基于嵌入式Linux的矩陣鍵盤驅(qū)動程序研究與開發(fā)

摘 要：主要介紹基于嵌入式Linux的矩陣鍵盤驅(qū)動程序設(shè)計的方法，硬件平臺基于TI提供的OMA：P5912構(gòu)建的嵌入式語音識別系統(tǒng)，充分利用0MAP5912的外圍硬件資源，矩陣鍵盤作為平臺設(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)動開發(fā)提供了良好的接口，提高了驅(qū)動程序的開發(fā)效率。驅(qū)動開發(fā)完成后，在MiniGui和Qtopia下測試，結(jié)果證明驅(qū)動程序工作高效、穩(wěn)定。
關(guān)鍵詞：矩陣鍵盤；嵌入式Linux；OMAP5912；設(shè)備驅(qū)動

O 引 言
隨著以計算機(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，鍵盤是重要的人機(jī)交互設(shè)備之一。嵌入式Linux是一種開放源碼、軟實(shí)時、多任務(wù)的操作系統(tǒng)，是開發(fā)嵌入式產(chǎn)品的優(yōu)秀操作系統(tǒng)平臺，是在標(biāo)準(zhǔn)Linux基礎(chǔ)上針對嵌入式系統(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驅(qū)動程序的設(shè)計方案是以嵌入式Linux和TIOMAP5912處理器為軟硬件平臺的，在設(shè)計的嵌入式語音識別應(yīng)用平臺中，通過測試，表明其具有良好的穩(wěn)定性和實(shí)時性。

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個處理器整合在1個芯片后，開發(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MPUIO接口最多可支持8×8的矩陣鍵盤，系統(tǒng)中采用這個接口擴(kuò)展了一個4×5的矩陣鍵盤。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，列陣列加二極管，防止瞬間電流過大對MPUIO口造成沖擊。

按照鍵盤的構(gòu)造方式人們把鍵盤劃分為線性鍵盤和矩陣鍵盤。其中，線性鍵盤是指每個按鍵都占用嵌入式處理器的1個I／O端口，并通過這個I／O端口實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互，各個按鍵之間互不影響。使用這種方案的優(yōu)點(diǎn)是簡單、可靠，但是線性鍵盤對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。
另外一種矩陣鍵盤是指當(dāng)按鍵數(shù)量過多時，采用矩陣的排列方法，將按鍵設(shè)計成n行m列的矩陣形式。其中，每個按鍵占用行和列的1個交叉點(diǎn)，并且以行和列為單位引出信號線。這樣只需要占用n+m個I／O端口，卻可以驅(qū)動n×m個按鍵，大大節(jié)省了對嵌入式處理器I／O端口的占用，節(jié)省了寶貴的資源。矩陣鍵盤在減少嵌入式處理器I／O端口占用的問題上做出了很大的貢獻(xiàn)，但隨之而來的問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：
在鍵盤初始化階段，所有的列信號(KBC)都被設(shè)置輸出為低電平。如果矩陣鍵盤中的1個按鍵按下，則相應(yīng)的行信號和列信號線短路，行信號線(KBR)輸入由高電平變?yōu)榈碗娖?，產(chǎn)生1個中斷，然后在驅(qū)動的中斷服務(wù)程序中按照表1中的序列逐列掃描列信號，讀取行信號的狀態(tài)，根據(jù)讀回來的行信號狀態(tài)就可以判斷有那些按鍵按下。
另外，鍵盤驅(qū)動必須解決的一個問題是鍵盤的抖動。在按鍵按下和抬起的過程中，電壓信號會出現(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)看起來非常穩(wěn)定，而且快速地閉合，但相對于嵌入式處理器的運(yùn)行速度來說，這種動作是比較慢的。這種脈沖在某些按鍵功能設(shè)計時，如果處理不當(dāng)可能會帶來災(zāi)難性的后果。所以必須對按鍵信號進(jìn)行防抖檢測。按鍵防抖檢測的核心思想是在嵌入式處理器的幾個時鐘周期內(nèi)，通過對按鍵信號進(jìn)行多次訪問，查看電平狀態(tài)是否保存一致。如果保持一致，則說明按鍵狀態(tài)已經(jīng)穩(wěn)定；否則，說明之前檢測到的按鍵信號是抖動信號或外界信號干擾，系統(tǒng)將不會對其進(jìn)行任何處理。