S3C44B0X鍵盤(pán)的uClinux驅(qū)動(dòng)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(kāi)發(fā)板大多采用1×4按鍵鍵盤(pán)，在移植uClinux到這類(lèi)開(kāi)發(fā)板上時(shí)，必須設(shè)計(jì)鍵盤(pán)驅(qū)動(dòng)程序。1×4鍵盤(pán)驅(qū)動(dòng)程序通過(guò)修改uClinux源代碼中PC鍵盤(pán)的驅(qū)動(dòng)程序得到。根據(jù)實(shí)際電路，對(duì)鍵盤(pán)的初始化、鍵盤(pán)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(dòng)程序利用操作系統(tǒng)計(jì)時(shí)器解決了鍵盤(pán)的抖動(dòng)問(wèn)題。1×4鍵盤(pán)驅(qū)動(dòng)程序可用于其他類(lèi)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(kāi)發(fā)板大多采用1×4按鍵鍵盤(pán)，其電路簡(jiǎn)單，容易實(shí)現(xiàn)。在移植uClinux到s3C44B0X開(kāi)發(fā)板時(shí)，必須自己設(shè)計(jì)鍵盤(pán)的驅(qū)動(dòng)程序。1×4按鍵鍵盤(pán)的驅(qū)動(dòng)程序根據(jù)硬件特點(diǎn)，對(duì)源代碼中PC鍵盤(pán)驅(qū)動(dòng)程序進(jìn)行修改而得到，并在開(kāi)發(fā)板上成功使用。

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

　　PC鍵盤(pán)在uClinux中的工作過(guò)程如下：

　　在uClinux啟動(dòng)時(shí)初始化鍵盤(pán)，相關(guān)函數(shù)是kbd_init，kbd_init運(yùn)行時(shí)調(diào)用pckbd_init_hw函數(shù)(初始化的一部分)。初始化鍵盤(pán)時(shí)，對(duì)鍵盤(pán)上的LED(發(fā)光二極管)也進(jìn)行初始化。同時(shí)，因?yàn)镻C上鼠標(biāo)與鍵盤(pán)都采用PS2接口，所以驅(qū)動(dòng)程序中還包括鼠標(biāo)的初始化。

　　在使用過(guò)程中，鍵盤(pán)以中斷形式工作。當(dāng)按下某個(gè)鍵時(shí)，就產(chǎn)生一個(gè)中斷，使CPU進(jìn)入鍵盤(pán)中斷處理程序keyboard_interrupt。

　　keyboard_interrupt運(yùn)行后，逐個(gè)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(pán)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(gè)鍵盤(pán)中斷處理程序完成的工作是；從鍵盤(pán)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(tái)。
   
　　因鍵盤(pán)是控制臺(tái)的一部分，驅(qū)動(dòng)程序中還有與控制臺(tái)相關(guān)的函數(shù)(如kbd_setkeyeode和kbd_getkeycode)，如果處理不好則會(huì)導(dǎo)致控制臺(tái)不能運(yùn)行。

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

　　a)初始化。
　　
　　b)按鍵被按下時(shí)產(chǎn)生中斷，啟動(dòng)中斷控制程序keyboard_interrupt，產(chǎn)生被按下的鍵對(duì)應(yīng)的掃描碼，并轉(zhuǎn)換成鍵碼、目標(biāo)碼，送入控制臺(tái)。因控制臺(tái)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(dòng)程序的設(shè)計(jì)。具體方法是：

　　a)根據(jù)按鍵鍵盤(pán)具體情況進(jìn)行初始化，設(shè)置好鍵盤(pán)中斷，去掉鼠標(biāo)相關(guān)部分。
　　b)讓鍵盤(pán)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(kāi)發(fā)板1×4按鍵鍵盤(pán)電路
   
　　S3C44B0X開(kāi)發(fā)板采用的1×4鍵盤(pán)電路很簡(jiǎn)單，就是將PG4、PG5、PG6、PG7引腳各自連到一個(gè)按鍵開(kāi)關(guān)，如圖1所示。

　　     圖1 S3C44B0X開(kāi)發(fā)板1×4按鍵鍵盤(pán)電路

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

　　4 S3C44B0X開(kāi)發(fā)板1×4按鍵鍵盤(pán)驅(qū)動(dòng)程序設(shè)計(jì)
   
　　在uClinux源代碼中已經(jīng)提供了一個(gè)S3C44B0X的開(kāi)發(fā)板——MBA44，因此可以在字符設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序增加一個(gè)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(guò)pc_keyb.c直接修改得到，keyboard.c不用修改。
   
　　mba44_keyb.c中的鍵盤(pán)初始化部分kbd_init_hw函數(shù)中最關(guān)鍵的部分是鍵盤(pán)中斷口的初始化，在這里是irq21。可用pckbd_init_hw進(jìn)行簡(jiǎn)化，去掉按鍵鍵盤(pán)無(wú)關(guān)部分得到。
   
　　鍵盤(pán)中斷處理程序也可從PC鍵盤(pán)的相關(guān)部分簡(jiǎn)化得到。按鍵鍵盤(pán)電路沒(méi)有LED，要去掉LED相關(guān)部分。最關(guān)鍵的部分是獲得每個(gè)鍵的掃描碼，可以用EXTINTPND寄存器區(qū)分4個(gè)按鍵，對(duì)每個(gè)按鍵提供一個(gè)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(gè)按鍵后，要向EXTINTPND寄存器中寫(xiě)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(gè)函數(shù)，其他函數(shù)(例如do_acknowledge等)都可不要。
   
　　在驅(qū)動(dòng)程序mba44_keyb.c設(shè)計(jì)的同時(shí)，應(yīng)注意修改相關(guān)的頭文件(例如keyboard.h)。

　　5 按鍵鍵盤(pán)去抖動(dòng)
   
　　1×4按鍵鍵盤(pán)的去抖動(dòng)采用了一個(gè)較簡(jiǎn)單的方法。因?yàn)?個(gè)按鍵都接著中斷口，所以抖動(dòng)表現(xiàn)為一次按鍵、多次中斷，且?guī)讉€(gè)中斷間隔時(shí)間很短。去抖動(dòng)方法就是對(duì)短時(shí)間內(nèi)(例如1s)的多次鍵盤(pán)中斷只對(duì)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(jiǎn)單地對(duì)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(gè)全局變量(unsigned long)，在初始化時(shí)賦值為0；鍵盤(pán)中斷產(chǎn)生時(shí)首先讀取系統(tǒng)的jiffies值，與這個(gè)全局變量相減，若差值大于HZ(一般為100)，則這個(gè)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(dòng)，如上所述簡(jiǎn)單清零后退出中斷。這里jiffies值是系統(tǒng)定時(shí)器的時(shí)鐘數(shù)，HZ是1s內(nèi)的時(shí)鐘數(shù)，在系統(tǒng)中都有定義。

　　6 結(jié)束語(yǔ)
   
　　S3C44B0X開(kāi)發(fā)板1×4按鍵鍵盤(pán)的uClinux驅(qū)動(dòng)程序具有普遍性，其他種類(lèi)的嵌入式系統(tǒng)也可采用類(lèi)似的方法，用類(lèi)似的驅(qū)動(dòng)程序使用按鍵鍵盤(pán)。此驅(qū)動(dòng)程序經(jīng)過(guò)修改，可以驅(qū)動(dòng)更復(fù)雜的鍵盤(pán)，例如矩陣式鍵盤(pán)等。