Windows CE.Net下的矩陣鍵盤(pán)開(kāi)發(fā)設計

　　引言

　　隨著(zhù)現代科技日新月異的發(fā)展，作為新興產(chǎn)業(yè)的嵌入式移動(dòng)信息設備的應用越來(lái)越廣。這些嵌入式設備中的PDA以其體積小、重量輕、便于攜帶、功能強大、功耗低等特點(diǎn)而備受青睞。鍵盤(pán)作為一種最為普通的輸入工具在PDA上顯得尤為重要。PDA因其體積小、功能專(zhuān)一等特點(diǎn)決定了它的鍵盤(pán)不大可能采用普通PC機上的標準鍵盤(pán)，因而大多數PDA采用鍵數相對較少的矩陣鍵盤(pán)。矩陣鍵盤(pán)設計也是多種多樣，有外接鍵盤(pán)管理芯片設計的，如采用CH452、UR5HCSPI等芯片；有外接普通單片機設計的，如采用8051、2051等單片機；也有不采用任何外圍芯片直接與CPU的I/O口相連設計的。本文介紹一種在Windows CE.Net操作系統下，直接與CPU的I/O口相連的矩陣鍵盤(pán)的硬件設計方案，以及相應的流接口驅動(dòng)程序設計方案。

　　1  Windows CE.Net介紹

　　Windows CE是Microsoft公司專(zhuān)門(mén)為信息設備、移動(dòng)應用、消費類(lèi)電子產(chǎn)品、嵌入式應用等非PC領(lǐng)域而全新設計的戰略性嵌入式操作系統。Windows CE的設計目標是：模塊化以及可伸縮性、實(shí)時(shí)性能好、通信能力強、支持多種CPU[1]。

　　Windows CE.Net是Windows CE 3.0的后續產(chǎn)品，它不僅是一個(gè)功能強大的實(shí)時(shí)嵌入式操作系統，而且提供了眾多強大工具，允許用戶(hù)利用它快速開(kāi)發(fā)出下一代的智能化小體積連接設備。借助于完善的操作系統功能和開(kāi)發(fā)工具，Windows CE.Net提供了構建、調試和部署基于Windows CE.Net的定制設備所需的一切特性。

　　Windows CE.Net的最大好處是具有可定制性。當它自帶的驅動(dòng)程序不能滿(mǎn)足用戶(hù)的要求時(shí)，需要用戶(hù)自己編寫(xiě)相應的驅動(dòng)程序。Windows CE.Net的開(kāi)發(fā)工具Platform Builder就可以完成相應的驅動(dòng)程序開(kāi)發(fā)。

　　2  矩陣鍵盤(pán)硬件設計

　　嵌入式設備上的鍵盤(pán)作為一種輸入工具，有著(zhù)極其重要的作用；然而受設備本身體積影響，鍵盤(pán)設計大多數采用20個(gè)左右的鍵值（0—9數字鍵、上下左右方向鍵、確定取消鍵以及輸入法切換鍵ALT、TAB，具體視應用而定）。這里采用4×5的矩陣鍵盤(pán)設計，即4行5列。把這些矩陣鍵盤(pán)的行和列直接與CPU的I/O口相連，可以充分利用CPU的I/O口資源，降低硬件和驅動(dòng)設計難度，提高整個(gè)系統的穩定性，并在一定程度上降低設備的生產(chǎn)成本。采用矩陣式鍵盤(pán)設計還可以最大限度地節省CPU的I/O口資源。這里用到了CPU的9個(gè)I/O口，其中4個(gè)I/O口作為中斷I/O口。為了使I/O口的初始輸入狀態(tài)為高電平，需要在與鍵盤(pán)相連的每個(gè)I/O口上接起初始化電平作用的上拉電阻（100 kΩ）。上拉電阻的阻值根據I/O口端口的電流值來(lái)確定。如果相鄰I/O口的布線(xiàn)過(guò)近，相鄰I/O口的電平跳變可能會(huì )相互影響，導致掃描按鍵不準確，這時(shí)就需要在每個(gè)I/O口上接一個(gè)濾波電容到地，減少串擾。支持Windows CE.Net操作系統的CPU有很多種，比較常見(jiàn)的有三星公司的S3C2440、2410 ARM芯片和Intel公司的PXA255、270 ARM芯片，這里的CPU芯片采用的是PXA255。不同CPU之間，矩陣鍵盤(pán)硬件設計相同。矩陣鍵盤(pán)硬件設計電路原理如圖1所示。

　　          圖1  矩陣鍵盤(pán)（4×5）電路原理

　　3  矩陣鍵盤(pán)驅動(dòng)設計

　　3.1  矩陣鍵盤(pán)驅動(dòng)開(kāi)發(fā)策略

　　Windows CE.Net中的驅動(dòng)可分為兩種模式：本機驅動(dòng)模式和流驅動(dòng)模式[2]。前者比較適合集成在本機上的設備，后者則通常用在用戶(hù)添加的外圍設備上。本文討論的矩陣鍵盤(pán)作為一種外圍設備適合采用流驅動(dòng)模式。

　　3.2  矩陣鍵盤(pán)驅動(dòng)加載過(guò)程

　　Windows CE.Net系統運行時(shí)會(huì )默認啟動(dòng)DEVICE.EXE進(jìn)程。DEVICE.EXE就是負責加載所有流驅動(dòng)的，進(jìn)程對流驅動(dòng)的加載通過(guò)注冊表列舉器（RegEnum.dll）來(lái)實(shí)現。鍵盤(pán)的資源信息由OEM適配層（OAL）記錄在注冊表中，RegEnum.dll是通過(guò)掃描注冊表項HKEYLOCALMACHINEDriversBuiltInPWRBUTTON下的鍵值對矩陣鍵盤(pán)進(jìn)行初始化的。注冊表中關(guān)于矩陣鍵盤(pán)驅動(dòng)的注冊信息如下：
[HKEY_LOCAL_MACHINEDriversBuiltInPWRBUTTON]
Prefix=PWR//設備文件名前綴
Dll=PwrButton.Dll//鍵盤(pán)驅動(dòng)的動(dòng)態(tài)連接庫名
Order=dword:2//鍵盤(pán)驅動(dòng)加載順序
Ioctl=dword:4