觸摸我的觸摸屏?xí)r會(huì)發(fā)生什么？

本文將探討跟蹤觸摸所涉及的所有內(nèi)容，從電容感應(yīng)的物理特性到屏幕上的最終動(dòng)作。我們描述了如何檢測(cè)手指以及確定手指位置的方法。我們將手指進(jìn)一步插入手機(jī)的軟件堆棧，看看它是如何到達(dá)正確的應(yīng)用程序的。揭開(kāi)捏和縮放等手勢(shì)的神秘面紗。

如何檢測(cè)到觸摸？

幾乎所有的智能手機(jī)觸摸屏都會(huì)對(duì)手指的電容做出反應(yīng)。觸摸屏包含一系列傳感器，可檢測(cè)手指引起的電容變化。當(dāng)您的手指觸摸屏幕時(shí)，會(huì)影響每個(gè)傳感器的自電容以及它們之間的互電容。大多數(shù)智能手機(jī)感應(yīng)互電容感應(yīng)而不是自電容。由于互電容是任何給定傳感器對(duì)之間的相互作用，因此它可用于收集關(guān)于屏幕上每個(gè)位置的信息（X * Y點(diǎn)）。自電容僅能夠檢測(cè)每個(gè)傳感器的反應(yīng)而不是每個(gè)點(diǎn)（X + Y樣本）。

圖1：互電容基本原理。

電容式傳感器包含多個(gè)層：頂層玻璃或塑料，然后是光學(xué)透明粘合劑（OCA）層，然后是觸摸傳感器，然后是LCD。觸摸傳感器是傳感器網(wǎng)格，通常為約5mm×5mm。這些傳感器使用氧化銦錫（ITO）制造。 ITO具有一些有趣的特性，使其成為觸摸屏構(gòu)造的理想材料。它的透明度超過(guò)90％，但它也具有導(dǎo)電性。一些設(shè)計(jì)使用菱形圖案，這在視覺(jué)上令人愉悅，因?yàn)樗慌cLCD圖案對(duì)齊。其他人則使用更簡(jiǎn)單的“條紋和條紋”圖案。如果以正確的角度檢查設(shè)備并獲得良好的照明，您可以在LCD關(guān)閉的情況下看到ITO傳感器線。

感應(yīng)互電容與感應(yīng)自電容根本不同。為了感測(cè)自電容，我們通常測(cè)量包含傳感器的RC電路的時(shí)間常數(shù)。感測(cè)互電容涉及測(cè)量X和Y傳感器之間的相互作用。檢測(cè)在每條X線和每條Y線上驅(qū)動(dòng)的信號(hào)以檢測(cè)傳感器之間的耦合水平。有趣的是，手指觸摸會(huì)減少互電容耦合，同時(shí)手指觸摸會(huì)增加自電容值。

圖2：互電容感應(yīng)響應(yīng)。

在任何一種方法中，僅僅測(cè)量電容是不夠的。系統(tǒng)必須對(duì)電容的變化做出反應(yīng)，而不是原始電容。為此，系統(tǒng)會(huì)為每個(gè)傳感器維護(hù)基線值。該基線值是信號(hào)的長(zhǎng)期平均值，允許由溫度變化和其他因素引起的信號(hào)變化。構(gòu)建觸摸屏系統(tǒng)的挑戰(zhàn)之一是建立適當(dāng)?shù)幕€。例如，系統(tǒng)必須能夠用手指在屏幕上正確啟動(dòng)。系統(tǒng)還必須能夠從屏幕上的水或手掌開(kāi)始。

一旦從感應(yīng)電容中減去基線值，我們就會(huì)得到一個(gè)代表觸摸的信號(hào)值數(shù)組，如下圖所示：

圖3：確定手指基于原始電容數(shù)據(jù)的位置。

使用各種方法根據(jù)此信息確定手指位置。最簡(jiǎn)單的一個(gè)是質(zhì)心（質(zhì)心）計(jì)算，它是一維或二維傳感器值的加權(quán)平均值。使用1-D質(zhì)心，上面的X坐標(biāo)是（5 * 1 + 15 * 2 + 25 * 3 + 10 * 4）/（5 + 15 + 25 + 10）= 150/55 = 2.73。然后我們縮放此位置以匹配LCD分辨率。如果ITO傳感器圖案延伸超出LCD的側(cè)面，則也會(huì)對(duì)其進(jìn)行一些轉(zhuǎn)換。

邊緣使手指位置問(wèn)題復(fù)雜化。如果面板在每個(gè)列處結(jié)束，請(qǐng)考慮上面顯示的數(shù)組。上面顯示的簡(jiǎn)單質(zhì)心將開(kāi)始“拉”到右邊，因?yàn)樽筮叺男g(shù)語(yǔ)會(huì)下降。為了解決這個(gè)問(wèn)題，我們必須使用特殊的邊緣處理技術(shù)來(lái)檢查剩余信號(hào)的形狀，并估計(jì)手指離開(kāi)屏幕的部分。

與主機(jī)處理器的通信

一旦有效的觸摸信號(hào)出現(xiàn)并且觸摸的X/Y坐標(biāo)已知，就可以將數(shù)據(jù)送到主機(jī)CPU進(jìn)行處理了。嵌入式觸摸屏設(shè)備使用古老的I2C接口或SPI進(jìn)行通信。較大的觸摸屏通常使用USB接口，因?yàn)閃indows，MacOS和Linux都通過(guò)USB內(nèi)置了對(duì)HID（人機(jī)接口設(shè)備）的支持。

雖然采用了幾種不同的接口，但OS驅(qū)動(dòng)程序最終會(huì)對(duì)每種接口進(jìn)行類似的工作。我們將在我們的示例中討論Android驅(qū)動(dòng)程序。由于Android和MeeGo都是在Linux上構(gòu)建的，所以三者都使用類似的驅(qū)動(dòng)程序。

觸摸屏驅(qū)動(dòng)程序的中斷觸發(fā)調(diào)度工作線程的中斷服務(wù)程序（ISR）。在ISR中沒(méi)有做任何工作來(lái)維持中斷延遲并防止優(yōu)先級(jí)反轉(zhuǎn)。當(dāng)OS調(diào)用工作線程時(shí)，它啟動(dòng)通信事務(wù)以從設(shè)備讀取數(shù)據(jù)并進(jìn)入休眠狀態(tài)。通信事務(wù)完成后，主機(jī)驅(qū)動(dòng)程序?qū)⒕哂欣^續(xù)執(zhí)行所需的數(shù)據(jù)。

主機(jī)驅(qū)動(dòng)程序?qū)⒃O(shè)備制造商使用的專有數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)格式。在Linux中，驅(qū)動(dòng)程序使用一系列子例程調(diào)用填充事件的字段，然后通過(guò)最終調(diào)用發(fā)送事件。例如，創(chuàng)建單觸式Linux輸入事件如下所示：

input_report_abs（ts-》 input，ABS_X，t-》 st_x1）;//設(shè)置X位置

input_report_abs（ts-》 input，ABS_Y，t-》 st_y1）;//設(shè)置Y位置

input_report_abs（ts-》 input，ABS_PRESSURE，t-》 st_z1）;//設(shè)置壓力

input_report_key（ts-》 input，BTN_TOUCH，CY_TCH）;//按下手指

input_report_abs（ts-》 input，ABS_TOOL_WIDTH，t-》 tool_width）;//設(shè)置寬度

input_sync（ts-》 input）;//發(fā)送事件

此觸摸事件然后進(jìn)入操作系統(tǒng)。 Android將事件的歷史記錄保存在手勢(shì)處理緩沖區(qū)中，并將事件傳遞給View類。多個(gè)觸摸屏設(shè)備（如賽普拉斯TrueTouch?產(chǎn)品支持硬件手勢(shì)處理。硬件手勢(shì)處理減輕了主機(jī)操作系統(tǒng)的手勢(shì)處理負(fù)擔(dān)，并且在許多情況下，它消除了所有觸摸數(shù)據(jù)的處理，直到看到手勢(shì)。例如，如果你進(jìn)入你的照片瀏覽器，主機(jī)不必處理數(shù)十或數(shù)百個(gè)觸摸數(shù)據(jù)包就可以看到你想要輕彈到下一張照片。在實(shí)際翻到下一張照片之前不會(huì)發(fā)生中斷。

圖4：簡(jiǎn)單手勢(shì)過(guò)程的示例。

Android的View類確定觸摸發(fā)生的哪個(gè)應(yīng)用程序處于活動(dòng)狀態(tài)。顯示在屏幕上的每個(gè)應(yīng)用程序至少有一個(gè)View類。此類包含處理用戶輸入的方法，包括OnTouchListener，它傳遞從輸入驅(qū)動(dòng)程序接收的信息以及MotionEvent中的其他信息。如果您習(xí)慣于編寫(xiě)接受鼠標(biāo)事件的Windows程序，您可能會(huì)對(duì)各種鼠標(biāo)事件和觸摸界面之間的差異感到驚訝。 MotionEvent包括您通常期望的類似WM_LBUTTONDOWN的方法，例如GetX和GetY，以及前面的觸摸位置和手指在面板上的時(shí)間。

一旦應(yīng)用程序看到事件，應(yīng)用程序就會(huì)對(duì)觸摸作出反應(yīng)。這通常由小部件而不是應(yīng)用程序本身完成。 Android的小部件包括簡(jiǎn)單的項(xiàng)目，如按鈕，復(fù)雜的界面，如日期選擇器和帶取消按鈕的進(jìn)度條?；蛘?，應(yīng)用程序可以直接使用觸摸。繪圖應(yīng)用程序使用兩種類型的混合，使用繪圖區(qū)域中的直接觸摸輸入和菜單和按鈕的小部件。

Windows Touch處理和Android之間的一個(gè)區(qū)別是手勢(shì)解釋。 Android提供了豐富的手勢(shì)創(chuàng)建工具庫(kù)，但不提供任何內(nèi)置手勢(shì)。每個(gè)設(shè)計(jì)師都可以自由地創(chuàng)建自己的手勢(shì)，包括手寫(xiě)等復(fù)雜的手勢(shì)。這種方法已經(jīng)啟用了字符識(shí)別聯(lián)系人搜索等應(yīng)用程序，但這意味著相同的操作可能無(wú)法在兩個(gè)Android平臺(tái)上執(zhí)行相同的操作。 Windows提供了一組固定的易于理解的手勢(shì)，具有操作系統(tǒng)級(jí)別的支持：GID_PAN，GID_ZOOM，GID_ROTATE，GID_PRESSANDTAP和GID_TWOFINGERTAP。這些操作始終會(huì)在每個(gè)應(yīng)用程序中執(zhí)行相同的操作，從而使用戶能夠快速使用新應(yīng)用程序。每種方法都有一些優(yōu)勢(shì)。

從觸摸到手勢(shì)的路徑在技術(shù)上具有挑戰(zhàn)性，涉及許多部分的相互作用。從材料選擇到制造再到電子產(chǎn)品，一切都在觸摸感應(yīng)中起作用。一旦觸摸被數(shù)字化，它仍然必須被定位，傳送給主機(jī)并被解釋。現(xiàn)在已經(jīng)滿足了這些挑戰(zhàn)，軟件開(kāi)發(fā)人員可以在其上構(gòu)建令人興奮的應(yīng)用程序。您的下一個(gè)應(yīng)用程序?qū)⑷绾问褂眠@些新的觸摸功能？