基于嵌入式Linux的矩陣鍵盤驅動程序研究與開發(fā)

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

O 引 言
隨著以計算機技術、通信技術和軟件技術為核心的信息技術的發(fā)展，嵌入式系統(tǒng)在各個行業(yè)中得到了廣泛的應用。嵌入式系統(tǒng)已成為當今IT行業(yè)的焦點之一。而在嵌入式系統(tǒng)中，鍵盤是重要的人機交互設備之一。嵌入式Linux是一種開放源碼、軟實時、多任務的操作系統(tǒng)，是開發(fā)嵌入式產品的優(yōu)秀操作系統(tǒng)平臺，是在標準Linux基礎上針對嵌入式系統(tǒng)進行優(yōu)化和裁剪后形成的，因此具有Linux的基本性質。在此提出的矩陣鍵盤驅動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，在設計的嵌入式語音識別應用平臺中，通過測試，表明其具有良好的穩(wěn)定性和實時性。

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個處理器整合在1個芯片后，開發(fā)人員可以根據(jù)實際情況，利用DSP運行復雜度較高的數(shù)字信號處理任務，利用ARM運行通信、控制和人機接口方面的任務，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MPUIO接口最多可支持8×8的矩陣鍵盤，系統(tǒng)中采用這個接口擴展了一個4×5的矩陣鍵盤。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，防止瞬間電流過大對MPUIO口造成沖擊。

按照鍵盤的構造方式人們把鍵盤劃分為線性鍵盤和矩陣鍵盤。其中，線性鍵盤是指每個按鍵都占用嵌入式處理器的1個I／O端口，并通過這個I／O端口實現(xiàn)人機交互，各個按鍵之間互不影響。使用這種方案的優(yōu)點是簡單、可靠，但是線性鍵盤對I／O端口的占用量很大。因此，嵌入式系統(tǒng)中很少采用這種方法。
另外一種矩陣鍵盤是指當按鍵數(shù)量過多時，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，每個按鍵占用行和列的1個交叉點，并且以行和列為單位引出信號線。這樣只需要占用n+m個I／O端口，卻可以驅動n×m個按鍵，大大節(jié)省了對嵌入式處理器I／O端口的占用，節(jié)省了寶貴的資源。矩陣鍵盤在減少嵌入式處理器I／O端口占用的問題上做出了很大的貢獻，但隨之而來的問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。如果矩陣鍵盤中的1個按鍵按下，則相應的行信號和列信號線短路，行信號線(KBR)輸入由高電平變?yōu)榈碗娖?，產生1個中斷，然后在驅動的中斷服務程序中按照表1中的序列逐列掃描列信號，讀取行信號的狀態(tài)，根據(jù)讀回來的行信號狀態(tài)就可以判斷有那些按鍵按下。
另外，鍵盤驅動必須解決的一個問題是鍵盤的抖動。在按鍵按下和抬起的過程中，電壓信號會出現(xiàn)很多毛刺，這主要是由于機械按鍵的彈性作用引起的。盡管觸點看起來非常穩(wěn)定，而且快速地閉合，但相對于嵌入式處理器的運行速度來說，這種動作是比較慢的。這種脈沖在某些按鍵功能設計時，如果處理不當可能會帶來災難性的后果。所以必須對按鍵信號進行防抖檢測。按鍵防抖檢測的核心思想是在嵌入式處理器的幾個時鐘周期內，通過對按鍵信號進行多次訪問，查看電平狀態(tài)是否保存一致。如果保持一致，則說明按鍵狀態(tài)已經穩(wěn)定；否則，說明之前檢測到的按鍵信號是抖動信號或外界信號干擾，系統(tǒng)將不會對其進行任何處理。