安卓外挂红外触摸屏的软件设计

安卓外挂红外触摸屏的软件设计
许海燕，黄贤立
（淮阴师范学院计算机科学与技术学院江苏淮安 223300）
【摘要】基于 Android 输入系统开发了安卓外挂红外触摸屏的驱动软件。 USB 接口的红外触摸屏连接到 A83T 开
发板上，触摸点数据通过安卓 Input 子系统上报。本文描述了触摸系统的硬件架构和安卓输入系统的编程体系，给出了触
屏驱动的主要设计和实现过程。
【关键词】安卓；触摸屏；驱动设计

1 开发背景
红外触摸技术是一种自然的人机交互技术，利用了 LCD 屏
边沿的红外对管矩阵来检测触摸位置。红外管发出的脉冲形成
格栅，手指触摸屏幕会阻断光束，接收电路探测到光束的损失
便可确定 X 轴与 Y 轴的坐标值。对于两点以上触摸，可通过多
轴扫描来处理，实现真 2 点以上触摸感知。
相比电阻、电容等触摸屏，红外触摸屏的特点是透光性好，
性价比高，稳定性好，对触摸物体无力度、导电等特殊要求。红
外触摸屏常用接口有 COM 串口和 USB，其中 USB 接口使用比
较灵活，可插拔使用。普通显示器只要外挂一个尺寸相当的触
摸屏，安装好驱动程序即可使用。
市场上的触摸展示机大多采用 Windows 系统，其优点是软
件兼容性好，系统性能较强，缺点是功耗大，散热不好，系统造
价高。若采用安卓系统，可克服上述缺点，大大降低系统造价，
提高系统的稳定性。安卓系统的触摸系统适合用在对系统性能
要求不高，功能相对单一的场合。本文外挂触摸屏选用了 22
寸的 USB 接口触摸屏，支持 2 点触摸和 USB-HID 规范， Win－
dows7 以上可直接驱动，不需要专门的驱动程序。系统主板采用
了全志 A83T 开发板，安卓版本为 4.4， linux 内核版本为 3.1。整
个触摸系统架构如图 1 所示。

2 安卓驱动架构
Android 驱动主要分两种类型： Android 专用驱动和 An－
droid 使用的设备驱动（linux）, 触摸屏属于 Event 输入设备驱
动。输入 Input 驱动程序的主设备号是 13，次设备号是(Event
queue):64～95，最多有 32 个。Input 子系统的结构如图 2 所示，分
为三层：硬件驱动层，子系统核心层，事件处理层。
（1）硬件驱动层负责具体的硬件设备驱动，本层代码放在
内核中，是开发工作的核心内容，按照 GPL 协议，这部分需要开
源。
（2）安卓框架部分是上下两个层之间的纽带，向上提供事
件处理层的接口, 向下提供驱动层的接口，本部分一般不用修
改。
（3）最上层应用层负责与用户程序打交道，将下层传来的
事件报告给用户程序。

3 触屏驱动设计
安卓的 linux3.1.10 版本的内核中自带了 USB 触摸屏驱动，
位置是：
/kernel /drivers /input /touchscreen /usbtouchscreen.c，添加
的专用触摸驱动也放在这个目录。
3.1 USB 驱动注册
插入 USB 触屏后，首先进行 USB 设备注册，入口是：
module_init(usbirtouch_init);
static int __init usbirtouch_init(void)
{
return usb_register(&usbirtouch_driver);
}
这里调用了 USB 注册函数，需要传入一个 usb_driver 结构
体指针:
static struct usb_driver usbirtouch_driver = {
.name = "USBIRTOUCH",
.probe = usbirtouch_probe, .disconnect = usbir－
touch_disconnect,
.id_table = usbirtouch_id_table,
};
USB 设备驱动 usb_generic_driver 会和 USB 设备交互，进
行描述符的匹配，匹配成功后将调用上述结构体中 probe 域中
指定的 probe 函数。其中的匹配表由 usbirtouch_id_table 指定。
然后将每个接口定义成 device，加载到 USB 总线。

static struct usb_device_id usbirtouch_id_table［］ = {
{USB_DEVICE_HID_CLASS(0x0abf, 0x0011), .driver_info
= DEVTYPE_IGNORE},
{USB_DEVICE_HID_CLASS(0x0abf, 0x0012), .driver_info
= DEVTYPE_IGNORE},
…
};
USB_DEVICE_HID_CLASS 中两个参数，第 1 个代表厂商
(Vendor)ID，第 2 个代表产品(Product) ID.
在 probe 函数中，需要通过 set_bit （）告知 input 子系统可以
报告的事件并初始化触屏参数：
input_dev->evbit ［0］ = BIT(EV_KEY) | BIT(EV_ABS);
set_bit(BTN_TOUCH, input_dev->keybit);
input_dev->absbit［0］ = BIT(ABS_MT_POSITION_X) | BIT
(ABS_MT_POSITION_Y);
set_bit(ABS_MT_PRESSURE, input_dev->absbit);
EV_KEY 表示按键事件， EV_ABS 表示触摸的绝对坐标值，
使用下面 3 个函数进行触屏参数初始化。
input_set_abs_params (input_dev, ABS_MT_PRESSURE,
0,255,0,0);//压力范围和精度
input_set_abs_params(input_dev, ABS_MT_POSITION_X, 0,
32767, 0, 0);//X 值范围和精度
input_set_abs_params(input_dev, ABS_MT_POSITION_Y, 0,
32767, 0, 0);//Y 值范围和精度
3.2 触摸数据的上报
利用 urb 上报进行数据上报。上报前使用 usb_fill_int_urb(
)回调 usbirtouch_irq（）函数进行数据段填充。主要代码如下：
input_report_abs(dev,ABS_MT_POSITION_X, x);//X 轴
坐标值
input_report_abs(dev,ABS_MT_POSITION_Y, y);//Y 轴
坐标值
input_report_key(dev,BTN_TOUCH,1);//单击
input_mt_sync(dev);
在每个点上报后需要紧跟一句 input_mt_sync()用于不同点
的间隔，本批触摸点上报完毕使用 input_sync(dev)表示本批次
上报结束。
4 驱动的编译
编写好的需要对内核重新编译，主要步骤如下：
（1）将驱动程序复制到 kernel/driver/input/touchscreen 目录
下；
（2）修改 kernel/driver/input/touchscreen 目录下的 Makefile，
添加
"obj-$(CONFIG_TOUCHSCREEN_USBIRTOUCH_DT)
+= usbirtouchusb-hy.o"；
（3）修改 kernel/driver/input/touchscreen 目录下的 Kconfig
文件，增加如下代码
config TOUCHSCREEN_USBIRTOUCH_HY
tristate "IRTOUCH USB Touchscreen Driver For single
point"
depends on USB_ARCH_HAS_HCD
select USB

help
Say Y here if you have a USBIRTOUCH based touch－
screen controller.
If unsure, say N.
To compile this driver as a module, choose M here: the
module will be called usbirtouch.
（4）运行 make menuconfig 选择 TOUCHSCREEN_USBIR－
TOUCH_HY 重建内核；
（5）打开目录/system/core/rootdir 目录下的 ueventd.rc 文件，
该文件设置驱动挂载到/dev 目录下时的权限和所有者。添加如
下内容：
/dev/usbirtouch 0666 root root
第 5 步的作用是增加程序访问驱动的权限。经过上述步骤
编译的内核包含了新 USB 触屏驱动。如果安卓系统版本高于
4.0，还要需要将输入设备配置文件(idc)复制到/system/usr/idc 目
录下。

5 触摸屏的校准
由于外挂屏采用了绝对坐标，安装时也不可能与 LCD 高精
度对准，需要软件算法进行校准，其目标是将物理坐标值转换
为屏幕坐标。常用的校准算法是 3 点、4 点与 5 点校准，原理类
似。校准的数据保存在/dev/usbirtouch 目录下，但需要此目录的
读写权限。对于 3 点校准算法使用方程组(1)来表示触摸点的绝
对坐标值与显示设备上匹配点的关系：
X t = (A*X o + B*Y o + C)
Y t = (D*X o + E*Y o + F) (1)
其中(X t ， Y t )为转换后得到的显示屏坐标， (X o ， Y o )为原始的
触摸屏坐标， A、B、C、D、E、F 为该线性算法的 6 个参数。代入至
少三个不同点的坐标值 (X o1 ,Y o1 ),(X o2 ,Y o2 ),(X o3 ,Y o3 ),(X t1 ,Y t1 ),(X t2 ,Y t2 ),
(X t3 ,Y t3 )到方程组(2)，得到 6 个方程。
X t1 = (A*X o1 + B*Y o1 + C)
X t2 = (A*X o2 + B*Y o2 + C)
X t3 = (A*X o3 + B*Y o3 + C)
Y t1 = (D*X o1 + E*Y o1 + F)
Y t2 = (D*X o2 + E*Y o2 + F)
Y t3 = (D*X o3 + E*Y o3 + F) (2)
求解方程确定 6 个参数后，即可利用方程组（1）计算触摸
点对应的屏幕点的坐标。将 6 个参数值存入指定文件，触摸屏
初始化时如果读到校准文件就不需要校准了，否则提示用户运
行程序校准。校准程序限制于篇幅不再赘述。
6 结语
本文主要对基于安卓的外挂式红外触摸屏进行了驱动设
计，实现了 2 点触摸操作，设计思想可用于其它大屏尺寸的触
摸驱动开发。由于 Input 输入子系统涉及的知识较多和篇幅受
限，细节没有过多展开，未来打算在触摸防抖、抗干扰和提高分
辨率等方面做进一步研究。
参考文献：
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机，2006. 19(4):77～ 78.
［2］於琪建,张海峰. Linux 输入子系统在触摸屏驱动上的实现［J］. 机电
工程, 2009,26 (3):32～ 34
［3］王振丽等.Android 底层开发技术实战详解—— —

内核、移植和驱动［M］. 北京：电子工业出版社，2015.3
［4］石坚, 白瑞林, 邹骏宇, 马涛. Android 多点触摸屏输入系统的设计
与实现［J］. 计算机工程与应用. 2012(28)
作者简介：
许海燕（1970-），男（汉族），江苏省淮安人，副教授，硕士，研究方向
为物联网和嵌入式开发；黄贤立（1977-），男（汉族），安徽省砀山县人，
副教授，硕士，主要研究方向为机器学习、人机用户界面和生物信息学。

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