基于嵌入式Linux的矩陣鍵盤(pán)驅動(dòng)程序研究與開(kāi)發(fā)

摘 要：主要介紹基于嵌入式Linux的矩陣鍵盤(pán)驅動(dòng)程序設計的方法，硬件平臺基于TI提供的OMA：P5912構建的嵌入式語(yǔ)音識別系統，充分利用0MAP5912的外圍硬件資源，矩陣鍵盤(pán)作為平臺設備和輸入設備，利用Linux內核提供的輸入子系統。輸入子系統為輸入設備驅動(dòng)開(kāi)發(fā)提供了良好的接口，提高了驅動(dòng)程序的開(kāi)發(fā)效率。驅動(dòng)開(kāi)發(fā)完成后，在MiniGui和Qtopia下測試，結果證明驅動(dòng)程序工作高效、穩定。
關(guān)鍵詞：矩陣鍵盤(pán)；嵌入式Linux；OMAP5912；設備驅動(dòng)

O 引 言
隨著(zhù)以計算機技術(shù)、通信技術(shù)和軟件技術(shù)為核心的信息技術(shù)的發(fā)展，嵌入式系統在各個(gè)行業(yè)中得到了廣泛的應用。嵌入式系統已成為當今IT行業(yè)的焦點(diǎn)之一。而在嵌入式系統中，鍵盤(pán)是重要的人機交互設備之一。嵌入式Linux是一種開(kāi)放源碼、軟實(shí)時(shí)、多任務(wù)的操作系統，是開(kāi)發(fā)嵌入式產(chǎn)品的優(yōu)秀操作系統平臺，是在標準Linux基礎上針對嵌入式系統進(jìn)行優(yōu)化和裁剪后形成的，因此具有Linux的基本性質(zhì)。在此提出的矩陣鍵盤(pán)驅動(dòng)程序的設計方案是以嵌入式Linux和TIOMAP5912處理器為軟硬件平臺的，在設計的嵌入式語(yǔ)音識別應用平臺中，通過(guò)測試，表明其具有良好的穩定性和實(shí)時(shí)性。

l 硬件原理
OMAP5912處理器是由TI應用最為廣泛的TMS320C55X DSP內核與低功耗、增強型ARM926EJ―S微處理器組成的雙核應用處理器。用這樣一種組合方式將2個(gè)處理器整合在1個(gè)芯片后，開(kāi)發(fā)人員可以根據實(shí)際情況，利用DSP運行復雜度較高的數字信號處理任務(wù)，利用ARM運行通信、控制和人機接口方面的任務(wù)，從而使便攜式設備在保持良好人機交互環(huán)境的基礎上，有效地降低功耗。在外設方面，OMAP5912微處理器支持常用的各種接口，其中通過(guò)MPUIO接口最多可支持8×8的矩陣鍵盤(pán)，系統中采用這個(gè)接口擴展了一個(gè)4×5的矩陣鍵盤(pán)。其硬件連接示意圖如圖1所示，其中按鍵行陣列必須提供上拉信號，列陣列加二極管，防止瞬間電流過(guò)大對MPUIO口造成沖擊。

按照鍵盤(pán)的構造方式人們把鍵盤(pán)劃分為線(xiàn)性鍵盤(pán)和矩陣鍵盤(pán)。其中，線(xiàn)性鍵盤(pán)是指每個(gè)按鍵都占用嵌入式處理器的1個(gè)I／O端口，并通過(guò)這個(gè)I／O端口實(shí)現人機交互，各個(gè)按鍵之間互不影響。使用這種方案的優(yōu)點(diǎn)是簡(jiǎn)單、可靠，但是線(xiàn)性鍵盤(pán)對I／O端口的占用量很大。因此，嵌入式系統中很少采用這種方法。
另外一種矩陣鍵盤(pán)是指當按鍵數量過(guò)多時(shí)，采用矩陣的排列方法，將按鍵設計成n行m列的矩陣形式。其中，每個(gè)按鍵占用行和列的1個(gè)交叉點(diǎn)，并且以行和列為單位引出信號線(xiàn)。這樣只需要占用n+m個(gè)I／O端口，卻可以驅動(dòng)n×m個(gè)按鍵，大大節省了對嵌入式處理器I／O端口的占用，節省了寶貴的資源。矩陣鍵盤(pán)在減少嵌入式處理器I／O端口占用的問(wèn)題上做出了很大的貢獻，但隨之而來(lái)的問(wèn)題是如何確定矩陣中按鍵的位置，這里采用列掃描法，其思路如下：
在鍵盤(pán)初始化階段，所有的列信號(KBC)都被設置輸出為低電平。如果矩陣鍵盤(pán)中的1個(gè)按鍵按下，則相應的行信號和列信號線(xiàn)短路，行信號線(xiàn)(KBR)輸入由高電平變?yōu)榈碗娖?，產(chǎn)生1個(gè)中斷，然后在驅動(dòng)的中斷服務(wù)程序中按照表1中的序列逐列掃描列信號，讀取行信號的狀態(tài)，根據讀回來(lái)的行信號狀態(tài)就可以判斷有那些按鍵按下。
另外，鍵盤(pán)驅動(dòng)必須解決的一個(gè)問(wèn)題是鍵盤(pán)的抖動(dòng)。在按鍵按下和抬起的過(guò)程中，電壓信號會(huì )出現很多毛刺，這主要是由于機械按鍵的彈性作用引起的。盡管觸點(diǎn)看起來(lái)非常穩定，而且快速地閉合，但相對于嵌入式處理器的運行速度來(lái)說(shuō)，這種動(dòng)作是比較慢的。這種脈沖在某些按鍵功能設計時(shí)，如果處理不當可能會(huì )帶來(lái)災難性的后果。所以必須對按鍵信號進(jìn)行防抖檢測。按鍵防抖檢測的核心思想是在嵌入式處理器的幾個(gè)時(shí)鐘周期內，通過(guò)對按鍵信號進(jìn)行多次訪(fǎng)問(wèn)，查看電平狀態(tài)是否保存一致。如果保持一致，則說(shuō)明按鍵狀態(tài)已經(jīng)穩定；否則，說(shuō)明之前檢測到的按鍵信號是抖動(dòng)信號或外界信號干擾，系統將不會(huì )對其進(jìn)行任何處理。