S3C44B0X按键键盘的uClinux驱动程序设计

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 者：吴旭 屈万里 来源： 日期：2007-08-10 点击：354
 

摘要：用三星公司的嵌入式微处理器S3C44B0X设计的嵌入式开发板大多采用1×4按键键盘，在移植uClinux到这类开发板上时，必须设计键盘驱动程序。1×4键盘驱动程序通过修改uClinux源代码中PC键盘的驱动程序得到。根据实际电路，对键盘的初始化、键盘中断处理程序进行了处理，用户可根据需要决定各键的扫描码。此驱动程序利用操作系统计时器解决了键盘的抖动问题。1×4键盘驱动程序可用于其他类似的嵌入式系统。

0 引言
  三星公司的ARM7系列微处理器得到了广泛使用，其中S3C44B0X是制作手持式设备的良好选择。目前以S3C44B0X为核心制作的开发板大多采用1×4按键键盘，其电路简单，容易实现。在移植uClinux到s3C44B0X开发板时，必须自己设计键盘的驱动程序。1×4按键键盘的驱动程序根据硬件特点，对源代码中PC键盘驱动程序进行修改而得到，并在开发板上成功使用。

1 uClinux键盘驱动程序概述
  在uClinux操作系统中，键盘驱动程序与Linux基本相同，其中PC键盘驱动程序比较典型。键盘是一种字符设备，可以在目录/drivers/char 中找到驱动程序。PC键盘的驱动程序由keyboard.c和pc_keyb.c两个程序组成。其中：keyboard.c是键盘的高层驱动，与硬件不直接相关；pc_keyb.c是键盘的底层驱动，与键盘硬件直接相关。
PC键盘在uClinux中的工作过程如下：
在uClinux启动时初始化键盘，相关函数是kbd_init，kbd_init运行时调用pckbd_init_hw函数(初始化的一部分)。初始化键盘时，对键盘上的LED(发光二极管)也进行初始化。同时，因为PC上鼠标与键盘都采用PS2接口，所以驱动程序中还包括鼠标的初始化。
在使用过程中，键盘以中断形式工作。当按下某个键时，就产生一个中断，使CPU进入键盘中断处理程序keyboard_interrupt。
keyboard_interrupt运行后，逐个调用下列函数：handle_kbd_event、handle_keyboard_event、do_acknowledge、handle_scancode、pckbd_translate、put_queue，完成后退出keyboard_interrupt 。

  PC键盘工作中牵涉的这些函数都在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。
  整个键盘中断处理程序完成的工作是；从键盘获得被按下键的扫描码(scancode)，将其转换成键码(keycode)，再转换成目标码(多为ASCII码)，最后将目标码送人控制台。
  因键盘是控制台的一部分，驱动程序中还有与控制台相关的函数(如kbd_setkeyeode和kbd_getkeycode)，如果处理不好则会导致控制台不能运行。

2 按键键盘驱动程序设计原理
  从PC键盘驱动程序原理分析，按键式键盘驱动程序要完成的工作是：
a)初始化。
b)按键被按下时产生中断，启动中断控制程序keyboard_interrupt，产生被按下的键对应的扫描码，并转换成键码、目标码，送入控制台。因控制台需要扫描码进行处理(例如kbd_setkeycode)，必须在中断程序中首先产生扫描码，不能直接产生键码或目标码。
  根据上述原理，只需修改pc_keyb.c程序。不更改keyboard.c，就可以完成驱动程序的设计。具体方法是：
a)根据按键键盘具体情况进行初始化，设置好键盘中断，去掉鼠标相关部分。
b)让键盘中断程序keyboard_interrupt根据按键产生扫描码，调用handle_scancode完成后面的工作。

3 S3C44B0X开发板1×4按键键盘电路
  S3C44B0X开发板采用的1×4键盘电路很简单，就是将PG4、PG5、PG6、PG7引脚各自连到一个按键开关，如图1所示。
 
图1 S3C44B0X开发板1×4按键键盘电路
  S3C44B0X的PG4、PG5、PG6、PG7这4个引脚可设置成共用一个中断口(中断号21)的4个外部中断EINT4、EINT5、EINT6、EINT7，可用EXTINTPND寄存器来区分4个中断源。这样按下任何一个键就产生一个中断信号，就是键盘中断信号。

4 S3C44B0X开发板1×4按键键盘驱动程序设计
  在uClinux源代码中已经提供了一个S3C44B0X的开发板——MBA44，因此可以在字符设备驱动程序增加一个mba44_keyb.c(/drivers/char/目录)，并driver/char/Makefile进行适当修改，添加mba44_keyb.c的目标程序进入内核。mba44_keyb.c可通过pc_keyb.c直接修改得到，keyboard.c不用修改。
  mba44_keyb.c中的键盘初始化部分kbd_init_hw函数中最关键的部分是键盘中断口的初始化，在这里是irq21。可用pckbd_init_hw进行简化，去掉按键键盘无关部分得到。
  键盘中断处理程序也可从PC键盘的相关部分简化得到。按键键盘电路没有LED，要去掉LED相关部分。最关键的部分是获得每个键的扫描码，可以用EXTINTPND寄存器区分4个按键，对每个按键提供一个扫描码(scancode)，并将扫描码送入handle_scancode函数处理。注意在分清4个按键后，要向EXTINTPND寄存器中写入0xf清零，还要将中断悬挂指示寄存器INTPND的相应位清零，以免中断处理程序死循环。
  在mba44_keyb.c中注意要有pckbd_translate、kbd_setkeycode、kbd_getkeycode等几个函数，其他函数(例如do_acknowledge等)都可不要。
  在驱动程序mba44_keyb.c设计的同时，应注意修改相关的头文件(例如keyboard.h)。

5 按键键盘去抖动
  1×4按键键盘的去抖动采用了一个较简单的方法。因为4个按键都接着中断口，所以抖动表现为一次按键、多次中断，且几个中断间隔时间很短。去抖动方法就是对短时间内(例如1s)的多次键盘中断只对第1次全部处理，后面的几次不产生扫描码，也不调用handle_scancode，只简单地对EXTINTPND寄存器和INTPND寄存器的相应位清零后就退出中断。
  程序的实现方法是：定义一个全局变量(unsigned long)，在初始化时赋值为0；键盘中断产生时首先读取系统的jiffies值，与这个全局变量相减，若差值大于HZ(一般为100)，则这个全局变量赋值为刚读取的jiffies值，并实现全部中断程序；若差值小于HZ，就表示是一次抖动，如上所述简单清零后退出中断。这里jiffies值是系统定时器的时钟数，HZ是1s内的时钟数，在系统中都有定义。

6 结束语
  S3C44B0X开发板1×4按键键盘的uClinux驱动程序具有普遍性，其他种类的嵌入式系统也可采用类似的方法，用类似的驱动程序使用按键键盘。此驱动程序经过修改，可以驱动更复杂的键盘，例如矩阵式键盘等。