新興微型光學手指導航模組的嵌入式系統開發

　　具有EOS的軟件系統，OFN驅動程序需要遵循相應EOS公用驅動程序的編寫、調試、加/卸載要求，如Windows CE/Mobile的單/雙層、本地/流接口驅動、動態庫形式，ARMLinux的字符設備驅動、動態加/卸載、VxWorks的I/O設備驅動等。OFN驅動程序傳播的是系統公用的人機交互輸入信息，必須為公用驅動程序。EOS驅動程序可以劃分為專用驅動程序或公用驅動程序兩大類，公用驅動程序軟件要求很高，需要根據具體EOS的特點和要求，認真編寫、調試和測試。

　　3 微型光學手指導航模組應用實踐

　　在各類嵌入式應用系統中開發使用OFN模組，軟硬件體系設計的核心是OFN驅動程序的實現，其關鍵在于OFN數據信息的實時采集和具體EOS下公用信息的形成。下面針對一些最常見的OFN應用開發設計實踐，加以闡述。其中涉及的I2C、SPI、UART、LCD（Liquid Crystal Display）、定時器（Timer）、GPIO（General Port Input/Output）等的軟件驅動操作，限于篇幅，這里不再著重說明。

　　3.1 工業測控/儀表儀器應用

　　工農業過程控制、儀表儀器設備、器件性能檢測等軟件體系或微型ERTOS下的OFN應用，可以采用外部事件中斷或定時器查詢的方式，在其中斷服務程序中直接操作I2C或SPI總線，高效地從OFN中獲得手指觸控信息，并進行屏幕指示、操作控制或數據的存儲、轉發等活動。

　　下面的例程代碼（見網絡版）展示了ARM926T內核的S3C2440微處理器平臺上測試OFN模組A2815性能的情形。中斷服務程序中進行I2C或SPI總線操作，獲得手指觸控信息，在LCD屏上以“鼠標”形式隨動顯示，并通過UART接口上傳數據給PC機。

　　3.2 Nucleus MTK手機應用

　　聯發科技MediaTek推出的各種款式功能手機，以高度的性價比具有極高的市場份額，其內核是ARM7EJS或ARM9EJS微處理器，在MentorATI的優先級搶占調度和時間片輪轉的多任務ERTOS--Nucleus基礎上，形成了完整的人機接口MMI（Man Machine Interface）應用程序體制，俗稱“MTK”。Nucleus MTK多數情況下采用可管理的逐級中斷機制：低級中斷LISR（Lower ISR）→高級中斷HISR（High ISR）→中斷任務處理ISR（Interrupt Serve Routine）。ISR可以與其他任務進行通信或同步的交互。

　　Nucleus MTK系統不支持鼠標，但支持鍵盤和觸摸屏操作，而觸摸屏操作最終歸結在鍵盤操作上。因此在Nucleus MTK下應用OFN模組，需要把OFN的“觸控”信息轉換為“方向動作”信息，進而廣播為可以公用的“方向按鍵”信息，從而為多數現有的和未來的應用程序所共享。不容忽視的是必須實現高度頻繁的OFN信息與緩慢的方向按鍵之間的合理匹配，可以通過均值濾波和邏輯分析進行取舍算法達到這一目的。

　　需要注意的是，Nucleus MTK軟件體系層次和等級較為嚴格，高低層之間除了通信、同步和信息傳遞，一般不允許函數互相調用；同時，為保證中斷響應的及時性，不應在中斷服務程序中作過多的停留，因此傳統的設備驅動及其分析處理需要放在不同的層次上，按輕重緩急，分別加以實現。

　　按照上述Nucleus MTK的設備驅動規范和OFN信息的運用機理，設計OFN模組的Nucleus MTK軟件應用如下：定義OFN特定消息結構，分配中斷形式和總線接口；實時獲取OFN移動信息，取舍處理后，打包成OFN消息包，上傳MMI應用處理層；MMI應用處理層拆包分析，變換成方向按鍵的“按下”和“釋放”消息，進而廣播給整個系統。相關的關鍵程序開發如下：

　?、?基本設置。增加全局操作常量MSG_ID_MMI_OFN_MOVE_REQ，定義OFN消息結構體ofn_hdr_ind_struct{LOCAL_PARA_HDR, kal_uint8 Direction}，并在系統自定義設備驅動的初始化文件中加入對OFN初始化函數的調用。

　　② 底層驅動程序設計。限于篇幅，這里僅列出I2C接口的定時器中斷查詢實現。

　　③ 公用信息形成。在上層主要程序文件MMITask.c中添加代碼。

　　3.3 Windows CE/Mobile應用

　　Windows CE/Mobile是一款在嵌入式系統，特別是智能手機中，廣泛應用的EOS。Windows CE/Mobile按照“物理中斷IRQ（Interrupt ReQuest）→邏輯中斷SYSINTR（System Interrupt）→中斷服務線程IST（Interrupt Serve Thread）”的層層映射方式進行中斷處理，其設備驅動程序以用戶態下的DLL（Dynamic Link Library）文件形式存在，區分為本地與流接口驅動、獨立與雙層驅動，可以在系統啟動時自動加載或動態加載。啟動時加載的驅動程序，需要特別進行注冊表的配置添加。

　　OFN模組及其應用特點決定了在Windows CE/Mobile下，其驅動程序宜設計為獨立的本地驅動形式，并在系統啟動時能夠自動加載。Windows CE/Mobile支持鼠標操作，有鼠標消息結構體的系統定義，可以用來簡化OFN的驅動程序。OFN模組的Windows CE/Mobile軟件應用可以完全在驅動程序中實現，中斷服務程序的編寫和系統注冊表的配置添加是OFN模組Windows CE/Mobile驅動程序設計的關鍵。以I2C總線接口、外部中斷事件觸發方式說明OFN模組Windows CE/Mobile驅動程序的具體實現，核心微處理器為ARM926T內核的S3C2440。

　　3.4 ARMLinux/Android應用

　　ARMLinux/Android是一個源碼開放、音/視頻性能優良、網絡功能強大、易于擴展開發的EOS及其應用體系，一經推出就在便攜式移動通信、微型筆記本電腦等諸多領域得到了廣泛運用。其底層多是基于CortexA8/A9、ARM1176、ARM9EJS等內核的微處理器。Linux下設備驅動規范是將設備視作文件操作，稱為“設備文件”，應用十分方便。其設備驅動程序分為字符型、塊型和網絡型三類，嵌入式系統的大多數外設或接口都可以作為字符型設備進行驅動。根據應用的特點，Linux將所有輸入設備歸為可以數據緩沖的鏈表結構的字符型輸入子類（Input），包括鼠標、鍵盤、觸摸屏等，其中鼠標類驅動（mousedev）架構體系十分完備。ARMLinux/Android體系的這些特征，使得OFN模組的驅動應用開發簡便了很多：可以按照鼠標類驅動的實例化方式，快速實現OFN的驅動程序設計。Linux驅動可以動態加載，也可以在啟動時加載；OFN設備使用頻繁，宜選擇啟動時加載。這里以常見的TI推出的CortexA8內核的OMAP3530微處理器平臺為例，關鍵的程序代碼略--編者注。

　　4 結語

　　光學手指導航模組，性能高度集成，成本低，形體小，在嵌入式應用系統中備受青睞。只要按照各種嵌入式應用體系的具體特點，遵循各類嵌入式體系及其操作系統下驅動軟件的開發規律，并因地制宜，具體情況具體分析，就可以無縫地將其融入到各個已有的嵌入式應用軟硬件體系中，并拓展到新的嵌入式應用產品中。不斷豐富完善的微型光學手指導航模組，應用前景極好，推動著人機輸入界面的深遠變革和長足發展。