S3C44B0X鍵盤的uClinux驅(qū)動程序設(shè)計(jì)

　　用三星公司的嵌入式微處理器S3C44B0X設(shè)計(jì)的嵌入式開發(fā)板大多采用1×4按鍵鍵盤，在移植uClinux到這類開發(fā)板上時，必須設(shè)計(jì)鍵盤驅(qū)動程序。1×4鍵盤驅(qū)動程序通過修改uClinux源代碼中PC鍵盤的驅(qū)動程序得到。根據(jù)實(shí)際電路，對鍵盤的初始化、鍵盤中斷處理程序進(jìn)行了處理，用戶可根據(jù)需要決定各鍵的掃描碼。此驅(qū)動程序利用操作系統(tǒng)計(jì)時器解決了鍵盤的抖動問題。1×4鍵盤驅(qū)動程序可用于其他類似的嵌入式系統(tǒng)。

　　引言
   
　　三星公司的ARM7系列微處理器得到了廣泛使用，其中S3C44B0X是制作手持式設(shè)備的良好選擇。目前以S3C44B0X為核心制作的開發(fā)板大多采用1×4按鍵鍵盤，其電路簡單，容易實(shí)現(xiàn)。在移植uClinux到s3C44B0X開發(fā)板時，必須自己設(shè)計(jì)鍵盤的驅(qū)動程序。1×4按鍵鍵盤的驅(qū)動程序根據(jù)硬件特點(diǎn)，對源代碼中PC鍵盤驅(qū)動程序進(jìn)行修改而得到，并在開發(fā)板上成功使用。

　　1 uClinux鍵盤驅(qū)動程序概述
   
　　在uClinux操作系統(tǒng)中，鍵盤驅(qū)動程序與Linux基本相同，其中PC鍵盤驅(qū)動程序比較典型。鍵盤是一種字符設(shè)備，可以在目錄/drivers/char 中找到驅(qū)動程序。PC鍵盤的驅(qū)動程序由keyboard.c和pc_keyb.c兩個程序組成。其中：keyboard.c是鍵盤的高層驅(qū)動，與硬件不直接相關(guān)；pc_keyb.c是鍵盤的底層驅(qū)動，與鍵盤硬件直接相關(guān)。

　　PC鍵盤在uClinux中的工作過程如下：

　　在uClinux啟動時初始化鍵盤，相關(guān)函數(shù)是kbd_init，kbd_init運(yùn)行時調(diào)用pckbd_init_hw函數(shù)(初始化的一部分)。初始化鍵盤時，對鍵盤上的LED(發(fā)光二極管)也進(jìn)行初始化。同時，因?yàn)镻C上鼠標(biāo)與鍵盤都采用PS2接口，所以驅(qū)動程序中還包括鼠標(biāo)的初始化。

　　在使用過程中，鍵盤以中斷形式工作。當(dāng)按下某個鍵時，就產(chǎn)生一個中斷，使CPU進(jìn)入鍵盤中斷處理程序keyboard_interrupt。

　　keyboard_interrupt運(yùn)行后，逐個調(diào)用下列函數(shù)：handle_kbd_event、handle_keyboard_event、do_acknowledge、handle_scancode、pckbd_translate、put_queue，完成后退出keyboard_interrupt 。
   
　　PC鍵盤工作中牽涉的這些函數(shù)都在keyboard.c和pc_kbd.c中，其中pckbd_init_hw、keyboard_interrupt、handle_kbd_event、handle_keyboard_event、do_acknowledge、pckbd_translate都在pc_keyb.c中。
   
　　整個鍵盤中斷處理程序完成的工作是；從鍵盤獲得被按下鍵的掃描碼(scancode)，將其轉(zhuǎn)換成鍵碼(keycode)，再轉(zhuǎn)換成目標(biāo)碼(多為ASCII碼)，最后將目標(biāo)碼送人控制臺。
   
　　因鍵盤是控制臺的一部分，驅(qū)動程序中還有與控制臺相關(guān)的函數(shù)(如kbd_setkeyeode和kbd_getkeycode)，如果處理不好則會導(dǎo)致控制臺不能運(yùn)行。

　　2 按鍵鍵盤驅(qū)動程序設(shè)計(jì)原理
   
　　從PC鍵盤驅(qū)動程序原理分析，按鍵式鍵盤驅(qū)動程序要完成的工作是：

　　a)初始化。
　　
　　b)按鍵被按下時產(chǎn)生中斷，啟動中斷控制程序keyboard_interrupt，產(chǎn)生被按下的鍵對應(yīng)的掃描碼，并轉(zhuǎn)換成鍵碼、目標(biāo)碼，送入控制臺。因控制臺需要掃描碼進(jìn)行處理(例如kbd_setkeycode)，必須在中斷程序中首先產(chǎn)生掃描碼，不能直接產(chǎn)生鍵碼或目標(biāo)碼。
   
　　根據(jù)上述原理，只需修改pc_keyb.c程序。不更改keyboard.c，就可以完成驅(qū)動程序的設(shè)計(jì)。具體方法是：

　　a)根據(jù)按鍵鍵盤具體情況進(jìn)行初始化，設(shè)置好鍵盤中斷，去掉鼠標(biāo)相關(guān)部分。
　　b)讓鍵盤中斷程序keyboard_interrupt根據(jù)按鍵產(chǎn)生掃描碼，調(diào)用handle_scancode完成后面的工作。

　　3 S3C44B0X開發(fā)板1×4按鍵鍵盤電路
   
　　S3C44B0X開發(fā)板采用的1×4鍵盤電路很簡單，就是將PG4、PG5、PG6、PG7引腳各自連到一個按鍵開關(guān)，如圖1所示。

　　     圖1 S3C44B0X開發(fā)板1×4按鍵鍵盤電路

　　S3C44B0X的PG4、PG5、PG6、PG7這4個引腳可設(shè)置成共用一個中斷口(中斷號21)的4個外部中斷EINT4、EINT5、EINT6、EINT7，可用EXTINTPND寄存器來區(qū)分4個中斷源。這樣按下任何一個鍵就產(chǎn)生一個中斷信號，就是鍵盤中斷信號。

　　4 S3C44B0X開發(fā)板1×4按鍵鍵盤驅(qū)動程序設(shè)計(jì)
   
　　在uClinux源代碼中已經(jīng)提供了一個S3C44B0X的開發(fā)板——MBA44，因此可以在字符設(shè)備驅(qū)動程序增加一個mba44_keyb.c(/drivers/char/目錄)，并driver/char/Makefile進(jìn)行適當(dāng)修改，添加mba44_keyb.c的目標(biāo)程序進(jìn)入內(nèi)核。mba44_keyb.c可通過pc_keyb.c直接修改得到，keyboard.c不用修改。
   
　　mba44_keyb.c中的鍵盤初始化部分kbd_init_hw函數(shù)中最關(guān)鍵的部分是鍵盤中斷口的初始化，在這里是irq21。可用pckbd_init_hw進(jìn)行簡化，去掉按鍵鍵盤無關(guān)部分得到。
   
　　鍵盤中斷處理程序也可從PC鍵盤的相關(guān)部分簡化得到。按鍵鍵盤電路沒有LED，要去掉LED相關(guān)部分。最關(guān)鍵的部分是獲得每個鍵的掃描碼，可以用EXTINTPND寄存器區(qū)分4個按鍵，對每個按鍵提供一個掃描碼(scancode)，并將掃描碼送入handle_scancode函數(shù)處理。注意在分清4個按鍵后，要向EXTINTPND寄存器中寫入0xf清零，還要將中斷懸掛指示寄存器INTPND的相應(yīng)位清零，以免中斷處理程序死循環(huán)。
  
　　在mba44_keyb.c中注意要有pckbd_translate、kbd_setkeycode、kbd_getkeycode等幾個函數(shù)，其他函數(shù)(例如do_acknowledge等)都可不要。
   
　　在驅(qū)動程序mba44_keyb.c設(shè)計(jì)的同時，應(yīng)注意修改相關(guān)的頭文件(例如keyboard.h)。

　　5 按鍵鍵盤去抖動
   
　　1×4按鍵鍵盤的去抖動采用了一個較簡單的方法。因?yàn)?個按鍵都接著中斷口，所以抖動表現(xiàn)為一次按鍵、多次中斷，且?guī)讉€中斷間隔時間很短。去抖動方法就是對短時間內(nèi)(例如1s)的多次鍵盤中斷只對第1次全部處理，后面的幾次不產(chǎn)生掃描碼，也不調(diào)用handle_scancode，只簡單地對EXTINTPND寄存器和INTPND寄存器的相應(yīng)位清零后就退出中斷。
   
　　程序的實(shí)現(xiàn)方法是：定義一個全局變量(unsigned long)，在初始化時賦值為0；鍵盤中斷產(chǎn)生時首先讀取系統(tǒng)的jiffies值，與這個全局變量相減，若差值大于HZ(一般為100)，則這個全局變量賦值為剛讀取的jiffies值，并實(shí)現(xiàn)全部中斷程序；若差值小于HZ，就表示是一次抖動，如上所述簡單清零后退出中斷。這里jiffies值是系統(tǒng)定時器的時鐘數(shù)，HZ是1s內(nèi)的時鐘數(shù)，在系統(tǒng)中都有定義。

　　6 結(jié)束語
   
　　S3C44B0X開發(fā)板1×4按鍵鍵盤的uClinux驅(qū)動程序具有普遍性，其他種類的嵌入式系統(tǒng)也可采用類似的方法，用類似的驅(qū)動程序使用按鍵鍵盤。此驅(qū)動程序經(jīng)過修改，可以驅(qū)動更復(fù)雜的鍵盤，例如矩陣式鍵盤等。