如何用MiniGUI設計小鍵盤輸入

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

1 MiniGUI對鍵盤輸入的處理方式
MiniGUI對鍵盤輸入的處理方式如圖1所示。鍵盤設備驅(qū)動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，放到相應的消息隊列中。應用程序通過消息循環(huán)獲取這些消息，交由窗口過程處理。

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)動程序設計和鍵盤輸入引擎開發(fā)。前者負責從鍵盤接收原始輸入事件和數(shù)據(jù)，后者負責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，無需用戶設計，這正是MiniGUI提供輸入抽象層接口(IAL)所帶來的好處。下面具體介紹小鍵盤輸入的開發(fā)過程與實現(xiàn)方法，主要介紹重要接口函數(shù)的實現(xiàn)。

2 鍵盤驅(qū)動程序設計
該設備驅(qū)動要實現(xiàn)的主要功能是進行小鍵盤行列掃描，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
當按下某個鍵時，和該鍵所在行列相連的兩路通用外設I／O引腳就會導通，其電平就會相同，因此驅(qū)動中只需要輪詢各路I／O引腳就可以知道按鍵值。比如，使各行線輸入低電平，各列線都通過上拉電阻接高電平，此時檢測各列，如果某一列電平為低，則說明該列所在的鍵盤已經(jīng)按下，使該列與行導通變?yōu)榈碗娖剑@樣就可以確定按鍵所在列號(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(i)。若定義一個鍵值映射數(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]。初始化時行列號均為0，因此當小鍵盤無鍵按下時，返回按鍵值為0(即字符NULL)。
需要注意的是，要保證驅(qū)動正常工作，設置好行列線的輸入輸出模式后，需要一定時間延時以后才能開始進行行(列)查詢。這是因為行列線進行輸入輸出模式切換時存在硬件延遲。
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，定義兩個無符號型字符變量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；后者存放當前鍵盤掃描碼。當鍵盤事件為按下時，它的值和鍵盤按鍵值相同；當鍵盤事件為釋放時，它的值等于last高位置l后的值。
2．3 功能實現(xiàn)流程
我們用驅(qū)動程序read接口函數(shù)實現(xiàn)這些功能。當應用程序凋用read函數(shù)后，該函數(shù)先進行行列掃描，得到鍵盤按鍵值key_arrow[i][j]后進行判斷。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 鍵盤輸入引擎的設計
第2部分要開發(fā)的是小鍵盤輸入引擎。它負責把鍵盤驅(qū)動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，而用于實現(xiàn)這一抽象接口的底層代碼就稱為輸入引擎。在代碼實現(xiàn)上，MiniGUI通過INPUT結構來表示“輸入引擎”。它實際是一個擁有若干函數(shù)指針成員的結構體，MiniGUI在特定的時候調(diào)用這些函數(shù)來達到操作硬件的目的，因此，編寫特定的輸入引擎，主要就是編碼實現(xiàn)INPUT結構中的各個函數(shù)。該結構定義在／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)實現(xiàn)
對于小鍵盤輸入，鼠標操作接口函數(shù)不用進行任何操作，直接返回即可，主要需要編寫的是keyboard_update及wait_event函數(shù)。當。MiniCUI應用程序運行時，相關的底層事件處理例程會不斷調(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調(diào)用keyboard_update函數(shù)進行處理，獲取當前鍵盤狀態(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)，因此當該函數(shù)捕捉到鍵按下事件時，需要一定時間(如100 ms)延時再返回，以避免一次按鍵產(chǎn)生多次鍵盤事件。
MiniGUI使用一個一維數(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]中每個元素均對應一特定的按鍵，如果某一元素為l，說明它所對應的鍵被按下，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)動程序和應用程序反映按鍵狀態(tài)。可見，若想實現(xiàn)任意標準鍵盤按鍵功能，只需修改keyboard_update函數(shù)里相應的鍵值映射，或直接修改鍵盤驅(qū)動里的鍵值映射數(shù)組為對應的標準鍵盤按鍵的系統(tǒng)掃描碼。
3.2.2 初始化及終止函數(shù)實現(xiàn)
在初始化函數(shù)中先打開小鍵盤輸入設備，成功以后對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)的主要工作是關閉鍵盤輸入文件。輸入引擎相關內(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結構數(shù)組定義了MiniGUI支持的所有輸入引擎信息。系統(tǒng)啟動后，將根據(jù)MiniGUI．cfg配置文件，在inputs結構中尋找特定的輸入引擎作為當前的輸入引擎。然后，調(diào)用該引擎的初始化函數(shù)，對全局變量cur_input(表當前使用的輸入引擎)的其他成員函數(shù)進行賦值。
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。當有事件發(fā)生時，檢查是鼠標(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引擎中相應底層操作函數(shù)收集底層輸入事件1we(該結構定義在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。具體實現(xiàn)細節(jié)可參考server．c文件。

4 鍵盤輸入在MiniGuI中的實現(xiàn)步驟
4．1 加載小鍵盤驅(qū)動
有兩種方法加載：一是把該驅(qū)動加載入內(nèi)核；二是可以將編譯的*．o文件拷貝到目標板根文件系統(tǒng)巾，目標板啟動后用insmod命令動態(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(否則會使用gcc進行編譯)；
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中設置該輸入引擎默認為安裝，則不用加最后一項配置參數(shù))；
⑧執(zhí)行make，及rrlake，instaII命令進行編譯和安裝；
⑨把安裝路徑下的Iib／libminigui一1．3．so．3．0．O庫文件復制到目標板根文件系統(tǒng)lIb目錄下(前提是已拷貝了MiniGLfI運行庫和資源環(huán)境到根文件系統(tǒng)中)；
⑩修改配置文件(目標板根文件系統(tǒng)／et~：／MinigLti． cfg)，令iaLenglne―mylebd，使用這個新的輸入引擎。
4.3 根文件系統(tǒng)的移植
將交叉編譯后的MiniGtII應用程序復制到根文件系統(tǒng)中，制作并下載根文件系統(tǒng)映像文件到目標板中，目標板系統(tǒng)啟動后加載小鍵盤驅(qū)動并運行該應用程序即可。(源程序見本刊網(wǎng)站www．rllesnet．com．cn――編者注)

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