实现了多键齐按和重复按键的嵌入式系统键盘驱动设计

1、精选优质文档-倾情为你奉上实现了多键齐按和重复按键的嵌入式系统键盘驱动设计1 键盘驱动程序的设计随着电子信息技术飞速发展，嵌入式系统构成的各种设备得到了广泛的应用， 嵌入式 Linux是一种开放源码、 软实时、 多任务的操作系统，是开发嵌入式产品的优秀操作系统平台，其中键盘是人机界面中人类监控计算机重要数据输入设备。实现键盘有两种方法：一种是采用现有的一些芯片实现键盘扫描;二是用软件实现键盘扫描。目前许多芯片可用来实现键盘扫描，但是键盘扫描的软件实现方法有助于缩减系统的重复开发成本， 而只需很少的 CPU 开销。嵌入式控制器的功能很强，可以充分利用这一资源。本课题提出的键盘方案是以嵌入式 Li

2、nux和 PXA255为软硬件平台， 通过测试，表明其具有良好的稳定性和实时性。2 矩阵式键盘的结构与工作原理本课题采用矩阵键盘， 如图 1所示。四根行线四根列线组成 4 *4矩阵键盘， 分别用 CPU 的 4个 GPIO口。当有键按下，某个列 GPI O 口电平被下拉从而产生下降沿， 触发中断。其中按键行阵列必须提供上拉信号，列阵列加二极管，防止瞬间电流过大对 GPI O口造成冲击。图 1 矩阵键盘原理图。3 Linux键盘驱动简介在 Linux中， 键盘驱动被划分成两层来实现。上层是一个通用键盘抽象层， 下层则是硬件处理层， 主要对硬件进行直接的操作。键盘驱动程序上层公共部分在 drive

3、r /keyboard 。 c里。文件中最重要的是内核用 EXPORT _SYM BOL这个宏导出的 handle_scancode函数 。在这个文件中还定义了其它的几个回调函数，它们由键盘驱动程序中上层公共部分调用， 并且由底层硬件处理函数实现。键盘驱动程序的底层硬件处理部分则根据不同硬件有不同实现。4 键盘驱动程序的实现4.1 宏定义 module init和 module exit通过宏定义 module init和module exit可以看出，驱动程序的入口从 kd_ctrl_init（ ）开始。当内核模块加载的时候， 默认调用 module_ i nit（ kd_c trl_ini

4、t） ，在 kd_ctr l_ i nit（ ）中将完成一些初始化工作， 主要如下：（ 1） 把 GPI O 口的起始虚拟地址映射到 GPI O _BASE _PHY （ 0x1000b000），数据长度为 0x400 ：GPI O _ BASE = （ i nt） ioremap （ GPI O _ BASE _ P HY，0x400）;（ 2） 利用 request_ irq函数将外设的中断服务例程挂载到外部中断处理程序中。本系统中利用 request_irq函数分别为 4个列 GPI O口申请中断资源， 分别占用了中断号 1 、2 、3、 4 。其中 i是中断号; kd_ctr l_ir

5、q是 UCB1400的中断处理程序， kd_ctr l代表键盘设备名， MAGIC _DEVID是申请时告诉系统设备标志， 用于共享中断线。返回值为 0表示申请成功。（ 3） 通过函数 m isc_reg ister注册一个键盘设备， 并分配主设备号和从设备号， 初始化一个环形队列以及定义一个键盘控制的数据结构。其中包括键值、键的状态和长按标志。应用程序对设备驱动的调用实际是对相应设备文件进行操作， 利用 mknod命令将此节点与对应设备建立联系。（ 4） 通过 init_ w a it queue_head（ sa ts 。 read _ w a it）初始化读信号量。4.2 打开键盘设备应

6、用程序打开设备文件时， 会调用驱动中的 OPEN 函数， 此函数会对键盘所用到的行列 GPI O 口进行配置。打开的设备在内 核中通过 file结 构进行标识， 内核 使用 fileopreaTI on ，通过上面的结构中设备文件操作结构的映射， 来调用驱动中的 kd_c trl_open。接下来要做的是：（ 1） 通过 se m a_ i n it（ kdc- irq_w ait ， 0）初始化在后面用来唤醒后台线程的信号量。（ 2） 调用初始化函数 i n it_pxa_kdc（ ）来初始化 GPI O口，具体是把 行！的 GPI O 口设为输出模式并设定值为 0 ， 把列！GPIO口设为

7、中断模式，下降沿有效。如下所示：re t = se t_kdc_gp i o（ KDC_ROW _PINS ， 1 ， PI NS_MODE _OUT ， 0） ;ret = set_kdc_gp i o （ KDC _COL _PI NS ， 1 ， PI NS _ MODE _FALLI NG_I NTTERUPT ， 0）;（ 3） 以严格的串行方式执行任务的效率并不高， 如果把它们放在后台调度，不管是对它们的函数还是对终端用户进程都能得到较好的响应。所以初始化 GPIO口后，开启一个内核线程 kd_ctrl_thread专门用于处理键盘事件， 其实也就是向系统申请了软硬件资源。为了确保

8、在该线程创建完成，使用 co m pleTI on ，在 Linux内核中， co m pleTIon是一种简单的同步机制，利用 co m pleTI on机制可以使两个任务同步。我们利用 i n it_comp l e ti on（ kdc- i n it_ex it）动态初始化一个线程创建信号量 i n it_ex it ， 以及用 wa it_fo r_co m pleti on （ kdc- i n it_ex it）来等待进程创建完成， 然后在进程创建结束后通过co m plete（ kdc- i nit_ex it）确定事件已经完成即后台线程创建成功， 继续执行函数 w ait_

9、for_ comp l e ti on之后的任务。通过 ret = kerne l_t h read（ kd_c trl_ t hread ， kdc ， CLONE_FS |CLONE_FILES）创建后台线程。4.3等待键盘事件后台线程一旦创建和初始化完成， 就会进入一个无条件的 for循 环， 通 过 set _ task _ state （ tsk ， TASK _ INTERRUPTIBLE） 将此线程推入可中断睡眠的队列，调用 schedule ti m eou t （H Z/100）来实现 15毫秒的进程挂起。此时让出 CPU，直到中断事件来临或睡眠超过规定时间后再重新执行。线程

10、一旦被唤醒即按照顺序先利用 set_kdc_gp io （ KDC _COL_PI NS ， 1 ， PI NS _MODE _ENABLEI NTERRUPT， 0） 使 所有列GPI O 口中断， 接着调用 down _ i nterrupti b l e （ kdc- irq _wa it）： 该函数的作用是获得信号量 irq_wa it ， 把 irq_ w a i t的值减掉 1 ， 如果信号量 irq_wa it的值非负， 就直接返回，如果获取失败键盘线程将以 TASK_I NTERRUPTIBLE状态进入可中断睡眠，直到下次键盘事件利用信号量 irq_ w a it唤醒此线程才能

11、继续运行。因此，驱动程序在没有按键按下时将阻塞自己的执行，不消耗任何的 CPU资源。4.4 键盘事件发生一旦有按键事件发生也就是产生一个中断， 则进入中断处理程序 kd_ctr l _ irq（ ）， 在这个函数中所做的工作如图 2。图 2 中断处理程序 kd_ ctrl_irq（ ）唤醒后台线程后，把列 GPI O口中断禁止， 随即调用 kd_ctrl_event（ ）进行处理键盘事件。其中又调用 pxa _kdc _scan（ ）进行键值的扫描： 设定 4 1 4小键盘的所有行 GPI O 口为输出状态，并设定它的值为 1 ，而所有列 GPIO口作为输入状态，然后采用逐行扫描的方法， 依次

12、去读取四根列 GPI O 口状态，如果某列 GPIO 口电平为低， 就表示此行此列有键按下，根据行号和列号从对应的二维数组 （也就是键值映射表 ）中找到该键 的键值。具体 实现方法 为： 先设第 一行（ GPI O7）为 0 ， 扫描列的值 （ GPI O3 、 GPI O2 、GPI O1、 GPI O0），如果其中一个列的值为 0 ， 比如 GPI O3 ， 则按下的键是 Key _5。扫描完列后，把第一行设为 1。第二行设为 0 ， 再次扫描所有列的值。扫描结 束后， 设 定所有 行 （ GPI O7 、GPI O6 、GPI O5 、 GPI O4）的值为 0 ， 并且再次恢复所有列为

13、中断方式，设定下降沿有效。最后返回的是代表按键是否按下的参数pressure值。得到此值以后，调用 stati c i n line vo i d kd_c trl_ev t_add（ struc t kd_ctrl* kdc ， u8 pressure ， u8 keyva l ue ）函数把所得值保存在对应的结构中，并将其添加到事件队列中， 最后调用 w ake_up_ i nterrupti ble（ kdc- read _ w a it）利用信号量 read_ w a it通知 read程序到缓冲区读取新数据。4.5应用程序读取键盘数据由于用户程序需要不断轮询设备，以查询是否有数据读取

14、， 如果程序不处于休眠状态， 则将会占用很多 CPU 的资源。因此当没有触摸数据时， 就阻塞此任务。此时用户空间则需要和内核同步， 代码会需要睡眠， 使用信号量是唯一的选择， 并且它适用于锁会被长时间持有的情况。如果有一个任务试图获得一个已经被占用的信号量时，信号量会先将其中推进一个等待队列， 然后让其睡眠。这时 CPU 能重获自由， 从而可以执行其他代码。当持有信号量的进程将信号量释放时， 处于等待队列中的那个任务将会被唤醒， 并获得该信号量。等待队列是由等待某些事件发生的进程组成的简单链表。内核用 w ake_queue_head_t来表示等待队列。等待队列可通过 DECLARE _WAI TQUEUE （ ）静态创建。一旦上层用户程序进行读