漢王手寫(xiě)芯片的觸摸屏控制器應(yīng)用設(shè)計(jì)

引言

在PDA和中高端手機(jī)等手持設(shè)備中，觸摸屏已經(jīng)成為一種比較常用的輸入設(shè)備，用戶可以通過(guò)在觸摸屏上的點(diǎn)擊和寫(xiě)劃完成與手持設(shè)備的交互。此外，由于基于觸摸屏的中文手寫(xiě)輸入法更符合我國(guó)各個(gè)文化層次的人使用，因此越來(lái)越多地出現(xiàn)在時(shí)下流行的各種手持設(shè)備中。大多數(shù)中文手寫(xiě)輸入法完全由軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)，將輸入法界面程序和后臺(tái)識(shí)別算法集成到一起。其好處是不改變系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)，而且便于升級(jí)；然而，使用商用的手寫(xiě)識(shí)別算法，較為高昂的費(fèi)用和繁重的移植工作，會(huì)大大增加開(kāi)發(fā)成本和延長(zhǎng)開(kāi)發(fā)周期。若使用開(kāi)源的手寫(xiě)識(shí)別源代碼（如kanjipad）進(jìn)行移植開(kāi)發(fā)，則一方面涉及移植的工作量問(wèn)題，另一方面識(shí)別率比較低。針對(duì)以上這些由軟件實(shí)現(xiàn)中文手寫(xiě)輸入法所帶來(lái)的一系列問(wèn)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(shí)實(shí)現(xiàn)中文手寫(xiě)輸入及觸摸屏控制的設(shè)計(jì)方案。該方案有以下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)：

◇ 軟件方面將觸摸屏驅(qū)動(dòng)和手寫(xiě)識(shí)別的工作合二為一。
◇ 完全在用戶空間實(shí)現(xiàn)觸摸屏的驅(qū)動(dòng)，減少了硬件平臺(tái)的依賴性，降低了驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)的難度，分層的驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)思想也不會(huì)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(shì)，從而大大縮短了開(kāi)發(fā)周期，增強(qiáng)了實(shí)用性。

1  HW006簡(jiǎn)介

HW006是一款漢王手寫(xiě)芯片，它內(nèi)置了觸摸屏控制電路和對(duì)外的UART接口，同時(shí)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(yīng)用需求。

1.1  HW006主要功能

◇ 支持6 763個(gè)簡(jiǎn)體中文（GB2312）、52個(gè)英文大小寫(xiě)字母、10個(gè)數(shù)字、12個(gè)常用符號(hào)的手寫(xiě)識(shí)別輸入，并可自由組合，設(shè)置識(shí)別范圍；
◇ 支持點(diǎn)擊模式、手寫(xiě)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(shè)置，便于與各種CPU進(jìn)行通信；
◇ 在手寫(xiě)狀態(tài)下，識(shí)別參數(shù)可設(shè)置。
可見(jiàn)，HW006完全可以實(shí)現(xiàn)預(yù)想的功能。根據(jù)實(shí)際需要，選用混合模式。

1.2  HW006的通信協(xié)議

HW006為從設(shè)備，主設(shè)備對(duì)該芯片發(fā)送控制命令，HW006可以執(zhí)行相應(yīng)的功能。

（1） 主設(shè)備向手寫(xiě)芯片發(fā)送命令

格式如下：

（2）  手寫(xiě)芯片向主設(shè)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(xiě)芯片先發(fā)送軌跡坐標(biāo)，屬性表示該點(diǎn)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(biāo)志，其值為0xff。之后發(fā)送識(shí)別字的編碼，低字節(jié)在前，高字節(jié)在后。

1.3  命令碼的簡(jiǎn)單介紹

對(duì)HW006進(jìn)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(jiǎn)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(rèn)波特率，9 600 bps；數(shù)據(jù)位,8位；校驗(yàn)位,無(wú)；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(shí)，默認(rèn)工作模式為點(diǎn)擊模式。用戶可根據(jù)應(yīng)用需要，設(shè)置相應(yīng)工作模式。使用混合模式時(shí)必須通過(guò)UART給系統(tǒng)發(fā)送4個(gè)數(shù)據(jù)X1、Y1、X2、Y2,以確定矩形手寫(xiě)區(qū)域的范圍。

3  手寫(xiě)輸入法及觸摸屏驅(qū)動(dòng)的實(shí)現(xiàn)

選用的圖形界面系統(tǒng)Qtopia是由Trolltech公司所開(kāi)發(fā)的專門(mén)用于嵌入式Linux操作系統(tǒng)電子設(shè)備的應(yīng)用平臺(tái)，這里使用開(kāi)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(yīng)用程序、輸入法、本地化支持和無(wú)線支持等。對(duì)于輸入法，它提供了一系列的通用API，便于開(kāi)發(fā)用戶自己的輸入法。

Qtopia軟件平臺(tái)可分為4個(gè)層次，如圖2所示。

圖2  Qtopia軟件平臺(tái)層次結(jié)構(gòu)

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(xiě)觸摸屏庫(kù)，提供給Qt/Embedded層調(diào)用;②  改寫(xiě)Qt/Embedded層的觸摸屏API;③  在Qtopia層利用輸入法API完成手寫(xiě)輸入法的手寫(xiě)顯示和識(shí)別字顯示的界面。下面詳細(xì)介紹以上步驟。  

3.1  在Linux層編寫(xiě)觸摸屏庫(kù)

主要是提供設(shè)置HW006工作模式、讀/寫(xiě)HW006數(shù)據(jù)以及對(duì)讀到的數(shù)據(jù)進(jìn)行發(fā)送的接口函數(shù)，最終編譯成動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)，可供上層的應(yīng)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(kāi)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(shè)置HW006的混合工作模式
void ts_config(int* fd) {
…
write(*fd,&SET_96,2); //設(shè)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(shè)置手寫(xiě)區(qū)域4個(gè)角的坐標(biāo)
write(*fd,&WAIT_T,2);//設(shè)置漢字識(shí)別等待時(shí)間
write(*fd,&REG_SCOPE,2);//設(shè)置識(shí)別范圍
write(*fd,&REG_CAN,2);//設(shè)置識(shí)別字候選個(gè)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(xiě)Qt/Embedded層的觸摸屏API

對(duì)讀到的原始數(shù)據(jù)進(jìn)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(lèi)QCalibratedMouseHandler實(shí)現(xiàn)了對(duì)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