触摸屏校准程序设计

来源:互联网 发布:adobe 2017 mac中文版 编辑:程序博客网 时间:2024/04/30 00:57

触摸屏校准程序设计

■ 上海大学机电工程及自动化学院博士 刘锬

嵌入式Linux和MiniGUI结合的解决方案已经成为很多嵌入式系统的图形化方案之一,而触
摸屏也是很多嵌入式系统首选的输入设备,因此触摸屏的校准也成为很多嵌入式系统开发
过程中常常碰到的问题之一。

嵌入式Linux是一种可以进行裁减、修改使之能在嵌入式计算机系统上运行的操作系统,既
继承了Internet上的无限的开放源代码资源,又具有嵌入式操作系统的特性。该系统具有
较高的稳定性和安全性、良好的硬件支持、标准兼容性和资源丰富等功能。而触摸屏是一
种方便、快捷的输入设备,附着在显示器的表面,与显示器配合使用,在工业控制场合得
到了广泛的应用。然而在实际的嵌入式程序移植的过程中,由于触摸屏尺寸的不同,以及
GUI(Graphic User Interface)方案选择和IAL(Input Abstract Layer)的差异,一般
开发板制造商并不提供触摸屏的校正程序。本文介绍的正是笔者在制作实际的嵌入式Linu
x数控机床人机接口过程中,提出的一套基于嵌入式Linux和MiniGUI的通用触摸屏校准程序
设计方案。

MiniGUI简介

MiniGUI(http://www.minigui.com)是国内最有影响的自由软件项目之一,MiniGUI 项
目的目标是为基于 Linux 的实时嵌入式系统提供一个轻量级的图形用户界面支持系统。该
项目自1998年底开始到现在,已历经7年多的开发过程,到目前为止,已经比较成熟和稳定
,并且在许多实际产品或项目中得到了广泛应用。

MiniGUI 为应用程序定义了一组轻量级的窗口和图形设备接口。利用这些接口,每个应用
程序可以建立多个窗口,而且可以在这些窗口中绘制图形且互不影响。用户也可以利用Mi
niGUI 建立菜单、按钮、列表框等常见的 GUI 元素。

MiniGUI 可以具有两种截然不同的运行时模式:MiniGUI-Threads或者MiniGUILite。运行
在 MiniGUI-Threads 上的程序可以在不同的线程中建立多个窗口,但所有的窗口在一个进
程中运行。相反,运行在 MiniGUI-Lite 上的每个程序是单独的进程,每个进程也可以建
立多个窗口。MiniGUI-Threads 适合于具有单一功能的实时系统,而 MiniGUI-Lite则适合
于具有良好扩展性的嵌入式系统,比如要下载并运行第三方应用程序的智能手持终端。


MiniGUI在体系结构上有许多独特之处。它的主要特色有:

● 提供了完备的多窗口机制;

● 对话框和预定义的控件类;

● 消息传递机制;

● 多字符集和多字体支持;

● 全拼、五笔等汉字输入法支持;

● BMP、GIF、JPEG等常见图像文件的支持;

● 小巧,包含全部功能的库文件大小为300KB左右;

● 可配置,可根据项目需求进行定制配置和编译;

● 可移植性好。

基于以上特点,MiniGUI和Microwindows、Qt-Embedded是当前嵌入式Linux中比较流行的三
大嵌入式Linux的图形用户接口的解决方案。而MiniGUI因为其“小”的特色和对中文最好
的支持以及中文参考资料的配备等独特优点,在嵌入式的实际GUI方案选型中, MiniGUI也
成为国人作实验研究或者项目所青睐的解决方案。

环境参数的设置

在嵌入式系统中,多数都会选择安装触摸屏设备,然而由各种厂商生产的设备参数各不相同
、驱动也不一致。现在有的开发板厂商已经可以提供触摸屏的驱动接口,但是由于触摸屏
的尺寸大小以及一些具体参数的设置失误,造成基于触摸屏操作的图形界面坐标不准,也
就是说触摸屏读出的点的物理坐标和实际LCD屏幕的像素坐标不匹配,应用程序无法通过触
摸屏得到正确操控。

笔者基于S3c2410的ARM9内核,使用6.4英寸,640×480的触摸屏,嵌入式Linux内核2.4.2
0和MiniGUI1.3.0,Lite版本,设计了一套简单可行的方案,可以方便地实现触摸屏的校准


在开始校正触摸屏的坐标前,首先要修改MiniGUI.cfg文件使其适应触摸屏驱动,该文件一
般保存在开发板的/usr/local目录下。所做修改如表所示。


另外,在开发板的/dev/的目录下建立连接ln-s /dev/touchscreen/Oraw ts 。

配置文件修改的主要目的是把IAL(Input Abstract Layer,输入抽象层)改为SMDK2410,
输入设备改为/dev/ts,鼠标类型IMPS2取消掉,使其适应触摸屏驱动。

校正原理及编程思路

1.校正原理

我们传统的鼠标是一种相对定位系统,只和前一次鼠标的位置坐标有关。而触摸屏则是一
种绝对坐标系统,要选哪就直接点哪,与相对定位系统有着本质的区别。绝对坐标系统的
特点是每一次定位坐标与上一次定位坐标没有关系,每次触摸的数据通过校准转为屏幕上
的坐标,不管在什么情况下,触摸屏这套坐标在同一点的输出数据是稳定的。不过由于技
术原理的原因,并不能保证同一点触摸每一次采样数据相同,不能保证绝对坐标定位,点
不准,这就是触摸屏最怕出现的问题:漂移。对于性能质量好的触摸屏来说,漂移的情况
出现并不是很严重。所以很多应用触摸屏的系统启动后,进入应用程序前,先要执行校准
程序。

通常应用程序中使用的LCD坐标是以像素为单位的。比如说:左上角的坐标是一组非0的数
值,比如(20,20),而右下角的坐标为(620,460)。这些点的坐标都是以像素为单位
的,而从触摸屏中读出的是点的物理坐标,其坐标轴的方向、XY值的比例因子、偏移量、
缩放因子都与LCD坐标不同,所以,可以在IAL的某个函数(比如wait_event函数)中把物
理坐标首先转换为像素坐标,然后再赋给POS结构,达到坐标转换的目的。图是LCD坐标和
触摸屏的物理坐标的比较。


2.触摸屏校正思路

在IAL的某个函数(比如wait_event函数)中加入调试信息,开发板上运行Calibrate程序
,那么触摸屏上任何一点的坐标就可以在主机监视屏上回显出来。于是,就采集到了4个角
的物理坐标,假设是6.4英寸屏,640X480分辨率,则它们的像素坐标分别是(20,20)、(
20,460)、(620,460)和(620,20)。这样,使用待定系数法就可以算出坐标系之间的平移关
系。比如:

Vx = xFactor*Px + xOffset

Vy = yFactor*Py + yOffset

在笔者使用的开发板上,系数xFactor、yFactor、xOffset、yOffset的值分别为0.211、-
16.27、-19/116、625.23。那么,在IAL的特定函数中就可以按照这个变换关系把物理坐标
转换为像素坐标赋给POS结构了。

因此,应用程序中首先弹出一个有若干点的界面,然后让用户去点,参照了Qt-embedded
的对标程序,一般采用了触摸屏四个角的四个点。根据像素坐标和物理坐标计算参数,并
保存到一个文件中。那么以后只要这个文件的内容有效则不必再经历屏幕校准的过程。


另外需要提醒的是,还要参照一下触摸屏驱动的读方法,确定从触摸屏读出的数据的组织
格式。比如笔者使用的S3c2410的驱动的读方法就是返回8个字节表示一点的坐标,所以在
IAL的特定函数中首先要拼接才能得到点的物理坐标。

程序设计

以下是实现校准的简单构架。

1.给屏幕上放置4个定位点

通过直接给屏幕划两个短线交叉的方法来实现。下面的代码表示,在(20,20)点画一个
十字光标。

DrawLine (15, 20, 26, 20, 0xf800);

DrawLine (20, 15, 20, 26, 0xf800);

2.获得每个定位点的值,也就是触摸屏采样的值

这个值要进行核准后,保存到PEN_CONFIG结构体中,其代码如下:

do {

// Calibrate Point 1 (20,20)

DrawLine (15, 20, 26, 20, 0xf800);

DrawLine (20, 15, 20, 26, 0xf800);

do

GetTouchvalue (tfd, &point[0].x, &point[0].y);

while (!(point[0].x > X1_SCOPE_MIN && point0].x < X1_SCOPE_MAX && point[0].y >
Y1_SCOPE_MIN && point[0].y...

//上面是第一个定位点处理的方法,因为有四个点,其他的也和此一样。只不过定位点和
判断范围不同罢了。

//最后还要对定位的准确度进行判断。

} while(CheckCalibratePont());

3.保存PEN_CONFIG结构体到一个数据文件中

typedef struct

{

U32 xFactor;//X方向比例因子

U32 yFactor;//Y方向比例因子

U32 xOffset;//X方向偏移量

U32 yOffset;//Y方向偏移量

U8 scale; //缩放因子

RECT pan; //校正区域矩形

}PEN_CONFIG, *P_PEN_CONFIG;

在程序中通过计算获得此结构体,这些数据是非常重要的,它提供给IAL使用。以下是保存
这个结构体的部分源码:

rt.left=(point[0].x + point[1].x)/2;

rt.top=(point[0].y + point[3].y)/2;

rt.right=(point[2].x + point[3].x)/2;

rt.bottom=(point[2].y + point[1].y)/2;

st.top=20;

st.left=20;

st.right=620;

st.bottom=460;

_PenCalibratePoint(&st,&rt);

// Open the file for writing config file

wfd = open("/var/pencfg", O_WRONLY);

if (wfd < 0) {

printf("Error: cannot open pencfg file./n");

exit(1);}

printf("The pencfg file was opened successfully./n");

if(write(wfd, &_gPenConfig, sizeof(_gPenConfig)) == sizeof(_gPenConfig)){

printf("Write Victor /n");}

close(wfd);

4.调试信息的输出

void GetTouchValue(int fp, int *x, int *y)

{ ts_event_t ts;

while (1) {

if(read(fp, &ts, sizeof(ts_event_t)) == sizeof(ts_event_t)){

if (ts.pressure == 0 ) break;

*x = ts.x;

*y = ABSY-ts.y;

}

}

printf (" x= %d, y= %d /n", *x, *y);//在屏幕上输出触摸屏坐标

}比例因子及偏移量的输出如下:

printf ("_gPenConfig.xFactor = %x _gPenConfig.yFactor = %x /n",_gPenConfig.xFa
ctor, _gPenConfig.yFactor);

printf ("_gPenConfig.xOffset = %x _gPenConfig.yOffset = %x /n",_gPenConfig.xOf
fset, _gPenConfig.yOffset);

printf ("_gPenConfig.scale = %x/n",_gPenConfig.scale);

5.IAL如何获得PEN_CONFIG中的数据

其原理很简单,上面的程序已经把PEN_CONFIG保存到/var/pencfg文件中,只需在IAL中写
上打开该文件的代码,并且从中读取数据就可以了,其源码如下,在Init2410Input函数中


int rcfg;

rcfg = open ("/var/pencfg", O_RDONLY);

if (rcfg < 0) {

printf ("Open < /var/pencfg> File Error/n");

}

if(read(rcfg, &_gPenConfig, sizeof(_gPenConfig)) == sizeof(_gPenConfig)){

printf("Read Victor /n");

}

close(rcfg);

关于IAL其他函数,详细可以参照源代码。

6.精度的控制

#define X1_SCOPE_MIN 45 //MIN和MAX的差值就是校准的精度

#define X1_SCOPE_MAX 75

#define X2_SCOPE_MIN 45

#define X2_SCOPE_MAX 75

#define X3_SCOPE_MIN 940

#define X3_SCOPE_MAX 970

  ...

7.如何运用

启动应用程序前先运行“触摸屏校准程序”,再运行MiniGUI程序。这样使得运行应用程序
前,IAL可以预先提取到“触摸屏校准程序”中的数据。

(计算机世界报 2006年04月10日 第13期 B25、B27)

PS:写的很详尽也很实用,很好的参考。
本人正在着手试验一下,完成后再GPL试验源码。
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如果没有 礁石的阻拦
我怎能开得 这般的美丽
所以
每当我完成了 一次撞击
只有欢乐 没有叹息
只要我活在海上 就不会把礁石忘记 ——《浪花》

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