CN102880341A - 触摸屏数据处理系统、方法及专用alu - Google Patents
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Abstract
一种电容式触摸屏数据处理系统，包括：存储器阵列，具有多个单元存储器，任一单元存储器用于存储完整的或一部分触摸屏原始采样电容数据或数据处理的运算结果；微控制单元(MCU)，用于进行流程控制，向专用算术逻辑单元(ALU)发送专用ALU指令；专用算术逻辑单元(ALU)，用于根据MCU发送的专用ALU指令对存储器阵列中的数据进行运算，并将结果保存至存储器阵列中，其中，所述专用ALU指令具有这样的指令格式，其使得ALU能够在一条专用ALU指令中完成对多个存储数据的批量处理。本发明在电容式触摸屏数据处理系统中使用能处理批量数据的专用ALU指令和处理该指令的专用ALU，降低MCU工作负担，大大提高运算效率。
Description
技术领域
本发明涉及触摸技术，尤其涉及一种触摸屏数据处理系统、数据处理方法及触摸屏专用算术逻辑单元(ALU，Arithmetic Logic Unit)。
背景技术
现有技术的触摸屏控制器，需要实时监测由触摸屏系统中模拟/数字转换器(ADC，Analog-to-DigitalConverter)采集到的信号(如电容，电阻等)，并转化为以数字信号形式存储的原始采样数据信息，再通过微控制单元(MCU，Micro Control Unit)执行专门的数据处理算法，将原始数据转换为人体在触摸屏上触摸位置的信息并上报给系统主机。
MCU的工作负担，或者说对MCU处理能力的要求，取决于原始采样的数据量的大小，触摸信息上报速率的要求以及数据处理算法的复杂程度。触摸屏的面积的增大，就要求有更多的激励通道和感应通道的数目，这会导致原始采样数据量的增加；为了能更准确的响应快速的移动触摸，则要求触摸屏数据处理系统能实现更快速的信息上报速率；而触摸屏应用环境的复杂性则对数据处理算法也有更高要求。这些因素都对MCU的性能有所挑战，会导致MCU的成本，功耗等都有明显的上升。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于为降低MCU工作负担，减小MCU运算复杂性而提出一种触摸屏专用ALU以及具有该专用ALU的触摸屏数据处理系统和方法。
为了解决上述问题，本发明提供了一种触摸屏数据处理系统，包括：
存储器阵列，具有多个单元存储器，任一单元存储器用于存储完整的或一部分触摸屏原始采样数据或数据处理的运算结果；
微控制单元(MCU)，用于进行流程控制，向专用算术逻辑单元(ALU)发送专用ALU指令；
专用算术逻辑单元(ALU)，用于根据MCU发送的所述专用ALU指令对存储器阵列中的数据进行运算，并将结果保存至存储器阵列中，其中，所述专用ALU指令具有这样的指令格式，其使得所述ALU能够在一条专用ALU指令中完成对多个存储数据的批量处理。
根据本发明的另一方面，还提供了一种触摸屏数据处理方法，包括如下步骤：
步骤1：开辟包含多个单元存储器的存储器阵列空间，其中，任一单元存储器用于存储完整的或一部分触摸屏原始采样数据或数据处理的运算结果；
步骤2：模拟/数字转换器(ADC)将采集到的触摸信息转换为数字信号形式的原始采样数据信息，并保存在存储器阵列中；
步骤3：微控制单元(MCU)向算术逻辑单元(ALU)发送专用ALU指令；
步骤4：所述ALU根据所述MCU发送的所述专用ALU指令对存储器阵列中的数据进行运算，将运算结果保存到所述存储器阵列空间中，其中，所述专用ALU指令具有这样的指令格式，其使得所述ALU能够在一条专用ALU指令中完成对多个存储数据的批量处理。
此外，根据本发明的另一方面，还提供了一种触摸屏专用算术逻辑单元(ALU)，其特征在于，所述ALU从微控制单元(MCU)接收专用ALU指令，并根据所述专用ALU指令对存储器阵列中的数据进行运算，将结果保存至存储器阵列中，其中，所述专用ALU指令具有这样的指令格式，其使得所述ALU能够在一条专用ALU指令中完成对多个存储数据的批量处理；所述批量处理以存储数据矩阵的形式进行，其中，在所述专用ALU指令中指定参与运算的源数据矩阵和存放运算结果的目标矩阵，在一条专用ALU指令执行期间对指定的矩阵形式存储区域进行连续读写，通过指定矩阵首地址、矩阵行数和矩阵列数来确定一块存储数据矩阵；所述专用ALU指令包括：操作类型；目标矩阵首地址，目标矩阵行数，目标矩阵列数；源矩阵首地址，源矩阵行数，源矩阵列数；其中，该指令涉及至少一个源矩阵，源矩阵的数量由不同的操作类型决定。
本发明实施例提供的技术方案的有益效果是：在上述技术方案中使用适用于批量数据处理的专用ALU指令格式和能够处理该专用ALU指令格式的专用ALU，大大地提高运算效率，使MCU在更低的主频时钟下，完成数据处理工作。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见的，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来说，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是根据本发明一实施例的触摸屏数据处理系统的结构框图。
图2是根据本发明一实施例的数据存储空间的示意图。
图3是根据本发明一实施例的专用ALU指令执行时序图。
具体实施方式
下面将结合附图和具体实施例对本发明提供的一种触摸屏数据处理系统、数据处理方法以及专用ALU进行详细描述。
图1是根据本发明的触摸屏数据处理系统的结构框图，其中：
[1]开辟一块存储器阵列空间，其中包含n个单元存储器M1，M2，……Mn，任一单元存储器都可以存储完整的或一部分触摸屏采样数据或数据处理的中间运算结果；单元存储器可以是一块独立的存储器(例如SRAM，等等)，也可以是一个存储器中一段指定地址区域的局部空间。
[2]ADC对触摸屏进行扫描，将一次触摸屏扫描得到的数据存放某一个单元存储器中，例如M1中，或者是将多次触摸屏扫描得到的数据存放到多个单元存储器中。
[3]MCU向ALU发送专用ALU指令，由ALU完成对数据的运算，运算包括基本运算以及由若干基本运算组成的复合运算；其中基本运算如搬移、算术运算(加，减，乘，除，取模等)、逻辑运算(与，或，非，异或，同或等)、比较运算(等于，大于，小于等)、移位运算(逻辑左移，逻辑右移，算术左移，算术右移等)、累加运算等单次运算，但不局限于以上所列出的单次运算；由若干基本运算组成的复合运算，例如计算超过某一阈值的所有数据的累加和(比较和累加运算的组合)、计算三点平均(多次加法和除法的组合)、计算三点中值(多次比较运算的组合)等，同样也不局限于以上所列。
[4]ALU完成运算，将结果保存到存储器阵列中，并通知MCU，之后ALU等待下一条专用ALU指令准备下一次运算。
在本发明中，专用ALU要满足对存储器中数据进行批量处理的需求，以矩阵形式执行数据操作。图2是根据本发明的数据存储空间的示意图，在图2中，假设一块单元存储器中在地址0～(M×N-1)中有M×N个数据，可以认为每M个数据为一行，共有N行数据，其中，M、N为自然数。专用ALU可以在一条指令下完成整个M×N矩阵或它的任意大小的子矩阵内的数据运算。一条专用ALU指令格式如下：
其中，运算OP可以包括任何搬移，算术运算，逻辑运算，比较运算，移位运算，累加运算等基本运算以及由基本运算构成的复合运算。
目标矩阵指定存放ALU运算结果的存储器空间，源矩阵则提供用于ALU运算的数据源。最大支持的源矩阵的数目可以根据不同的算法来决定，可以扩展到3个4个或者更多。对于每一个目标矩阵或者源矩阵，都有三个参数，包括首地址AD，行标志X和列标志Y，来决定所选矩阵的范围。所有的单元存储器中的存储空间都具有独立编址，如每个单元存储器具有基地址BASE，其内部空间具有偏移地址OFFSET，则目标或源矩阵首地址AD可以表示为BASE+OFFSET。在图2中，在已知BASE值的情况下，配置AD中的内部偏移地址OFFSET＝M+1，X＝6，Y＝2，则以内部偏移地址为M+1的存储数据为矩阵起点，选定具有6列和2行的数据矩阵参与ALU运算，即图2中灰色矩阵内的数据。
当矩阵大小不等时，ALU可以根据所执行算法的需要或者不同的OP采取不同的处理方式：1，以小矩阵为基准，将大矩阵截断为与小矩阵等大小。2.以大矩阵为基准，将小矩阵用某种预定的方式扩充为与大矩阵等大，如补0，重复插值，线性插值等。对于同样的数学运算需要按不同方式处理的，如加法ADD，乘法MUL等既有需要按方式1处理的需求，也有需要按方式2处理的需求，可以定义不同的OP操作，如ADD1，ADD2，MUL1，MUL2等，ALU就可以根据OP自动执行相应的操作。
如果所有的源矩阵和目标矩阵形状一致，即目标矩阵的行列数与源矩阵的行列数相等时，则ALU指令格式可以简化为：
ALU在收到指令后，可以对指定的存储器区域进行连续读写操作，在每个时钟周期同时从所有源矩阵读取数据，完成指定运算后将结果写回对应的目标地址。图3是一个可能的专用ALU指令简要时序示意图，该ALU具有两个源矩阵A和B和目标矩阵D，要完成一次M行N列的矩阵运算。图中A，B，D分别是各自矩阵的首地址。ALU接收到指令后，进行指令译码，然后启动ALU中对时钟周期进行计数的计数器，从第1个计数值所对应的时钟周期起从A和B指向的单元存储器中同时依次读取数据，完成指定运算后在将结果依次在下一个时钟周期写入D指向的单元存储器。ALU计数器根据ALU指令中具体运算操作类型和矩阵大小决定计数总长度，在全部运算和存储器数据读写完成后，结束计数，完成当前ALU指令，准备执行下一条指令。以上仅是以示例性方式说明了一条专用ALU指令的执行时序，本领域技术人员应当意识到，在该指令中还可以根据操作类型和矩阵大小或其他实际需要对读取A、B矩阵数据和向矩阵D写入数据的时序进行调整，例如，如果一个复合运算需要k个时钟周期完成，可以将那么写入D矩阵的时序调整为晚于从A、B读数据k个时钟周期，其中k为大于1的自然数。采用这种方式，ALU每完成一次有M×N个元素的数据矩阵运算只需要M×N个或者略多几个时钟周期(随存储器读写时序不同会略有差异)。这要远远小于MCU在程序中利用循环来完成矩阵运算所需要的时间开销，从而提高MCU的数据处理能力，也为降低MCU主频，节省功耗提供了一种途径。
由于ALU运算非常快，还可以在ALU运算期间，停掉MCU时钟，更大程度的节省功耗；ALU运算结束，自动恢复MCU时钟，MCU就可以不必通过中断或者查询的方式获取ALU状态，而直接读取ALU运算结果。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可以轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。
Claims (10)
1.一种触摸屏数据处理系统，包括：
存储器阵列，具有多个单元存储器，任一单元存储器用于存储完整的或一部分触摸屏原始采样数据或数据处理的运算结果；
微控制单元(MCU)，用于进行流程控制，向专用算术逻辑单元(ALU)发送专用ALU指令；
专用算术逻辑单元(ALU)，用于根据MCU发送的所述专用ALU指令对存储器阵列中的数据进行运算，并将结果保存至存储器阵列中，其中，所述专用ALU指令具有这样的指令格式，其使得所述ALU能够在一条专用ALU指令中完成对多个存储数据的批量处理。
2.权利要求1所述的触摸屏数据处理系统，其特征在于，所述对多个存储数据的批量处理以存储数据矩阵的形式进行，其中，在所述专用ALU指令中指定参与运算的源数据矩阵和存放运算结果的目标矩阵，在一条专用ALU指令执行期间对指定的矩阵形式存储区域进行连续读写。
3.权利要求1或2所述的触摸屏数据处理系统，其特征在于，所述ALU在完成一次运算后通知所述MCU，之后所述ALU等待下一条专用ALU指令准备下一次运算。
4.权利要求1或2所述的触摸屏数据处理系统，其特征在于，在所述ALU运算期间，停掉所述MCU的时钟，所述ALU运算结束后，自动恢复所述MCU时钟。
5.一种触摸屏数据处理方法，包括如下步骤：
步骤1：开辟包含多个单元存储器的存储器阵列空间，其中，任一单元存储器用于存储完整的或一部分触摸屏原始采样数据或数据处理的运算结果；
步骤2：模拟/数字转换器(ADC)将采集到的触摸信号转换为数字信号形式的原始采样数据信息，并保存在存储器阵列中；
步骤3：微控制单元(MCU)向专用算术逻辑单元(ALU)发送专用ALU指令；
步骤4：所述ALU根据所述MCU发送的所述专用ALU指令对存储器阵列中的数据进行运算，将运算结果保存到所述存储器阵列空间中，其中，所述专用ALU指令具有这样的指令格式，其使得所述ALU能够在一条专用ALU指令中完成对多个存储数据的批量处理。
6.权利要求5所述的触摸屏数据处理方法，其特征在于，所述对多个存储数据的批量处理以存储数据矩阵的形式进行，其中，在所述专用ALU指令中指定参与运算的源数据矩阵和存放运算结果的目标矩阵，在一条专用ALU指令执行期间对指定的矩阵形式存储区域进行连续读写。
7.权利要求5或6所述的触摸屏数据处理方法，其特征在于，在步骤4之后还包括步骤5：所述ALU在完成一次运算后通知所述MCU，之后所述ALU等待下一条专用ALU指令准备下一次运算。
8.权利要求5或6所述的触摸屏数据处理方法，其特征在于，在所述ALU运算期间，停掉所述MCU的时钟，所述ALU运算结束后，自动恢复所述MCU时钟。
9.一种触摸屏专用算术逻辑单元(ALU)，其特征在于，所述ALU从微控制单元(MCU)接收专用ALU指令，并根据所述专用ALU指令对存储器阵列中的数据进行运算，将结果保存至存储器阵列中，其中，所述专用ALU指令具有这样的指令格式，其使得所述ALU能够在一条专用ALU指令中完成对多个存储数据的批量处理；所述批量处理以存储数据矩阵的形式进行，其中，在所述专用ALU指令中指定参与运算的源数据矩阵和存放运算结果的目标矩阵，在一条专用ALU指令执行期间对指定的矩阵形式存储区域进行连续读写，通过指定矩阵首地址、矩阵行数和矩阵列数来确定一块存储数据矩阵；所述专用ALU指令包括：操作类型；目标矩阵首地址，目标矩阵行数，目标矩阵列数；源矩阵首地址，源矩阵行数，源矩阵列数；其中，该指令涉及至少一个源矩阵，源矩阵的数量由不同的操作类型决定。
10.权利要求9所述的触摸屏专用算术逻辑单元(ALU)，其特征在于，当目标矩阵的行列数与源矩阵的行列数相等时，在所述专用ALU指令中省略对源矩阵行数以及源矩阵列数的指定。
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Denomination of invention: Touch screen data processing system, method and special arithmetic logic unit (ALU) Effective date of registration: 20151222 Granted publication date: 20150805 Pledgee: Beijing technology intellectual property financing Company limited by guarantee Pledgor: CHIPONE TECHNOLOGY(BEIJING) Co.,Ltd. Registration number: 2015990001144 |
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