2025-12-17
1. I²C 总体原理
I²C（Inter‑Integrated‑Circuit）是一种两线式同步串行总线，使用 SCL（时钟） 与 SDA（数据） 两根信号线完成主从通信。主机（通常是 MCU/SoC）发起 START，随后发送 7 位设备地址 + R/W 位，目标器件应答 ACK，随后进行字节级读写，最后以 STOP 结束。I²C 支持多主机、多从机，地址空间 7 位（0x00‑0x7F）或 10 位，常用时钟频率为 100 kHz（标准模式）或 400 kHz（快速模式）。
2. 触摸屏控制器的 I²C 接口特点
- 专用触摸 IC（如 FT5x0x、GT911、NS2009/NS2016 等）内部集成 ADC、坐标计算、电容/电阻检测电路，只通过 I²C 与上位机交互。
- 数据格式：一次读取通常包括 INT 中断状态 + X、Y 坐标（有时还有 Z/压力、触点数量）。读取过程为：主机先写寄存器地址（如 0x00），随后发起读操作，IC 按顺序返回多字节数据。
- 中断机制：触摸发生时 IC 拉低 INT 引脚，提示主机读取坐标；若不使用中断，也可以轮询方式读取。
- 供电与复位：除 SDA、SCL 外，还需 VDD、GND 供电，部分芯片提供 RESET 引脚用于软复位。
3. 常见 I²C 触摸屏控制器芯片
| 芯片 | 触摸类型 | 分辨率 | 工作电压 | I²C 地址 | 关键特性 |
| FT5x0x 系列（如 FT5201） | 电容式 | 480 × 272 以上 | 2.8‑3.3 V | 0x38（默认） | 支持多点触摸、内置手势识别，Linux 驱动成熟 |
| GT911 | 电容式 | 800 × 480 及更高 | 2.7‑5.5 V | 0x5D/0x14（可配置） | 低功耗、支持 5‑点触摸，常见于 7‑15 寸工业屏 |
| NS2009 | 4 线电阻式 | 12 bit ADC | 2.0‑5.5 V | 0x48（可编程） | 支持触摸压力测量、自动省电功能 |
| NS2016 | 4 线电阻式 | 12 bit ADC | 2.0‑5.5 V | 0x28（默认） | 具备温度、BAT、AUX 端口，适合移动终端 |
| HM2003 | 4 线电阻式 | 12 bit ADC | 2.0‑5.5 V | 0x48（可配置） | 采用 SAR ADC，内部参考电压，可做电池监测 |
4. 硬件接线要点
| 引脚 | 功能 | 常见电平 |
| SDA | I²C 数据线 | 3.3 V（或 1.8 V，视芯片而定） |
| SCL | I²C 时钟线 | 同上 |
| INT | 触摸中断输出（低电平有效） | 3.3 V |
| RESET | 复位（低电平复位） | 3.3 V |
| VDD | 电源供给 | 2.8‑3.3 V（部分芯片 5 V） |
| GND | 地 | — |
典型的 6‑针排线布局如下（参考多款产品的引脚表）：INT‑SDA‑SCL‑RESET‑VDD‑GND[[7]][[8]]。在实际布线时，SDA/SCL 需要加 上拉电阻（一般 4.7 kΩ），以保证总线空闲时为高电平。
5. 软件驱动要点（以 Linux 为例）
1. 设备树（Device Tree）
```dts
i2c_touch: touch@38 {
compatible = "focaltech,ft5x06";
reg = <0x38>;
interrupt-parent = <&gpio1>;
interrupts = <17 IRQ_TYPE_EDGE_FALLING>;
reset-gpios = <&gpio1 18 GPIO_ACTIVE_LOW>;
};
```
2. 驱动初始化
- 在 `probe` 中获取 `i2c_client`，分配 `input_dev`，设置 `BUS_I2C`、`input->name` 等字段。
- 注册中断处理函数，使用 `request_threaded_irq` 监听 INT。
- 在中断或轮询工作队列中调用 `i2c_smbus_read_i2c_block_data` 读取坐标数据。
3. 坐标解析
- 读取的字节通常为 `[XH, XL, YH, YL]`，坐标 = `(XH<<8) | XL`，同理 Y。
- 对于多点触摸，后续字节依次对应每个触点的坐标与压力。
4. 功耗管理
- 部分芯片（如 NS2009）支持 auto power‑down，可在空闲时发送特定寄存器写入进入低功耗。
6. 调试建议
| 步骤 | 工具/方法 |
| 总线检测 | 使用示波器或逻辑分析仪观察 SDA/SCL 的时序，确认 START/STOP、ACK 正常。 |
| 地址确认 | 用 `i2cget -y 1 0x38`（Linux）或 `i2cdetect -y 1` 检测芯片是否响应。 |
| 中断验证 | 将 **INT** 连接到 MCU 的外部中断口，使用示波器捕获低电平脉冲。 |
| 坐标读取 | 编写简易 I²C 读取程序，打印返回的 4‑字节数据，核对是否在屏幕分辨率范围内。 |
| 驱动日志 | 在内核中打开 `CONFIG_INPUT_TOUCHSCREEN`，使用 `dmesg` 查看驱动加载与错误信息。 |
7. 小结
- I²C 为触摸屏提供了简洁的两线通信方式，适合资源受限的嵌入式系统。
- 常见的 电容式（FT5x0x、GT911）和 **电阻式**（NS2009/NS2016）控制器均遵循相同的总线协议，只是寄存器映射和功能略有差异。
- 硬件上只需 SDA、SCL、INT、RESET、VDD、GND 六根线，配合上拉电阻即可。
- 软件层面，Linux 驱动的核心流程是 i2c_client → input_dev → 中断/轮询 → 坐标解析，参考已有开源驱动可快速移植。
掌握以上要点后，基本可以完成从硬件连线到系统驱动的完整实现，并在实际产品中进行可靠的触摸交互。祝项目顺利！
