基于嵌入式Linux的矩陣鍵盤(pán)驅(qū)動(dòng)程序研究與開(kāi)發(fā)

摘 要：主要介紹基于嵌入式Linux的矩陣鍵盤(pán)驅(qū)動(dòng)程序設(shè)計(jì)的方法，硬件平臺(tái)基于TI提供的OMA：P5912構(gòu)建的嵌入式語(yǔ)音識(shí)別系統(tǒng)，充分利用0MAP5912的外圍硬件資源，矩陣鍵盤(pán)作為平臺(tái)設(shè)備和輸入設(shè)備，利用Linux內(nèi)核提供的輸入子系統(tǒng)。輸入子系統(tǒng)為輸入設(shè)備驅(qū)動(dòng)開(kāi)發(fā)提供了良好的接口，提高了驅(qū)動(dòng)程序的開(kāi)發(fā)效率。驅(qū)動(dòng)開(kāi)發(fā)完成后，在MiniGui和Qtopia下測(cè)試，結(jié)果證明驅(qū)動(dòng)程序工作高效、穩(wěn)定。
關(guān)鍵詞：矩陣鍵盤(pán)；嵌入式Linux；OMAP5912；設(shè)備驅(qū)動(dòng)

O 引 言
隨著以計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)和軟件技術(shù)為核心的信息技術(shù)的發(fā)展，嵌入式系統(tǒng)在各個(gè)行業(yè)中得到了廣泛的應(yīng)用。嵌入式系統(tǒng)已成為當(dāng)今IT行業(yè)的焦點(diǎn)之一。而在嵌入式系統(tǒng)中，鍵盤(pán)是重要的人機(jī)交互設(shè)備之一。嵌入式Linux是一種開(kāi)放源碼、軟實(shí)時(shí)、多任務(wù)的操作系統(tǒng)，是開(kāi)發(fā)嵌入式產(chǎn)品的優(yōu)秀操作系統(tǒng)平臺(tái)，是在標(biāo)準(zhǔn)Linux基礎(chǔ)上針對(duì)嵌入式系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化和裁剪后形成的，因此具有Linux的基本性質(zhì)。在此提出的矩陣鍵盤(pán)驅(qū)動(dòng)程序的設(shè)計(jì)方案是以嵌入式Linux和TIOMAP5912處理器為軟硬件平臺(tái)的，在設(shè)計(jì)的嵌入式語(yǔ)音識(shí)別應(yīng)用平臺(tái)中，通過(guò)測(cè)試，表明其具有良好的穩(wěn)定性和實(shí)時(shí)性。

l 硬件原理
OMAP5912處理器是由TI應(yīng)用最為廣泛的TMS320C55X DSP內(nèi)核與低功耗、增強(qiáng)型ARM926EJ―S微處理器組成的雙核應(yīng)用處理器。用這樣一種組合方式將2個(gè)處理器整合在1個(gè)芯片后，開(kāi)發(fā)人員可以根據(jù)實(shí)際情況，利用DSP運(yùn)行復(fù)雜度較高的數(shù)字信號(hào)處理任務(wù)，利用ARM運(yùn)行通信、控制和人機(jī)接口方面的任務(wù)，從而使便攜式設(shè)備在保持良好人機(jī)交互環(huán)境的基礎(chǔ)上，有效地降低功耗。在外設(shè)方面，OMAP5912微處理器支持常用的各種接口，其中通過(guò)MPUIO接口最多可支持8×8的矩陣鍵盤(pán)，系統(tǒng)中采用這個(gè)接口擴(kuò)展了一個(gè)4×5的矩陣鍵盤(pán)。其硬件連接示意圖如圖1所示，其中按鍵行陣列必須提供上拉信號(hào)，列陣列加二極管，防止瞬間電流過(guò)大對(duì)MPUIO口造成沖擊。

按照鍵盤(pán)的構(gòu)造方式人們把鍵盤(pán)劃分為線性鍵盤(pán)和矩陣鍵盤(pán)。其中，線性鍵盤(pán)是指每個(gè)按鍵都占用嵌入式處理器的1個(gè)I／O端口，并通過(guò)這個(gè)I／O端口實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互，各個(gè)按鍵之間互不影響。使用這種方案的優(yōu)點(diǎn)是簡(jiǎn)單、可靠，但是線性鍵盤(pán)對(duì)I／O端口的占用量很大。因此，嵌入式系統(tǒng)中很少采用這種方法。
另外一種矩陣鍵盤(pán)是指當(dāng)按鍵數(shù)量過(guò)多時(shí)，采用矩陣的排列方法，將按鍵設(shè)計(jì)成n行m列的矩陣形式。其中，每個(gè)按鍵占用行和列的1個(gè)交叉點(diǎn)，并且以行和列為單位引出信號(hào)線。這樣只需要占用n+m個(gè)I／O端口，卻可以驅(qū)動(dòng)n×m個(gè)按鍵，大大節(jié)省了對(duì)嵌入式處理器I／O端口的占用，節(jié)省了寶貴的資源。矩陣鍵盤(pán)在減少嵌入式處理器I／O端口占用的問(wèn)題上做出了很大的貢獻(xiàn)，但隨之而來(lái)的問(wèn)題是如何確定矩陣中按鍵的位置，這里采用列掃描法，其思路如下：
在鍵盤(pán)初始化階段，所有的列信號(hào)(KBC)都被設(shè)置輸出為低電平。如果矩陣鍵盤(pán)中的1個(gè)按鍵按下，則相應(yīng)的行信號(hào)和列信號(hào)線短路，行信號(hào)線(KBR)輸入由高電平變?yōu)榈碗娖?，產(chǎn)生1個(gè)中斷，然后在驅(qū)動(dòng)的中斷服務(wù)程序中按照表1中的序列逐列掃描列信號(hào)，讀取行信號(hào)的狀態(tài)，根據(jù)讀回來(lái)的行信號(hào)狀態(tài)就可以判斷有那些按鍵按下。
另外，鍵盤(pán)驅(qū)動(dòng)必須解決的一個(gè)問(wèn)題是鍵盤(pán)的抖動(dòng)。在按鍵按下和抬起的過(guò)程中，電壓信號(hào)會(huì)出現(xiàn)很多毛刺，這主要是由于機(jī)械按鍵的彈性作用引起的。盡管觸點(diǎn)看起來(lái)非常穩(wěn)定，而且快速地閉合，但相對(duì)于嵌入式處理器的運(yùn)行速度來(lái)說(shuō)，這種動(dòng)作是比較慢的。這種脈沖在某些按鍵功能設(shè)計(jì)時(shí)，如果處理不當(dāng)可能會(huì)帶來(lái)災(zāi)難性的后果。所以必須對(duì)按鍵信號(hào)進(jìn)行防抖檢測(cè)。按鍵防抖檢測(cè)的核心思想是在嵌入式處理器的幾個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)，通過(guò)對(duì)按鍵信號(hào)進(jìn)行多次訪問(wèn)，查看電平狀態(tài)是否保存一致。如果保持一致，則說(shuō)明按鍵狀態(tài)已經(jīng)穩(wěn)定；否則，說(shuō)明之前檢測(cè)到的按鍵信號(hào)是抖動(dòng)信號(hào)或外界信號(hào)干擾，系統(tǒng)將不會(huì)對(duì)其進(jìn)行任何處理。