Linux 多点电容触摸屏实验（1）

1.多点电容触摸简介        

        ATK-7016 这款屏幕其实是由 TFT LCD+ 触摸屏组合起来的。底下是 LCD 面板，上面是触摸面板，将两个封装到一起就成了带有触摸屏的 LCD 屏幕。电容触摸屏也是需要一个驱动 IC的，驱动 IC 一般会提供一个 I2C 接口给主控制器，主控制器可以通过 I2C 接口来读取驱动 IC里面的触摸坐标数据。ATK-7016 、 ATK-7084 这两款屏幕使用的触摸控制 IC 是 FT5426 ， ATK- 4342 使用的驱动 IC 是 GT9147 。这三个电容屏触摸 IC 都是 I2C 接口的，使用方法基本一样。

        FT5426 这款驱动 IC 采用 15*28 的驱动结构，也就是 15 个感应通道， 28 个驱动通道，最

多支持 5 点电容触摸。 ATK-7016 的电容触摸屏部分有 4 个 IO 用于连接主控制器： SCL 、 SDA 、

RST 和 INT ， SCL 和 SDA 是 I2C 引脚， RST 是复位引脚， INT 是中断引脚。一般通过 INT 引

脚来通知主控制器有触摸点按下，然后在 INT 中断服务函数中读取触摸数据。也可以不使用中

断功能，采用轮询的方式不断查询是否有触摸点按下，和所有的 I2C 器件一样，FT5426 也是通过读写寄存器来完成初始化和触摸坐标数据读取的，本节主要内容就是读写FT5426 的寄存器。FT5426 的 I2C 设备地址为 0X38，FT5426 的寄存器有很多，只用到了其中的一部分，如表所示：

2.多点触摸(MT)协议详解

        老版本的 linux 内核是不支持多点电容触摸的 (Multi-touch ，简称 MT) ， MT 协议是后面加入的，因此如果使用 2.x 版本 linux 内核的话可能找不到 MT 协议。 MT 协议被分为两种类型， Type A 和 TypeB ，这两种类型的区别如下：

TypeA ：适用于触摸点不能被区分或者追踪，此类型的设备上报原始数据 ( 此类型在实际使

用中非常少！ ) 。

Type B ：适用于有硬件追踪并能区分触摸点的触摸设备，此类型设备通过 slot 更新某一个

触摸点的信息， FT5426 就属于此类型，一般的多点电容触摸屏 IC 都有此能力。

        触摸点的信息通过一系列的 ABS_MT 事件 ( 有的资料也叫消息 ) 上报给 linux 内核，只有

ABS_MT 事件是用于多点触摸的， ABS_MT 事件定义在文件 include/uapi/linux/input.h 中，相关

事件如下所示：

852 #define ABS_MT_SLOT 0x2f /* MT slot being modified */
853 #define ABS_MT_TOUCH_MAJOR 0x30 /* Major axis of touching ellipse */
854 #define ABS_MT_TOUCH_MINOR 0x31 /* Minor axis (omit if circular) */
855 #define ABS_MT_WIDTH_MAJOR 0x32 /* Major axis of approaching ellipse */
856 #define ABS_MT_WIDTH_MINOR 0x33 /* Minor axis (omit if circular) */
857 #define ABS_MT_ORIENTATION 0x34 /* Ellipse orientation */
858 #define ABS_MT_POSITION_X 0x35 /* Center X touch position */
859 #define ABS_MT_POSITION_Y 0x36 /* Center Y touch position */
860 #define ABS_MT_TOOL_TYPE 0x37 /* Type of touching device */
861 #define ABS_MT_BLOB_ID 0x38 /* Group a set of packets as a blob */
862 #define ABS_MT_TRACKING_ID 0x39 /* Unique ID of initiated contact */
863 #define ABS_MT_PRESSURE 0x3a /* Pressure on contact area */
864 #define ABS_MT_DISTANCE 0x3b /* Contact hover distance */
865 #define ABS_MT_TOOL_X 0x3c /* Center X tool position */
866 #define ABS_MT_TOOL_Y 0x3d /* Center Y tool position */

        在 上 面 这 些 众 多 的ABS_MT 事 件 中 ， 我 们 最 常 用 的 就 是 ABS_MT_SLOT 、

ABS_MT_POSITION_X 、ABS_MT_POSITION_Y 和 ABS_MT_TRACKING_ID 。其中

ABS_MT_POSITION_X 和 ABS_MT_POSITION_Y 用 来 上报 触 摸点 的 (X,Y) 坐 标 信息 ，

ABS_MT_SLOT 用 来 上 报 触 摸 点 ID ，对于 Type B 类 型 的 设 备 ， 需 要 用 到 ABS_MT_TRACKING_ID 事件来区分触摸点。

        对于 TypeA 类型的设备，通过 input_mt_sync() 函数来隔离不同的触摸点数据信息，此函数

原型如下所示：

void input_mt_sync(struct input_dev *dev)

        此函数只要一个参数，类型为 input_dev，用于指定具体的 input_dev 设备。 input_mt_sync()

函数会触发 SYN_MT_REPORT 事件，此事件会通知接收者获取当前触摸数据，并且准备接收

下一个触摸点数据。

        对于 Type B 类型的设备，上报触摸点信息的时候需要通过 input_mt_slot() 函数区分是哪一

个触摸点， input_mt_slot() 函数原型如下所示：     

void input_mt_slot(struct input_dev *dev, int slot)

        此函数有两个参数，第一个参数是 input_dev 设备，第二个参数 slot 用于指定当前上报的是

哪个触摸点信息。 input_mt_slot() 函数会触发 ABS_MT_SLOT 事件，此事件会告诉接收者当前

正在更新的是哪个触摸点 (slot) 的数据。

        不管是哪个类型的设备，最终都要调用 input_sync() 函数来标识多点触摸信息传输完成，告

诉接收者处理之前累计的所有消息，并且准备好下一次接收。 Type B 和 Type A 相比最大的区

别就是 Type B 可以区分出触摸点， 因此可以减少发送到用户空间的数据。 Type B 使用 slot 协

议区分具体的触摸点， slot 需要用到 ABS_MT_TRACKING_ID 消息，这个 ID 需要硬件提供，

或者通过原始数据计算出来。对于 TypeA 设备，内核驱动需要一次性将触摸屏上所有的触摸点

信息全部上报，每个触摸点的信息在本次上报事件流中的顺序不重要，因为事件的过滤和手指

( 触摸点 ) 跟踪是在内核空间处理的。

        Type B 设备驱动需要给每个识别出来的触摸点分配一个 slot ，后面使用这个 slot 来上报触

摸点信息。可以通过 slot 的 ABS_MT_TRACKING_ID 来新增、替换或删除触摸点。一个非负数

的 ID 表示一个有效的触摸点， -1 这个 ID 表示未使用 slot 。一个以前不存在的 ID 表示这是一个

新加的触摸点，一个 ID 如果再也不存在了就表示删除了。

        有些设备识别或追踪的触摸点信息要比他上报的多，这些设备驱动应该给硬件上报的每个

触摸点分配一个 Type B 的 slot 。一旦检测到某一个 slot 关联的触摸点 ID 发生了变化，驱动就

应该改变这个 slot 的 ABS_MT_TRACKING_ID ，使这个 slot 失效。如果硬件设备追踪到了比他

正在上报的还要多的触摸点，那么驱动程序应该发送 BTN_TOOL_*TAP 消息，并且调用

input_mt_report_pointer_emulation() 函数，将此函数的第二个参数 use_count 设置为 false 。

2.1Type A 触摸点信息上报时序

        

1 ABS_MT_POSITION_X x[0] 
2 ABS_MT_POSITION_Y y[0] 
3 SYN_MT_REPORT
4 ABS_MT_POSITION_X x[1] 
5 ABS_MT_POSITION_Y y[1] 
6 SYN_MT_REPORT
7 SYN_REPORT

        对于 Type A 类型的设备，发送触摸点信息的时序如下所示，这里以 2 个触摸点为例：

        第 1 行，通过 ABS_MT_POSITION_X 事件上报第一个触摸点的 X 坐标数据，通过

input_report_abs 函数实现，下面同理。

        第 2 行，通过 ABS_MT_POSITION_Y 事件上报第一个触摸点的 Y 坐标数据。

        第 3 行，上报 SYN_MT_REPORT 事件，通过调用 input_mt_sync 函数来实现。

        第 4 行，通过 ABS_MT_POSITION_X 事件上报第二个触摸点的 X 坐标数据。

        第 5 行，通过 ABS_MT_POSITION_Y 事件上报第二个触摸点的 Y 坐标数据。

        第 6 行，上报 SYN_MT_REPORT 事件，通过调用 input_mt_sync 函数来实现。

        第 7 行，上报 SYN_REPORT 事件，通过调用 input_sync 函数实现。

        我们在编写 TypeA 类型的多点触摸驱动的时候就需要按照示例代码 中的时序上报坐标信息。Linux 内核里面也有 Type A 类型的多点触摸驱动，找到 st2332.c 这个驱动文件，路径为 drivers/input/touchscreen/st1232.c ，找到 st1232_ts_irq_handler 函数，此函数里面就是上报触摸点坐标信息的。

103 static irqreturn_t st1232_ts_irq_handler(int irq, void *dev_id)
104 {
......
111 ret = st1232_ts_read_data(ts);
112 if (ret < 0)
113 goto end;
114
115 /* multi touch protocol */
116 for (i = 0; i < MAX_FINGERS; i++) {
117 if (!finger[i].is_valid)
118 continue;
119
120 input_report_abs(input_dev, ABS_MT_TOUCH_MAJOR, finger[i].t);
121 input_report_abs(input_dev, ABS_MT_POSITION_X, finger[i].x);
122 input_report_abs(input_dev, ABS_MT_POSITION_Y, finger[i].y);
123 input_mt_sync(input_dev);
124 count++;
125 }
......
140
141 /* SYN_REPORT */
142 input_sync(input_dev);
143
144 end:
145 return IRQ_HANDLED;
146 }

        第 111 行，获取所有触摸点信息。

        第 116~125 行，按照 Type A 类型轮流上报所有的触摸点坐标信息，第 121 和 122 行分别上

报触摸点的 (X,Y) 轴坐标，也就是 ABS_MT_POSITION_X 和 ABS_MT_POSITION_Y 事件。每上报完一个触摸点坐标，都要在第 123 行调用 input_mt_sync 函数上报一个 SYN_MT_REPORT

信息。

        第 142 行，每上报完一轮触摸点信息就调用一次 input_sync 函数，也就是发送一个

SYN_REPORT 事件

2.2 Type B 触摸点信息上报时序

        对于 Type B 类型的设备，发送触摸点信息的时序如下所示，这里以 2 个触摸点为例：

1 ABS_MT_SLOT 0 
2 ABS_MT_TRACKING_ID 45
3 ABS_MT_POSITION_X x[0] 
4 ABS_MT_POSITION_Y y[0] 
5 ABS_MT_SLOT 1 
6 ABS_MT_TRACKING_ID 46
7 ABS_MT_POSITION_X x[1] 
8 ABS_MT_POSITION_Y y[1] 9 SYN_REPORT

        第 1 行，上报 ABS_MT_SLOT 事件，也就是触摸点对应的 SLOT 。每次上报一个触摸点坐

标之前要先使用 input_mt_slot 函数上报当前触摸点 SLOT ，触摸点的 SLOT 其实就是触摸点 ID ，

需要由触摸 IC 提供。

        第 2 行，根据 Type B 的要求，每个 SLOT 必须关联一个 ABS_MT_TRACKING_ID ，通过

修改 SLOT 关联的 ABS_MT_TRACKING_ID 来完成对触摸点的添加、替换或删除。具体用到

的函数就是 input_mt_report_slot_state ，如果是添加一个新的触摸点，那么此函数的第三个参数

active 要设置为 true ， linux 内核会自动分配一个 ABS_MT_TRACKING_ID 值，不需要用户去指

定具体的 ABS_MT_TRACKING_ID 值。

        第 3 行，上报触摸点 0 的 X 轴坐标，使用函数 input_report_abs 来完成。

        第 4 行，上报触摸点 0 的 Y 轴坐标，使用函数 input_report_abs 来完成。

        第 5~8 行，和第 1~4 行类似，只是换成了上报触摸点 0 的 (X,Y) 坐标信息

        第 9 行，当所有的触摸点坐标都上传完毕以后就得发送 SYN_REPORT 事件，使用 input_sync 函数来完成。 当一个触摸点移除以后，同样需要通过 SLOT 关联的 ABS_MT_TRACKING_ID 来处理，时序如下所示：

1 ABS_MT_TRACKING_ID -1 
2 SYN_REPORT

        第 1 行，当一个触摸点 (SLOT) 移除以后，需要通过 ABS_MT_TRACKING_ID 事件发送一

个 -1 给内核。方法很简单，同样使用 input_mt_report_slot_state 函数来完成，只需要将此函数的

第三个参数 active 设置为 false 即可，不需要用户手动去设置 -1 。

        第 2 行，当所有的触摸点坐标都上传完毕以后就得发送 SYN_REPORT 事件。当要编写 Type B 类型的多点触摸驱动的时候就需要按照示例代码 中的时序上报坐标信息。Linux 内核里面有大量的 Type B 类型的多点触摸驱动程序，我们可以参考这些现成的驱动程序来编写自己的驱动代码。这里就以 ili210x 这个触摸驱动 IC 为例，看看是 Type B 类型是如何上报触摸点坐标信息的。找到 ili210x.c 这 个 驱 动 文 件 ， 路 径 为 drivers/input/touchscreen/ili210x.c，找到 ili210x_report_events 函数，此函数就是用于上报 ili210x触摸坐标信息的，函数内容如下所示：

78 static void ili210x_report_events(struct input_dev *input,
79 const struct touchdata *touchdata)
80 {
81 int i;
82 bool touch;
83 unsigned int x, y;
84 const struct finger *finger;
85 
86 for (i = 0; i < MAX_TOUCHES; i++) {
87 input_mt_slot(input, i);
88 
89 finger = &touchdata->finger[i];
90 
91 touch = touchdata->status & (1 << i);
92 input_mt_report_slot_state(input, MT_TOOL_FINGER, touch);
93 if (touch) {
94 x = finger->x_low | (finger->x_high << 8);
95 y = finger->y_low | (finger->y_high << 8);
96 
97 input_report_abs(input, ABS_MT_POSITION_X, x);
98 input_report_abs(input, ABS_MT_POSITION_Y, y);
99 }
100 }
101
102 input_mt_report_pointer_emulation(input, false);
103 input_sync(input);
104 }

        第 86~100 行，使用 for 循环实现上报所有的触摸点坐标，第 87 行调用 input_mt_slot 函数

上 报 ABS_MT_SLOT 事件。第 92 行 调 用 input_mt_report_slot_state 函数上报 ABS_MT_TRACKING_ID 事件，也就是给 SLOT 关联一个 ABS_MT_TRACKING_ID 。第 97 和

98 行使用 input_report_abs 函数上报触摸点对应的 (X,Y) 坐标值。

         第 103 行，使用 input_sync 函数上报 SYN_REPORT 事件.

2.3 MT 其他事件的使用     

        在示例代码 中给出了 Linux 所支持的所有 ABS_MT 事件，大家可以根据实际需求

将这些 事 件 组 成 各 种 事 件 组 合 。 最 简 单 的 组 合 就 是 ABS_MT_POSITION_X 和

ABS_MT_POSITION_Y ，可以通过在这两个事件上报触摸点，如果设备支持的话，还可以使用

ABS_MT_TOUCH_MAJOR 和 ABS_MT_WIDTH_MAJOR 这两个消息上报触摸面积信息，关于

其他 ABS_MT 事件的具体含义大家可以查看 Linux 内核中的 multi-touch-protocol.txt 文档，这

里我们重点补充一下 ABS_MT_TOOL_TYPE 事件。

        ABS_MT_TOOL_TYPE 事件用于上报触摸工具类型，很多内核驱动都不能区分出触摸设备

类型，是手指还是触摸笔？这种情况下，这个事件可以忽略掉。目前的协议支持

MT_TOOL_FINGER( 手指 ) 、 MT_TOOL_PEN( 笔 ) 和 MT_TOOL_PALM( 手掌 ) 这三种触摸设备类

型 ， 于 Type B 类 型 ， 此 事 件 由 input 子系统内核处理。如果驱动程序需要上报

ABS_MT_TOOL_TYPE 事件，那么可以使用 input_mt_report_slot_state 函数来完成此工作。

关于 Linux 系统下的多点触摸 (MT) 协议就讲解到这里，简单总结一下， MT 协议隶属于 linux

的 input 子系统，驱动通过大量的 ABS_MT 事件向 linux 内核上报多点触摸坐标数据。根据触

摸 IC 的不同，分为 TypeA 和 Type B 两种类型，不同的类型其上报时序不同，目前使用最多的

是 Type B 类型。接下来我们就根据前面学习过的 MT 协议来编写一个多点电容触摸驱动程序。

3. 硬件原理分析

触摸屏是和 RGB LCD 屏幕做在一起的，所以触摸屏也在 RGB LCD 接口上，都是连接在 I.MX6U-ALPHA 开发板底板上，原理图如图：

从图 可以看出，触摸屏连接着 I.MX6U 的 I2C2 ，INT引脚连接着 I.MX6U 的 GPIO1_IO9 ，RST 引脚连接着 I.MX6U 的 SNVS_TAMPER9 。在本章实验中使用中断方式读取触摸点个数和触摸点坐标数据，并且将其显示在 LCD 上。