如何用MiniGUI設(shè)計(jì)小鍵盤輸入

嵌入式系統(tǒng)通常擁有特定的輸入設(shè)備。輸入設(shè)備用于實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)輸入和人機(jī)交互，其種類繁多，并且不同的設(shè)備依賴不同的硬件實(shí)現(xiàn)。為了減弱系統(tǒng)的硬件相關(guān)性和提高可移植性，MiniGUI提供了統(tǒng)一的輸入抽象層IAL(Input Abstract Layer)接口來(lái)支持不同的輸入設(shè)備，減小了開發(fā)輸入設(shè)備的難度。下面以開發(fā)44小鍵盤輸入為例，介紹在MiniGUI中開發(fā)和實(shí)現(xiàn)特定鍵盤輸入設(shè)備輸入的方法。

1 MiniGUI對(duì)鍵盤輸入的處理方式
MiniGUI對(duì)鍵盤輸入的處理方式如圖1所示。鍵盤設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序從鍵盤接收原始的輸入事件和數(shù)據(jù)，并把它轉(zhuǎn)換為MiniGUI抽象的鍵盤事件和數(shù)據(jù)。相關(guān)的底層事件處理例程把這些鍵盤事件轉(zhuǎn)換為上層的擊鍵消息，放到相應(yīng)的消息隊(duì)列中。應(yīng)用程序通過(guò)消息循環(huán)獲取這些消息，交由窗口過(guò)程處理。

開發(fā)特定的鍵盤輸入，主要完成底層的兩部分工作：鍵盤驅(qū)動(dòng)程序設(shè)計(jì)和鍵盤輸入引擎開發(fā)。前者負(fù)責(zé)從鍵盤接收原始輸入事件和數(shù)據(jù)，后者負(fù)責(zé)把原始的輸入事件和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)抉成MiniGUI抽象的鍵盤事件和數(shù)據(jù)。至于抽象鍵盤事件和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成上層的擊鍵消息等工作，則是由MiniGUI提供的底層事件處理例程自己完成，無(wú)需用戶設(shè)計(jì)，這正是MiniGUI提供輸入抽象層接口(IAL)所帶來(lái)的好處。下面具體介紹小鍵盤輸入的開發(fā)過(guò)程與實(shí)現(xiàn)方法，主要介紹重要接口函數(shù)的實(shí)現(xiàn)。

2 鍵盤驅(qū)動(dòng)程序設(shè)計(jì)
該設(shè)備驅(qū)動(dòng)要實(shí)現(xiàn)的主要功能是進(jìn)行小鍵盤行列掃描，接收原始鍵盤輸入事件和數(shù)據(jù)，如有無(wú)鍵按下、按下某鍵或釋放某鍵。返回的字符型按鍵信息(小鍵盤掃描碼)由兩部分組成：“高位”代表鍵盤輸入事件，即按下(高位為O)或釋放(高位為1)；“低7位”代表鍵盤輸入數(shù)據(jù)，即按下或釋放的按鍵值。
2．1 鍵盤按鍵值的獲取
當(dāng)按下某個(gè)鍵時(shí)，和該鍵所在行列相連的兩路通用外設(shè)I／O引腳就會(huì)導(dǎo)通，其電平就會(huì)相同，因此驅(qū)動(dòng)中只需要輪詢各路I／O引腳就可以知道按鍵值。比如，使各行線輸入低電平，各列線都通過(guò)上拉電阻接高電平，此時(shí)檢測(cè)各列，如果某一列電平為低，則說(shuō)明該列所在的鍵盤已經(jīng)按下，使該列與行導(dǎo)通變?yōu)榈碗娖剑@樣就可以確定按鍵所在列號(hào)(j)；同理，將各列置低電平，再依次查詢各行，就可以確定按鍵的行號(hào)(i)。若定義一個(gè)鍵值映射數(shù)組key_arrow[5][5]表示所有鍵盤按鍵值：Key_arrow[5][5]={{0，O，O，O，0，0}，{0，‘7’，‘8’，‘9’，‘A’}，{0，‘4’，‘5’，‘6’，‘B’}，{0，‘1’，‘2’，‘3’，‘C’}，{0，‘D’，‘O’，‘．’，‘E’}}，則按鍵值就為key_arrow[i][j]。初始化時(shí)行列號(hào)均為0，因此當(dāng)小鍵盤無(wú)鍵按下時(shí)，返回按鍵值為0(即字符NULL)。
需要注意的是，要保證驅(qū)動(dòng)正常工作，設(shè)置好行列線的輸入輸出模式后，需要一定時(shí)間延時(shí)以后才能開始進(jìn)行行(列)查詢。這是因?yàn)樾辛芯€進(jìn)行輸入輸出模式切換時(shí)存在硬件延遲。
2．2 鍵盤掃描碼的獲取
為了判斷鍵盤事件是按下還是釋放，定義兩個(gè)無(wú)符號(hào)型字符變量last和key。前者是靜態(tài)變量，存放等待釋放的鍵的按鍵值，即前一次掃描讀到的按鍵值；后者存放當(dāng)前鍵盤掃描碼。當(dāng)鍵盤事件為按下時(shí)，它的值和鍵盤按鍵值相同；當(dāng)鍵盤事件為釋放時(shí)，它的值等于last高位置l后的值。
2．3 功能實(shí)現(xiàn)流程
我們用驅(qū)動(dòng)程序read接口函數(shù)實(shí)現(xiàn)這些功能。當(dāng)應(yīng)用程序凋用read函數(shù)后，該函數(shù)先進(jìn)行行列掃描，得到鍵盤按鍵值key_arrow[i][j]后進(jìn)行判斷。著其非零，即有鍵按下，則直接將此按鍵值作為鍵盤的掃描碼(key=key_arrow[i][j]),并將其賦給字符變量last，表示該鍵等待釋放。如果key_arrow[i][j]為零，即無(wú)鍵按下，則判斷是否有需要釋放的鍵：若沒有(即last為O)，就直接將按鍵值(key=0)作為鍵盤掃描碼；若有鍵需要釋放(1ast非零)，就把1ast高位置1作為鍵盤掃描碼(key=last 10x80)，表示釋放剛按下的鍵，然后last清零，表示已沒有按鍵等待釋放。read函數(shù)最后發(fā)送鍵盤掃描碼(key)到用戶緩沖區(qū)后返回。

3 鍵盤輸入引擎的設(shè)計(jì)
第2部分要開發(fā)的是小鍵盤輸入引擎。它負(fù)責(zé)把鍵盤驅(qū)動(dòng)提供的原始鍵盤輸入事件和數(shù)據(jù)(即小鍵盤掃描碼)轉(zhuǎn)換為MiniGUI抽象的鍵盤事件和數(shù)據(jù)(由系統(tǒng)掃描碼索引的鍵盤數(shù)組)。
3.1 MiniGUI的IAL接口
前面已提到，IAL定義了一組不依賴于任何特殊硬件的抽象接口，而用于實(shí)現(xiàn)這一抽象接口的底層代碼就稱為輸入引擎。在代碼實(shí)現(xiàn)上，MiniGUI通過(guò)INPUT結(jié)構(gòu)來(lái)表示“輸入引擎”。它實(shí)際是一個(gè)擁有若干函數(shù)指針成員的結(jié)構(gòu)體，MiniGUI在特定的時(shí)候調(diào)用這些函數(shù)來(lái)達(dá)到操作硬件的目的，因此，編寫特定的輸入引擎，主要就是編碼實(shí)現(xiàn)INPUT結(jié)構(gòu)中的各個(gè)函數(shù)。該結(jié)構(gòu)定義在／minigui-free／libminigui-1．3．3／src／ial／ial.h中，其中的主要成員函數(shù)如表l所列。為表述方便，定義當(dāng)前工作目錄為／mlnlgui-free/libminigui-1．3．3，后文出現(xiàn)的所有文件目錄及路徑均在該目錄下。
3.2 編寫小鍵盤輸入引擎
3.2.1 底層輸入操作函數(shù)實(shí)現(xiàn)
對(duì)于小鍵盤輸入，鼠標(biāo)操作接口函數(shù)不用進(jìn)行任何操作，直接返回即可，主要需要編寫的是keyboard_update及wait_event函數(shù)。當(dāng)。MiniCUI應(yīng)用程序運(yùn)行時(shí)，相關(guān)的底層事件處理例程會(huì)不斷調(diào)用wait_event函數(shù)查詢是否有輸入事件發(fā)生，故在該函數(shù)中調(diào)用小鍵盤驅(qū)動(dòng)的read函數(shù)，獲取用戶輸入的按鍵信息。若有鍵盤事件發(fā)生，則返回IAL_KEYEVENT，底層事件處理例程就會(huì)調(diào)用keyboard_update函數(shù)進(jìn)行處理，獲取當(dāng)前鍵盤狀態(tài)。
需要注意的是，由于系統(tǒng)以很高的頻率不斷調(diào)用wait_event函數(shù)，因此當(dāng)該函數(shù)捕捉到鍵按下事件時(shí)，需要一定時(shí)間(如100 ms)延時(shí)再返回，以避免一次按鍵產(chǎn)生多次鍵盤事件。
MiniGUI使用一個(gè)一維數(shù)組state[128]記錄按鍵的狀態(tài)。該數(shù)組定義在include／common．h中。State[128]中每個(gè)元素均對(duì)應(yīng)一特定的按鍵，如果某一元素為l，說(shuō)明它所對(duì)應(yīng)的鍵被按下，否則該鍵未被按下。因此，key-board_update函數(shù)要做的工作就是，根據(jù)鍵盤掃描驅(qū)動(dòng)程序的返回值，更新state[128]數(shù)組的元素值，從而向上層驅(qū)動(dòng)程序和應(yīng)用程序反映按鍵狀態(tài)。可見，若想實(shí)現(xiàn)任意標(biāo)準(zhǔn)鍵盤按鍵功能，只需修改keyboard_update函數(shù)里相應(yīng)的鍵值映射，或直接修改鍵盤驅(qū)動(dòng)里的鍵值映射數(shù)組為對(duì)應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)鍵盤按鍵的系統(tǒng)掃描碼。
3.2.2 初始化及終止函數(shù)實(shí)現(xiàn)
在初始化函數(shù)中先打開小鍵盤輸入設(shè)備，成功以后對(duì)輸入引擎的其他成員(底層輸入操作接口函數(shù))賦值，返回TRUE。終止清除函數(shù)的主要工作是關(guān)閉鍵盤輸入文件。輸入引擎相關(guān)內(nèi)容的格式可參照src／ial／目錄下的其他輸入引擎。至此，完成了小鍵盤輸入引擎(mykbd．c文件)的開發(fā)。
3．3 輸入引擎的使用原理
在src／ial／ial．c中，用inputs結(jié)構(gòu)數(shù)組定義了MiniGUI支持的所有輸入引擎信息。系統(tǒng)啟動(dòng)后，將根據(jù)MiniGUI．cfg配置文件，在inputs結(jié)構(gòu)中尋找特定的輸入引擎作為當(dāng)前的輸入引擎。然后，調(diào)用該引擎的初始化函數(shù)，對(duì)全局變量cur_input(表當(dāng)前使用的輸入引擎)的其他成員函數(shù)進(jìn)行賦值。
在src／sever／server．c中，函數(shù)IdleHandler4Server凋用輸入引擎中IAL_WaitEvent成員函數(shù)，檢查是否有底層輸入事件發(fā)生。當(dāng)有事件發(fā)生時(shí)，檢查是鼠標(biāo)(觸摸屏)事件還是鍵盤事件發(fā)生，并分別用parseEvent(msg_que， event)處理這些事件。parseEvent函數(shù)中首先調(diào)用Getl-wevent(event，＆1we)函數(shù)。該函數(shù)利用IAL引擎中相應(yīng)底層操作函數(shù)收集底層輸入事件1we(該結(jié)構(gòu)定義在paxseEverlt函數(shù)中)，parseEvent再將收集到的這些事件轉(zhuǎn)化為上層能理解的消息。具體實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)可參考server．c文件。

4 鍵盤輸入在MiniGuI中的實(shí)現(xiàn)步驟
4．1 加載小鍵盤驅(qū)動(dòng)
有兩種方法加載：一是把該驅(qū)動(dòng)加載入內(nèi)核；二是可以將編譯的*．o文件拷貝到目標(biāo)板根文件系統(tǒng)巾，目標(biāo)板啟動(dòng)后用insmod命令動(dòng)態(tài)加載。
4.2 添加小鍵盤輸入引擎
添加小鍵盤輸入引擎方法步驟如下：
①仿照src／ial／2410．h編寫mykbd．h文件，與myk―bd．c文件一同保存到src／ial下；
②在src／ial／ial．c文件中添加新引擎的人口(位置及格式參考該文件中其他引擎)；
③在conflgure．in、acconfig．h及src／ial／Make-fne．a(chǎn)m文件中的其他引擎信息之后加人新引擎信息；
④執(zhí)行aclocal及autoheader，分別生成aclocal_m4及config．h．in文件；
⑤執(zhí)行|dLltoconI’，生成。onfigurt：，修改該con矗lgure文件，在開頭處添加交叉編譯器路徑(否則會(huì)使用gcc進(jìn)行編譯)；
⑥執(zhí)行aLit0131~lke―add_misslng命令，生成MaItefile．in等文件；
⑦執(zhí)行．/configure--enable-jpgsupport=no--enaable=pngsupport=no--enable-gifsupport=no--disable-lite--prefix=

/minigui-free/install--enable-mykbdial=yes(指定安裝路徑在／tnlr電心free／lnstall目錄下，若configure．in中設(shè)置該輸入引擎默認(rèn)為安裝，則不用加最后一項(xiàng)配置參數(shù))；
⑧執(zhí)行make，及rrlake，instaII命令進(jìn)行編譯和安裝；
⑨把安裝路徑下的Iib／libminigui一1．3．so．3．0．O庫(kù)文件復(fù)制到目標(biāo)板根文件系統(tǒng)lIb目錄下(前提是已拷貝了MiniGLfI運(yùn)行庫(kù)和資源環(huán)境到根文件系統(tǒng)中)；
⑩修改配置文件(目標(biāo)板根文件系統(tǒng)／et~：／MinigLti． cfg)，令iaLenglne―mylebd，使用這個(gè)新的輸入引擎。
4.3 根文件系統(tǒng)的移植
將交叉編譯后的MiniGtII應(yīng)用程序復(fù)制到根文件系統(tǒng)中，制作并下載根文件系統(tǒng)映像文件到目標(biāo)板中，目標(biāo)板系統(tǒng)啟動(dòng)后加載小鍵盤驅(qū)動(dòng)并運(yùn)行該應(yīng)用程序即可。(源程序見本刊網(wǎng)站www．rllesnet．com．cn――編者注)

結(jié)語(yǔ)
開發(fā)MiniGIJI對(duì)特定輸入設(shè)備的支持，主要完成的是輸入設(shè)備驅(qū)動(dòng)及輸入引擎的編寫、新輸入引擎的添加。調(diào)試過(guò)程中，應(yīng)根據(jù)串口終端的錯(cuò)誤提示和程序運(yùn)行時(shí)的現(xiàn)象判斷是驅(qū)動(dòng)程序或輸入引擎編寫有誤，還是設(shè)有正確添加輸入引擎造成了錯(cuò)誤，再進(jìn)行相應(yīng)的修改。建議先用非Mini(：u1程序調(diào)試驅(qū)動(dòng)程序，確保其能正確實(shí)現(xiàn)所提供的功能后，再運(yùn)行MiniGIJI應(yīng)用程序進(jìn)行調(diào)試。如果出現(xiàn)的錯(cuò)誤為無(wú)法找到匹配的輸入設(shè)備，則多是未能正確掭加輸入引擎造成；若錯(cuò)誤為初始化輸入引擎失敗，則是驅(qū)動(dòng)未成功加載或輸入引擎初始化函數(shù)中打開的設(shè)備名與驅(qū)動(dòng)注冊(cè)的設(shè)備名不符合造成的。本文所述的方法，已經(jīng)在嵌入式血液流變儀的數(shù)字鍵盤輸入應(yīng)用中成功使用。實(shí)際使用結(jié)果表明，鍵盤輸人程序行為正確，對(duì)按鍵反應(yīng)速度快，可靠性高。