图如图五所示
图5
ADS7846在计算触摸坐标时有两种方式，single ended模式和difference 模式。Single ended模式利用ADS7846内部参考电压或者外部参考电压，得出的结果是一个电压的AD结果。 Difference 不需要内部或者外部的参考电压，这种模式得出的结果是触摸点在触摸屏位置上的百分比。这种模式可以消除参考电压波动对换算结果的影响。 2．2．2 ADS7846换算结果在LCD屏幕上的映射
假设LCD是个160 x 128 像素大小的屏幕，如图六所示，假设A点的坐标为（0，0），那么可知道B，C，D是（128，0），（0，160），（128，160）。通过ADS7846得出A，B，C，D的转换结果分别是（Xa，Ya），（Xb，Yb），（Xc，Yc），（Xd，Yd），再得出屏幕中任意点X转换结果（Xx，Yx），那么X的坐标（x,y）可以通过下式算出来：
X＝Xb －Xa＝Xd －Xc
Y＝Yc －Ya＝Yd －Yb
x ＝ (Xx-Xa) * 128 /X
y = (Yx -Ya) * 160/Y
得出触摸屏的一系列坐标以后，作为手写识别软件的输入，就可得出输入的汉字，字符等。
3. 结论
本文简单介绍了Nucleus下触摸屏驱动的开发，由于当前触摸屏的应用越来越广泛，嵌入式系统的应用范围也越来越广，将对其他嵌入式系统下驱动的开发有一定的借鉴意义。