触摸屏校准程序设计

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（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》