基于ARM9的嵌入式電子觸摸屏設(shè)計

汪鵬程

（桂林理工大學(xué)南寧分校，廣西南寧530000）

0 引言

隨著經(jīng)濟的發(fā)展，觸摸式電子查詢系統(tǒng)已十分廣泛地運用在機關(guān)、商場、醫(yī)院等各種公眾場所，市場潛力非常巨大，但目前流行的查詢屏的設(shè)計大多基于PC機，使用X86等系列的芯片，普遍存在著價格昂貴、體積大、功耗高等問題。而許多觸摸式電子查詢系統(tǒng)只需要根據(jù)觸摸動作控制相應(yīng)顯示即可，對計算機速度等性能要求不高，無需多媒體播放演示等繁雜功能，也不需要過高的軟硬件資源和外圍設(shè)備。基于ARM9[1]嵌入式系統(tǒng)設(shè)計的觸摸式電子查詢屏，不僅在功能上能滿足對觸控、顯示的基本要求，更因兼具價格低、體積小以及節(jié)能降耗等優(yōu)點，將會在電子查詢系統(tǒng)這一領(lǐng)域中占據(jù)較大份額，從而具有較大的經(jīng)濟價值。

1 硬件結(jié)構(gòu)

系統(tǒng)硬件由ARM9核心模塊、VGA模塊、液晶顯示屏和觸摸屏組成，如圖1所示。

圖1 硬件結(jié)構(gòu)

1.1 核心模塊

核心模塊采用的是廣州友善之臂FriendlyARM的Mini2440開發(fā)板，該板的CPU為三星S3C2440A（400 MHz～ 533 MHz主頻）[2]，配置有在板的 64MSDRAM、128M的NandFLASH，帶有網(wǎng)卡、USB接口及JTAG調(diào)試接口。資源比較豐富，支持嵌入式Linux、WinCE等多個操作系統(tǒng)，易于交叉編譯與調(diào)試。S3C2440A內(nèi)置的LCD控制器支持在64K色彩模式下尺寸為2048*1024的虛擬屏，且該控制器有一個專用的DMA通道，用于獲取系統(tǒng)內(nèi)存的規(guī)模緩沖中的圖像素據(jù)，然后發(fā)送到外部，這點完全滿足系統(tǒng)的顯示要求。

同時S3C2440A還提供內(nèi)部TFT直接觸摸屏接口，可連接觸摸屏的 XP、XM、YP、YM，經(jīng) A/D 轉(zhuǎn)換后可以得到X和Y的位置，從而實現(xiàn)系統(tǒng)對感知觸摸動作的需求。

1.2 VGA模塊

模塊采用廣州友善之臂的LCD2VGA模塊，該板以FPGA+SDRAM為圖像處理核心，分辨率為1024*768，場頻70 Hz，用40腳的排線連接該板的J5插座和Mini2440的LCD_CON，可將核心模塊顯存中的圖像數(shù)據(jù)輸出轉(zhuǎn)換成液晶示屏的VGA格式信號。

1.3 觸摸屏

觸摸屏采用的是17英寸的四線電阻屏，能經(jīng)受20萬次以上的按壓，將該屏的4個端口XP、XM、YP、YM 與 Mini2440 的 LCD_CON 的 P36、P37、P38、P39腳連接即可使觸摸屏接入S3C2440A提供的TFT觸摸屏接口。

1.4 液晶顯示屏

選用了AONE的17英寸液晶顯示屏，將該顯示屏的面框拆下，銑去定位筋和支撐柱（高2.5 mm），把觸摸屏置于面框與液晶屏之間，固定好螺釘后，觸摸屏可毫無縫隙地貼合在液晶屏上。

2 軟件架構(gòu)

如圖2所示，本系統(tǒng)移植的是Linux2.6.13作為嵌入式操作系統(tǒng)，桌面運行環(huán)境為Qt4.5，采用C++編寫應(yīng)用的查詢程序。

圖2 軟件架構(gòu)

2.1 操作系統(tǒng)與桌面環(huán)境

在目前流行的嵌入式操作系統(tǒng)中，Linux較之其它系統(tǒng)具有：程序開源、應(yīng)用面廣、內(nèi)核及驅(qū)動程序易于定制和修改等優(yōu)點[3]，由于系統(tǒng)采用的是17英寸觸摸屏，需要對其驅(qū)動程序進行修改，設(shè)置數(shù)據(jù)流模式RAD及相關(guān)參數(shù)，因此Linux2.6.13嵌入式操作系統(tǒng)成為移植的首選。

Qt是Troutech公司提供的一套跨平臺開發(fā)工具包，用它開發(fā)的圖形應(yīng)用程序可以順利地移植到各個操作系統(tǒng)上，也可以移植到Linux嵌入式操作系統(tǒng)。同時Qt提供的大量類文件，給圖形界面的設(shè)計提供了許多便利[4]。

2.2 查詢程序

查詢程序因查詢操作過程與顯示內(nèi)容的差異而不同，以桂林理工大學(xué)南寧校區(qū)設(shè)計的電子查詢系統(tǒng)為例，程序按實際需要設(shè)置了學(xué)院簡介、地圖導(dǎo)航、機構(gòu)設(shè)置、辦公樓布局等5個從界面，從界面（如機構(gòu)設(shè)置）之下又分別設(shè)有院辦、教務(wù)科、財務(wù)科等21個子界面，以Qt不同于其它工具的特有的信號與插槽機制[5]，可實現(xiàn)對象（如click信號與各主、從、子界面）間的通信。圖3、圖4分別為主界面和學(xué)院簡介從界面的簡略流程圖。

圖3 主界面流程圖

圖4 學(xué)院簡介子界面流程圖

3 結(jié)束語

目前，已經(jīng)利用上述設(shè)計給桂林理工大學(xué)南寧分校和某電子科技公司分別制作了兩套觸摸式電子信息查詢屏，在室內(nèi)環(huán)境使用效果良好，響應(yīng)速度快，觸摸控制精準，系統(tǒng)運行穩(wěn)定，基本實現(xiàn)了設(shè)計要求。由于選用的AONE的17英寸液晶顯示屏背光較弱，在室外強光環(huán)境使用時，顯示器顯示亮度過暗，在后期的設(shè)計制作中應(yīng)考慮使用環(huán)境因素，選用可調(diào)背光亮度的高亮顯示器。

[1]劉魯新，權(quán)進國，林孝康.ARM9處理器與ARM7處理器比較[J].電子技術(shù)應(yīng)用，2004（11）：13-15.

[2]楊曉健.基于ARM9的嵌入式視頻采集系統(tǒng)設(shè)計[J].西安工程大學(xué)學(xué)報，2010，24（02）：208-212.

[3]許先斌，熊慧君，李 洲，等.基于ARM9的嵌入式Linux開發(fā)流程的研究[J].微計算機信息，2006（11）：87-89，250.

[4]朱吉佳，蔡家麟.基于Qt的業(yè)務(wù)監(jiān)控系統(tǒng)界面設(shè)計與實現(xiàn)[J].計算機技術(shù)與發(fā)展，2008（03）：236-239，242.

[5]金 繁，崔培雷.嵌入式Qt中信號與槽機制的研究[J].電子設(shè)計工程，2014，22（24）：168-170.