基于ARM9的多行列鍵盤設(shè)計(jì)及其驅(qū)動(dòng)實(shí)現(xiàn)

3.3 鍵盤掃描程序

鍵盤的工作原理是通過(guò)鍵盤的行線和列線的狀態(tài)來(lái)判斷鍵盤中有無(wú)按鍵被按下。鍵盤掃描程序的功能就是用來(lái)判斷處于按下狀態(tài)的按鍵的具體位置及取得相應(yīng)的鍵碼值，因此掃描程序的設(shè)計(jì)是鍵盤驅(qū)動(dòng)模塊實(shí)現(xiàn)的核心。

鍵盤掃描程序的實(shí)現(xiàn)主要有兩種，即輪詢方式和中斷方式[5]。在本例中，利用操作系統(tǒng)定時(shí)器隊(duì)列與輪詢掃描方式結(jié)合的方法對(duì)鍵盤的驅(qū)動(dòng)程序進(jìn)行了設(shè)計(jì)，主要是基于以下兩個(gè)方面的原因。其一是AT91RM9200芯片的中斷信號(hào)線是非常寶貴的硬件資源，每一組GPIO端口只配置了一根中斷信號(hào)線，即32個(gè)GPIO端口共享一條信號(hào)線。這樣若采用中斷方式，則至少需要占用一條芯片中斷信號(hào)線，對(duì)多行列的鍵盤，如果其所采用的 GPIO端口不是來(lái)自于同一組時(shí)，就需要占用多條中斷信號(hào)線。而且若其他設(shè)備使用的GPIO端口與鍵盤使用的GPIO口屬于同一組，那么在兩種設(shè)備的驅(qū)動(dòng)程序設(shè)計(jì)中，必須進(jìn)行中斷共享，這樣不僅使系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)更為復(fù)雜，且易產(chǎn)生中斷丟失和中斷竟態(tài)等問(wèn)題，使設(shè)備性能受到影響。其二鍵盤是系統(tǒng)中屬于一種相對(duì)低速的設(shè)備，采用輪詢方式完全可以滿足鍵盤的輸入要求。

ARM-Linux操作系統(tǒng)提供了良好的定時(shí)器機(jī)制，因此通過(guò)簡(jiǎn)單定時(shí)器操作，就可以實(shí)現(xiàn)以固定間隔對(duì)鍵盤的狀態(tài)進(jìn)行掃描并對(duì)按鍵事件進(jìn)程處理，固定間隔的大小可根據(jù)系統(tǒng)需求進(jìn)行配置，定義器的詳細(xì)操作可參見文獻(xiàn)[1]。如前所述，鍵盤掃描程序的功能就是對(duì)鍵盤的狀態(tài)進(jìn)行判斷和處理。若無(wú)按鍵按下，則掃描直接返回；若有按鍵按下，則對(duì)被按下鍵的位置進(jìn)行判斷，并將相應(yīng)的鍵碼值寫入緩沖區(qū)中。因?yàn)楸纠械逆I盤是為POS機(jī)配置，因此按鍵的準(zhǔn)確性是至關(guān)重要，因此在掃描代碼中對(duì)按鍵值進(jìn)行了多次驗(yàn)證，下面是本例中使用的鍵盤掃描程序的偽代碼：
int Scan_Keyboard()
{

定義并初始化變量；

取得鍵碼放置緩沖區(qū)的自旋鎖；

if 緩沖區(qū)中還有空；

① 依次判斷各GPIO口的狀態(tài)，若無(wú)低電平，則無(wú)鍵按下，直接退出if語(yǔ)句；否則，有鍵按下，且當(dāng)前檢驗(yàn)的GPIO口連接的行線即為按鍵所在的行；

② 給鍵盤列線連接的數(shù)據(jù)線依次送入高電平，再通過(guò)判斷按鍵行線所在的GPIO端口的電平狀態(tài)，得到按鍵所在的列；

延時(shí)一小段時(shí)間，以消除鍵盤抖動(dòng)；

③ 再向給鍵盤列線連接的數(shù)據(jù)線全送低電平，使用代碼段①再次判斷是否有鍵按下，若有，則取得按鍵所在的行；

④ 同樣使用代碼段②重新判斷按鍵所在的列；

⑤ 判斷第一次得到的按鍵的行與列是否與第二次完全一樣，若完全相同，則可進(jìn)入下一步，否則退出if語(yǔ)句；

⑥ 重新向給鍵盤列線連接的數(shù)據(jù)線全送低電平，并判斷按鍵是否彈起，若仍處于按下狀態(tài)，則繼續(xù)等待，否則根據(jù)行與列，轉(zhuǎn)化為相應(yīng)鍵值，并寫入緩沖區(qū)；

if語(yǔ)句結(jié)束；

釋放自旋鎖；

函數(shù)返回 0；
}

完成驅(qū)動(dòng)程序代碼編寫后，就可以將鍵盤的驅(qū)動(dòng)程序加載到ARM-Linux內(nèi)核中了，既可以采用靜態(tài)加載方式，也可以采用動(dòng)態(tài)方式進(jìn)行加載。加載后，在應(yīng)用程序中鍵盤的編程使用方式與其他字符設(shè)備一樣。采用本文所述方式設(shè)計(jì)的鍵盤，目前已配置在筆者參與開發(fā)的POS機(jī)中交用戶使用，據(jù)用戶測(cè)試，鍵盤的輸入準(zhǔn)確率和反應(yīng)時(shí)間都達(dá)到了設(shè)計(jì)要求。

4、結(jié)束語(yǔ)

本文以運(yùn)行ARM-Linux的AT91RM9200系統(tǒng)為基礎(chǔ)，提出了一種在ARM9上擴(kuò)展特殊鍵盤的新設(shè)計(jì)方法，并對(duì)鍵盤擴(kuò)展的硬件設(shè)計(jì)和驅(qū)動(dòng)軟件開發(fā)都作了詳細(xì)說(shuō)明。本設(shè)計(jì)方法利用數(shù)據(jù)鎖存方式替代了常規(guī)的GPIO擴(kuò)展，提高了系統(tǒng)硬件的資源利用率，這一思想也為在其他嵌入式設(shè)備擴(kuò)展多行列鍵盤提供了一種新的設(shè)計(jì)思路。

參考文獻(xiàn)
[1] 魏永明，駱剛，姜君（譯）．Linux設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序（第二版）[M]．中國(guó)電力出版社．2002.4
[2] ATMEL．AT91RM9200 User Manual．2005
[3] 張秀松．基于AT91RM9200的嵌入式工業(yè)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J]．微計(jì)算機(jī)信息，2006，1-2:45-47
[4] 王建忠,田力,武凌.基于ARM920T核的AT91RM9200微控制器及其在嵌入式家庭網(wǎng)關(guān)中的應(yīng)用［Ｊ］.微計(jì)算機(jī)信息， 2004，20(5):49-51
[5] 馬忠梅．ARMLinux嵌入式系統(tǒng)教程[M]．北京航空航天大學(xué)出版社．2004.9