一個嵌入式Linux系統的鍵盤驅動實作 （1）(2)

初始化部分。這部分包括硬體層和軟體層上的初始化。在本例中，需要先對矩陣電路和SN74hc164晶片所使用到的GPIO連接埠作配置，以使CPU可以對它們進行控制和存取。為了要將某個GPIO連接埠配置成輸入輸出或中斷來源，需要在對應的GPIO控制暫存器中設定正確的值，特定的值可以透過查閱S3C2410開發板手冊來取得。例如，為了將GPB1設定成SN74hc164的輸入端，需要將GPBCON這個控製字中2，3兩位設定成二進位的01，為了將GPG6設定成電壓低跳變中斷源，需要將GPGCON中12，13兩位元設定成二進制的10。在完成了硬體初始化操作以後，就是軟體層上的初始化了。首先將鍵盤中斷處理函數註冊到系統，然後設定一個定時器結構，以便在中斷發生時將其掛到核心的定時器佇列中去，該計時器將觸發對鍵盤的掃描操作。最後透過SN74hc164將矩陣電路的16列置零。

中斷處理部分。如前所述，這部分軟體應該完成的工作就是掃描特殊鍵盤，確定哪個鍵被按下，並且拿到穩定的掃描碼，然後呼叫內核導出函數handle_scancode。在這個應用中，該特殊鍵盤的佈局與PC標準鍵盤的佈局比較相似，所以我們直接將PC鍵盤上對應鍵的系統掃描碼作為我們特殊鍵盤上各個鍵的掃描碼，同時我們將PC鍵盤驅動程序中掃描碼到鍵碼的轉換函數pckbd_translate作為我們的kbd_translate函數。

決定哪一個鍵被按下的演算法如下。在中斷到來時，我們已經可以根據中斷號確定被按下的鍵在哪一行，我們還需要確定被按下的鍵在哪一列。為此，我們先給串聯的兩個SN74hc164晶片送一個CLR訊號，清除，然後送16個1，使得特殊鍵盤的列都是高電位，此時我們在鍵盤的行埠讀到的都是高電位。在16個時脈下，給SN74hc164晶片送入1個0和15個1，使得0在每一列上都唯一出現一次，同時在鍵盤行埠進行掃描。當按下鍵所在列置0時，其所在行就會讀到一個低電位。使用這種“走0法”，我們就可以確定鍵盤上哪個鍵被按下了。但這種簡單的掃描演算法還不夠，因為在這種類型的矩陣掃描鍵盤中，鍵的每次按下和抬起都會有10~20ms（這段時間的長短由硬體特性決定）的毛刺抖動存在，如圖2所示，所以為了獲得穩定的按鍵訊息，必須要想辦法去掉這種抖動，才能避免將使用者的一次按鍵誤當作幾次按鍵來處理。去毛刺的一種常見的方法是在有鍵盤中斷到達時，並不立即去掃描鍵盤，而是先等待一段時間，等跳過毛刺抖動以後再去掃描鍵盤，其偽代碼如下所示：

等待一段時間，跳過抖動；

掃描鍵盤；

if 鍵盤上沒有鍵被按下

結束返回；

if 鍵盤上有鍵被按下

再次等待一段時間然後檢查同樣的鍵是否依然處於被按下狀態；

if 同樣的鍵任然是按下

將讀到的掃描碼返回；

else

直接返回；

這種解決方案固然可行，但是它使用了忙等的方法去毛刺，在忙等期間，系統做不了任何有用的工作。這對於計算資源本身就很有限的嵌入式Linux系統來說，是一種奢侈的浪費。在本應用中，我們設計了適合嵌入式系統的去毛邊解決方案，使用效果良好。

由於Linux核心提供了定時器佇列，所以我們可以使用這個機制來避免忙等，提高系統的效能。當鍵盤上有鍵被按下時，鍵盤中斷處理程序首先關閉中斷源，進入輪詢模式，將一個timerlist物件掛入定時器佇列以後就結束了。掛入核心的定時器按時地被觸發，它所觸發的函數完成以下一些工作：先對整個鍵盤上所有的鍵進行一次掃描，並且將掃描得到的結果保存到一個靜態2維數組變數snap_shot_matrix[16 ][4]中。這個變數描述的是在本次鍵盤掃描的這個時刻，鍵盤上所有鍵的按下情況。如果某個鍵沒有被按下，即處於放開狀態，那麼將snap_shot_matrix中對應的值置為0，如果某個鍵處於按下狀態，那麼將snap_shot_matrix中對應的值為自增1操作，若該值在自增1以後大於某個預先指定的數，我們就可以認為這是一個穩定值，並且將另一個大小為16*4的2維數組變數current_matrix對應座標中的值置1，否則置0 。這個變數描述的就是目前鍵盤上按鍵狀況的穩定值了。也就是說我們先把在本次掃描中得到的採樣資料作處理以後保存到snap_shot_matrix中，然後依據該變數中的值，過濾得到current_matrix，透過這樣一個過程來做去毛邊處理。在得到了本次掃描的穩定值current_matrix以後，我們將其與上次得到的穩定值previous_matrix作比較，從而確定與上次掃描時相比，此刻鍵盤上的按鍵情況是否發生了變化，以及此刻鍵盤上是否有鍵按下。如果發現鍵盤上沒有任何按鍵被按下，則開啟鍵盤中斷，再次切回中斷模式。如果鍵盤上有鍵被按下，且是不同於上次掃描到的被按下鍵，我們立刻呼叫按鍵處理函數process_key，它會呼叫鍵盤驅動中的上層函數handle_scancode。如果鍵盤上按下的鍵就是上次按下的那個鍵，我們將遞增一個計數器，當這個計數器達到某個指定值以後，我們就啟動所謂的Auto repeat功能，即用戶一直按著某個鍵，驅動程式自動重複產生鍵盤輸入。此計數器在被按下鍵發生變化時置0。但是只要鍵盤上仍然有鍵處於被按下狀態，我們就將當前讀到的鍵盤穩定值current_matrix拷貝到previous_matrix中去，並且再次將前面描述的定時器對象掛到內核定時器隊列中，過一段時間以後再次掃描整個鍵盤，直到鍵盤上沒有按鍵。

4 結束語

隨著資訊社會以及電腦軟硬體技術的進步，嵌入式資訊產品的設計和應用得到了迅速的發展，需要為自己的嵌入式Linux系統添加特殊鍵盤驅動的需求也越來越普遍。本文在介紹了Linux中鍵盤驅動程式的整體框架以後，以S3C2410開發板上的一個特殊鍵盤為例子，重點描述了在嵌入式Linux環境下，為特殊鍵盤編寫驅動程式時需要完成的工作，為類似的開發提供了一種思路和參考。

(T114)

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