基于Murphypinyin的嵌入式鍵盤設計

　　引 言

　　隨著嵌入式系統的飛速發展，在嵌入式手持設備中，人機交互設備是與用戶接觸最多的部分，最能夠直接快速地體現出該設備的性能。所以，是否有一個友好的、快速的、可靠的人機交互設備已經成為衡量一款手持設備的重要指標。在嵌入式人機交互設備中，鍵盤由于其具有很高的準確性和可靠性，能夠適應各種惡劣的工作環境，并且具有很長的使用壽命，而得到廣泛應用。

　　本文根據手持終端的特點，設計出一款矩陣鍵盤，并在Linux平臺下開發出鍵盤的驅動程序。采用Qt/Embedded構建圖形界面，通過對Qt/Embedded自帶輸入法的分析，結合Murphpinyin中文輸入法軟件包，構建了一款可輸入數字、中/英文的嵌入式鍵盤。

　　1 硬件設計

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

　　考慮到手持終端操作的方便性，將所有的按鍵進行重新布局，如圖2所示。為了延長手持設備的使用壽命、提高可靠性，增加了電源按鍵Power。另外，考慮到手持設備的低功耗要求，增加了背光控制按鈕Back-Light，通過控制LCD_PWREN引腳的高低電平，控制LCD背光的開關。其中電源按鍵 Power、背光控制按鍵BackLight為單獨按鍵，直接與S3C2440的中斷引腳相連。本文重點對矩陣鍵盤做詳細介紹，電源按鍵和背光控制按鍵的處理機制與矩陣鍵盤類似，這里不再做介紹。

　　2 軟件設計

　　2.1 矩陣鍵盤的Linux驅動程序設計

　　矩陣鍵盤是作為Linux的一個字符設備注冊到系統中的。為了降低對系統資源的損耗，采用中斷處理函數對按鍵做處理;同時考慮到按鍵的抖動問題，采用定時器來消除抖動。

　　該驅動程序的流程如圖3所示。首先，使用S3C2440_Kb_init()函數將鍵盤作為一個字符設備進行注冊，初始化行線引腳為：輸出、非上拉，并將所有行輸出置為低電平;注冊該鍵盤設備。初始化列線所連接的中斷引腳為：輸入、下降沿觸發中斷，并建立中斷與中斷處理函數Key_interrupt()的連接。

　　當有按鍵按下后，由于所有的行為低電平，必然有一行和一列線導通，從而將相應的列線拉低，觸發中斷。然后，中斷處理函數Key_interrupt()記錄相應的中斷號碼，由于按鍵存在抖動，單憑一次中斷的觸發就判定相應的按鍵按下很不可靠，所以在中斷觸發后開啟定時器kb_timer對按鍵狀態再次進行判定。

　　上層應用程序使用S3C2440_Kb_open()打開鍵盤設備，開啟列線中斷，初始化定時器。當中斷觸發后，開啟定時器，定時器定時時間到后，觸發定時器中斷kb_timer_handler()。kb_timer_handler()首先會調用鍵盤掃描函數 Scan_keyboard()掃描按鍵狀態，Scan_keyboard()流程如圖4所示。如果經過3次鍵盤掃描，每次都掃描到相同的按鍵值被按下，則證明確實有按鍵被按下，Scan_keyboard()函數返回：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隊列，這樣可以不保存重復數據到緩沖隊列。如果連續10次掃描到按鍵的狀態都不為KEY_DOWN，則證明按鍵已經彈起，關閉定時器kb_timer。

　　S3C2440_Kb_read()函數負責從循環隊列中讀取按鍵值反饋給上層應用程序。

linux操作系統文章專題：linux操作系統詳解（linux不再難懂）