基于嵌入式Linux的矩阵键盘驱动程序研究与开发

摘 要：主要介绍基于嵌入式Linux的矩阵键盘驱动程序设计的方法，硬件平台基于TI提供的OMA：P5912构建的嵌入式语音识别系统，充分利用0MAP5912的外围硬件资源，矩阵键盘作为平台设备和输入设备，利用Linux内核提供的输入子系统。输入子系统为输入设备驱动开发提供了良好的接口，提高了驱动程序的开发效率。驱动开发完成后，在MiniGui和Qtopia下测试，结果证明驱动程序工作高效、稳定。
关键词：矩阵键盘；嵌入式Linux；OMAP5912；设备驱动

O 引 言
随着以计算机技术、通信技术和软件技术为核心的信息技术的发展，嵌入式系统在各个行业中得到了广泛的应用。嵌入式系统已成为当今IT行业的焦点之一。而在嵌入式系统中，键盘是重要的人机交互设备之一。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，是在标准Linux基础上针对嵌入式系统进行优化和裁剪后形成的，因此具有Linux的基本性质。在此提出的矩阵键盘驱动程序的设计方案是以嵌入式Linux和TIOMAP5912处理器为软硬件平台的，在设计的嵌入式语音识别应用平台中，通过测试，表明其具有良好的稳定性和实时性。

l 硬件原理
OMAP5912处理器是由TI应用最为广泛的TMS320C55X DSP内核与低功耗、增强型ARM926EJ―S微处理器组成的双核应用处理器。用这样一种组合方式将2个处理器整合在1个芯片后，开发人员可以根据实际情况，利用DSP运行复杂度较高的数字信号处理任务，利用ARM运行通信、控制和人机接口方面的任务，从而使便携式设备在保持良好人机交互环境的基础上，有效地降低功耗。在外设方面，OMAP5912微处理器支持常用的各种接口，其中通过MPUIO接口最多可支持8×8的矩阵键盘，系统中采用这个接口扩展了一个4×5的矩阵键盘。其硬件连接示意图如图1所示，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MPUIO口造成冲击。

按照键盘的构造方式人们把键盘划分为线性键盘和矩阵键盘。其中，线性键盘是指每个按键都占用嵌入式处理器的1个I／O端口，并通过这个I／O端口实现人机交互，各个按键之间互不影响。使用这种方案的优点是简单、可靠，但是线性键盘对I／O端口的占用量很大。因此，嵌入式系统中很少采用这种方法。
另外一种矩阵键盘是指当按键数量过多时，采用矩阵的排列方法，将按键设计成n行m列的矩阵形式。其中，每个按键占用行和列的1个交叉点，并且以行和列为单位引出信号线。这样只需要占用n+m个I／O端口，却可以驱动n×m个按键，大大节省了对嵌入式处理器I／O端口的占用，节省了宝贵的资源。矩阵键盘在减少嵌入式处理器I／O端口占用的问题上做出了很大的贡献，但随之而来的问题是如何确定矩阵中按键的位置，这里采用列扫描法，其思路如下：
在键盘初始化阶段，所有的列信号(KBC)都被设置输出为低电平。如果矩阵键盘中的1个按键按下，则相应的行信号和列信号线短路，行信号线(KBR)输入由高电平变为低电平，产生1个中断，然后在驱动的中断服务程序中按照表1中的序列逐列扫描列信号，读取行信号的状态，根据读回来的行信号状态就可以判断有那些按键按下。
另外，键盘驱动必须解决的一个问题是键盘的抖动。在按键按下和抬起的过程中，电压信号会出现很多毛刺，这主要是由于机械按键的弹性作用引起的。尽管触点看起来非常稳定，而且快速地闭合，但相对于嵌入式处理器的运行速度来说，这种动作是比较慢的。这种脉冲在某些按键功能设计时，如果处理不当可能会带来灾难性的后果。所以必须对按键信号进行防抖检测。按键防抖检测的核心思想是在嵌入式处理器的几个时钟周期内，通过对按键信号进行多次访问，查看电平状态是否保存一致。如果保持一致，则说明按键状态已经稳定；否则，说明之前检测到的按键信号是抖动信号或外界信号干扰，系统将不会对其进行任何处理。