基于Murphypinyin的嵌入式鍵盤(pán)設(shè)計(jì)

　　引 言

　　隨著嵌入式系統(tǒng)的飛速發(fā)展，在嵌入式手持設(shè)備中，人機(jī)交互設(shè)備是與用戶(hù)接觸最多的部分，最能夠直接快速地體現(xiàn)出該設(shè)備的性能。所以，是否有一個(gè)友好的、快速的、可靠的人機(jī)交互設(shè)備已經(jīng)成為衡量一款手持設(shè)備的重要指標(biāo)。在嵌入式人機(jī)交互設(shè)備中，鍵盤(pán)由于其具有很高的準(zhǔn)確性和可靠性，能夠適應(yīng)各種惡劣的工作環(huán)境，并且具有很長(zhǎng)的使用壽命，而得到廣泛應(yīng)用。

　　本文根據(jù)手持終端的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)出一款矩陣鍵盤(pán)，并在Linux平臺(tái)下開(kāi)發(fā)出鍵盤(pán)的驅(qū)動(dòng)程序。采用Qt/Embedded構(gòu)建圖形界面，通過(guò)對(duì)Qt/Embedded自帶輸入法的分析，結(jié)合Murphpinyin中文輸入法軟件包，構(gòu)建了一款可輸入數(shù)字、中/英文的嵌入式鍵盤(pán)。

　　1 硬件設(shè)計(jì)

　　本系統(tǒng)的硬件部分主要是一個(gè)4列5行的矩陣鍵盤(pán)，如圖1所示。其中列線(xiàn)COL0～COL3使用了S3C2440的4個(gè)中斷引腳——EINT10、ENIT13、EINT15、EINT20，并且每根列線(xiàn)都有一個(gè)4.7 kΩ的上拉電路，把中斷引腳電平拉高，確保按鍵空閑時(shí)不會(huì)觸發(fā)中斷;行線(xiàn)ROW0～ROW4使用的是S3C2440的5個(gè)普通I/O口——GPE11、 GPE13、GPG3、GPG6、GPG11。這里需要注意的問(wèn)題是，一定要確保列線(xiàn)所用的中斷在Linux的各個(gè)設(shè)備中尚未使用到，否則在后面的驅(qū)動(dòng)程序中將會(huì)造成驅(qū)動(dòng)程序初始化失敗。

　　考慮到手持終端操作的方便性，將所有的按鍵進(jìn)行重新布局，如圖2所示。為了延長(zhǎng)手持設(shè)備的使用壽命、提高可靠性，增加了電源按鍵Power。另外，考慮到手持設(shè)備的低功耗要求，增加了背光控制按鈕Back-Light，通過(guò)控制LCD_PWREN引腳的高低電平，控制LCD背光的開(kāi)關(guān)。其中電源按鍵 Power、背光控制按鍵BackLight為單獨(dú)按鍵，直接與S3C2440的中斷引腳相連。本文重點(diǎn)對(duì)矩陣鍵盤(pán)做詳細(xì)介紹，電源按鍵和背光控制按鍵的處理機(jī)制與矩陣鍵盤(pán)類(lèi)似，這里不再做介紹。

　　2 軟件設(shè)計(jì)

　　2.1 矩陣鍵盤(pán)的Linux驅(qū)動(dòng)程序設(shè)計(jì)

　　矩陣鍵盤(pán)是作為L(zhǎng)inux的一個(gè)字符設(shè)備注冊(cè)到系統(tǒng)中的。為了降低對(duì)系統(tǒng)資源的損耗，采用中斷處理函數(shù)對(duì)按鍵做處理;同時(shí)考慮到按鍵的抖動(dòng)問(wèn)題，采用定時(shí)器來(lái)消除抖動(dòng)。

　　該驅(qū)動(dòng)程序的流程如圖3所示。首先，使用S3C2440_Kb_init()函數(shù)將鍵盤(pán)作為一個(gè)字符設(shè)備進(jìn)行注冊(cè)，初始化行線(xiàn)引腳為：輸出、非上拉，并將所有行輸出置為低電平;注冊(cè)該鍵盤(pán)設(shè)備。初始化列線(xiàn)所連接的中斷引腳為：輸入、下降沿觸發(fā)中斷，并建立中斷與中斷處理函數(shù)Key_interrupt()的連接。

　　當(dāng)有按鍵按下后，由于所有的行為低電平，必然有一行和一列線(xiàn)導(dǎo)通，從而將相應(yīng)的列線(xiàn)拉低，觸發(fā)中斷。然后，中斷處理函數(shù)Key_interrupt()記錄相應(yīng)的中斷號(hào)碼，由于按鍵存在抖動(dòng)，單憑一次中斷的觸發(fā)就判定相應(yīng)的按鍵按下很不可靠，所以在中斷觸發(fā)后開(kāi)啟定時(shí)器kb_timer對(duì)按鍵狀態(tài)再次進(jìn)行判定。

　　上層應(yīng)用程序使用S3C2440_Kb_open()打開(kāi)鍵盤(pán)設(shè)備，開(kāi)啟列線(xiàn)中斷，初始化定時(shí)器。當(dāng)中斷觸發(fā)后，開(kāi)啟定時(shí)器，定時(shí)器定時(shí)時(shí)間到后，觸發(fā)定時(shí)器中斷kb_timer_handler()。kb_timer_handler()首先會(huì)調(diào)用鍵盤(pán)掃描函數(shù) Scan_keyboard()掃描按鍵狀態(tài)，Scan_keyboard()流程如圖4所示。如果經(jīng)過(guò)3次鍵盤(pán)掃描，每次都掃描到相同的按鍵值被按下，則證明確實(shí)有按鍵被按下，Scan_keyboard()函數(shù)返回：KEYDOWN。如果按本次按鍵值與上一次按鍵值不同，則保存本次按鍵值到循環(huán)隊(duì)列，這樣可以不保存重復(fù)數(shù)據(jù)到緩沖隊(duì)列。如果連續(xù)10次掃描到按鍵的狀態(tài)都不為KEY_DOWN，則證明按鍵已經(jīng)彈起，關(guān)閉定時(shí)器kb_timer。

　　S3C2440_Kb_read()函數(shù)負(fù)責(zé)從循環(huán)隊(duì)列中讀取按鍵值反饋給上層應(yīng)用程序。

linux操作系統(tǒng)文章專(zhuān)題：linux操作系統(tǒng)詳解（linux不再難懂）