1 引言

Linux 由于其具有內(nèi)核強大且穩(wěn)定，易于擴展和裁減，豐富的硬件支持等諸多優(yōu)點，在嵌入式系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用。很多嵌入式Linux系統(tǒng)，特別是一些具有與用 戶強交互的嵌入式系統(tǒng)，往往需要配備一個特殊鍵盤，此時開發(fā)者需要根據(jù)實際情況，為自己的特殊鍵盤編寫驅(qū)動程序。

2 Linux鍵盤驅(qū)動簡介

Linux 中的大多數(shù)驅(qū)動程序都采用了層次型的體系結(jié)構(gòu)，鍵盤驅(qū)動程序也不例外。在Linux中，鍵盤驅(qū)動被劃分成兩層來實現(xiàn)。其中，上層是一個通用的鍵盤抽象層， 完成鍵盤驅(qū)動中不依賴于底層具體硬件的一些功能，并且負(fù)責(zé)為底層提供服務(wù)；下層則是硬件處理層，與具體硬件密切相關(guān)，主要負(fù)責(zé)對硬件進(jìn)行直接操作。鍵盤驅(qū) 動程序的上層公共部分都在driver/keyboard.c中。該文件中最重要的就是內(nèi)核用EXPORT_SYMBOL這個宏導(dǎo)出的 handle_scancode函數(shù)。handle_scancode完成的功能是：首先將掃描碼轉(zhuǎn)換成鍵碼，接著根據(jù)shift, alt等擴展鍵的按下情況將鍵碼轉(zhuǎn)換成目標(biāo)碼，一般情況下是ASCII碼，最后將該ASCII碼放到終端設(shè)備的緩沖區(qū)中，并且調(diào)度一個tasklet負(fù)責(zé) 將其在顯示器上回顯出來?？梢钥闯?，這個函數(shù)完成的是鍵盤驅(qū)動程序中最核心的一些工作，而這些核心的邏輯功能是不依賴于底層硬件的，所以可以將其獨立出 來，并且導(dǎo)出給底層的硬件處理函數(shù)調(diào)用。在這個文件中還定義了其它幾個回調(diào)函數(shù)，它們由鍵盤驅(qū)動程序中的上層公共部分調(diào)用，并由底層硬件處理函數(shù)實現(xiàn)。比 如kbd_init_hw， kbd_translate, kbd_unexpected_up等等。其中kbd_translate由handle_scancode調(diào)用，負(fù)責(zé)將掃描碼轉(zhuǎn)換成鍵碼；鍵盤驅(qū)動程序 的底層硬件處理部分則根據(jù)不同的硬件有不同的實現(xiàn)。例如PC平臺上標(biāo)準(zhǔn)鍵盤的底層硬件處理函數(shù)都集中在driver/Pc_keyb.c中。這個文件包括 了鍵盤中斷處理函數(shù)keyboard_interrupt，掃描碼到鍵碼轉(zhuǎn)換函數(shù)pckbd_translate等其他一些與底層硬件密切相關(guān)的函數(shù)。

在這種體系結(jié)構(gòu)下，要添加一塊特殊鍵盤到系統(tǒng)中就顯得格外清晰。開發(fā)者只需為其編寫 驅(qū)動程序中的底層硬件處理函數(shù)，就可以將該鍵盤驅(qū)動起來。一般說來，底層硬件處理函數(shù)中最重要的工作就是在鍵盤中斷處理中獲取被按下鍵的掃描碼，并且以它 為參數(shù)調(diào)用handle_scancode，該掃描碼可以自己定義，但它必須唯一地標(biāo)識出被按下鍵在鍵盤上的位置。此外，開發(fā)者還需要提供對應(yīng)的從自定義 掃描碼到鍵碼的轉(zhuǎn)換函數(shù)kbd_translate。具體的鍵碼轉(zhuǎn)換，將目標(biāo)碼放到終端的輸入緩沖區(qū)，以及回顯等工作都由handle_scancode 負(fù)責(zé)完成。在此我們也可以看出，內(nèi)核導(dǎo)出函數(shù)handle_scancode在整個鍵盤驅(qū)動程序中，起著將上層通用抽象層和底層硬件處理層粘和起來的關(guān)鍵 作用。

3 應(yīng)用實例

下面我們將以一個具體的應(yīng)用實例來說明在嵌入式Linux系統(tǒng)中給一個特殊鍵盤編寫驅(qū)動程序的具體過程。

3.1 硬件模塊描述

本 系統(tǒng)的構(gòu)建選用了三星公司的S3C2410開發(fā)板作為硬件平臺。特殊鍵盤的硬件模塊主要由兩個SN74hc164芯片和一個4行16列的矩陣掃描電路構(gòu) 成。SN74hc164是一個8位的串形輸入并形輸出移位寄存器，它的內(nèi)部由8個D觸發(fā)器串聯(lián)而成。其工作原理簡單說來是這樣的，SN74hc164芯片 在時鐘CLK脈沖的上升沿將A，B引腳上的串形輸入在8個時鐘脈沖以后并行輸出到輸出引腳QA到QH。其真值表見圖1所示。

兩 個SN74hc164芯片先串聯(lián)后，將它們的CLK引腳和CLR引腳分別接到S3C2410開發(fā)板的GPB2和GPB4端口上，并且將第一個 SN74hc164芯片的A，B引腳接到開發(fā)板的GPB1端口上，這三個GPIO端口配置成輸出端口。這樣我們就借助于兩個SN74hc164寄存器，實 現(xiàn)了只占用3個GPIO端口，給矩陣掃描電路的16列提供輸入，從而既節(jié)約了成本，又避免了GPIO資源的浪費。但這同時也給鍵盤驅(qū)動程序的實現(xiàn)帶來了一 定的麻煩，驅(qū)動程序首先要將SN74hc164驅(qū)動起來，然后才能對矩陣電路的16列進(jìn)行控制。該矩陣電路的4個行引腳分別被接到S3C2410的 GPG6，GPG7，GPG8，GPG9端口上，并且這四個端口被配置成中斷源。無鍵按下時直接讀為高電位，使用時通過SN74hc164芯片先將鍵盤的 16列置低電位，任何一個鍵被按下，相應(yīng)的行GPG端口就會有從高到低的電壓跳變，從而觸發(fā)一次中斷。

3.2 軟件模塊描述

初 始化部分。這部分包括硬件層和軟件層上的初始化。在本例中，需要先對矩陣電路和SN74hc164芯片所使用到的GPIO端口作配置，以使CPU可以對它 們進(jìn)行控制和訪問。為了要將某個GPIO端口配置成輸入輸出或者是中斷源，需要在對應(yīng)的GPIO控制寄存器中設(shè)置正確的值，具體的值可以通過查閱 S3C2410開發(fā)板手冊來獲得。比如，為了將GPB1設(shè)置成SN74hc164的輸入端，需要將GPBCON這個控制字中2，3兩位設(shè)置成二進(jìn)制的 01，為了將GPG6設(shè)置成電壓低跳變中斷源，需要將GPGCON中12，13兩位設(shè)置成二進(jìn)制的10。在完成了硬件初始化操作以后，就是軟件層上的初始 化了。首先將鍵盤中斷處理函數(shù)注冊到系統(tǒng)，然后設(shè)置好一個定時器結(jié)構(gòu)，以便在中斷發(fā)生時將其掛到內(nèi)核的定時器隊列中去，該定時器將觸發(fā)對鍵盤的掃描操作。 最后通過SN74hc164將矩陣電路的16列置零。

中斷處理部分。如前所述， 這部分軟件應(yīng)該完成的工作就是掃描特殊鍵盤，確定哪個鍵被按下，并且拿到穩(wěn)定的掃描碼，然后調(diào)用內(nèi)核導(dǎo)出函數(shù)handle_scancode。在這個應(yīng)用 中，該特殊鍵盤的布局與PC標(biāo)準(zhǔn)鍵盤的布局比較相似，所以我們直接將PC鍵盤上對應(yīng)鍵的系統(tǒng)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(qū)動程序中掃描碼到鍵碼的轉(zhuǎn)換函數(shù)pckbd_translate作為我們的kbd_translate函數(shù)。

確 定哪一個鍵被按下的算法如下。在中斷到來時，我們已經(jīng)可以根據(jù)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(lián)的兩 個SN74hc164芯片送一個CLR信號，清零，然后送16個1，使得特殊鍵盤的列均為高電位，此時我們在鍵盤的行端口讀到的都是高電位。在16個時鐘 脈沖下，給SN74hc164芯片送入1個0和15個1，使得0在每一列上都唯一出現(xiàn)一次，于此同時在鍵盤行端口進(jìn)行掃描。當(dāng)被按下鍵所在列置0時，其所 在行就會讀到一個低電位。使用這種“走0法”，我們就可以確定出鍵盤上哪個鍵被按下了。但是這種簡單的掃描算法還不夠，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件特性決定）的毛刺抖動存在，如圖2所示，所以為了獲取穩(wěn)定的按鍵信息，必須要想辦法去掉這 種抖動，才能避免將用戶的一次按鍵誤當(dāng)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(dá)時，并不立即去掃描鍵盤，而是先等待一段時間，等跳過 毛刺抖動以后再去掃描鍵盤，其偽代碼如下所示：