隨著以計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)和軟件技術(shù)為核心的信息技術(shù)的發(fā)展，嵌入式系統(tǒng)在各個行業(yè)中得到了廣泛的應(yīng)用。嵌入式系統(tǒng)已成為當(dāng)今IT行業(yè)的焦點(diǎn)之一。而在嵌入式系統(tǒng)中，鍵盤是重要的人機(jī)交互設(shè)備之一。嵌入式Linux是一種開放源碼、軟實(shí)時、多任務(wù)的操作系統(tǒng)，是開發(fā)嵌入式產(chǎn)品的優(yōu)秀操作系統(tǒng)平臺，是在標(biāo)準(zhǔn)Linux基礎(chǔ)上針對嵌入式系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化和裁剪后形成的，因此具有Linux的基本性質(zhì)。在此提出的矩陣鍵盤驅(qū)動程序的設(shè)計(jì)方案是以嵌入式Linux和TIOMAP5912處理器為軟硬件平臺的，在設(shè)計(jì)的嵌入式語音識別應(yīng)用平臺中，通過測試，表明其具有良好的穩(wěn)定性和實(shí)時性。
l 硬件原理
OMAP5912處理器是由TI應(yīng)用最為廣泛的TMS320C55X DSP內(nèi)核與低功耗、增強(qiáng)型ARM926EJ—S微處理器組成的雙核應(yīng)用處理器。用這樣一種組合方式將2個處理器整合在1個芯片后，開發(fā)人員可以根據(jù)實(shí)際情況，利用DSP運(yùn)行復(fù)雜度較高的數(shù)字信號處理任務(wù)，利用ARM運(yùn)行通信、控制和人機(jī)接口方面的任務(wù)，從而使便攜式設(shè)備在保持良好人機(jī)交互環(huán)境的基礎(chǔ)上，有效地降低功耗。在外設(shè)方面，OMAP5912微處理器支持常用的各種接口，其中通過MPUIO接口最多可支持8×8的矩陣鍵盤，系統(tǒng)中采用這個接口擴(kuò)展了一個4×5的矩陣鍵盤。其硬件連接示意圖如圖1所示，其中按鍵行陣列必須提供上拉信號，列陣列加二極管，防止瞬間電流過大對MPUIO口造成沖擊。
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按照鍵盤的構(gòu)造方式人們把鍵盤劃分為線性鍵盤和矩陣鍵盤。其中，線性鍵盤是指每個按鍵都占用嵌入式處理器的1個I／O端口，并通過這個I／O端口實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互，各個按鍵之間互不影響。使用這種方案的優(yōu)點(diǎn)是簡單、可靠，但是線性鍵盤對I／O端口的占用量很大。因此，嵌入式系統(tǒng)中很少采用這種方法。
另外一種矩陣鍵盤是指當(dāng)按鍵數(shù)量過多時，采用矩陣的排列方法，將按鍵設(shè)計(jì)成n行m列的矩陣形式。其中，每個按鍵占用行和列的1個交叉點(diǎn)，并且以行和列為單位引出信號線。這樣只需要占用n m個I／O端口，卻可以驅(qū)動n×m個按鍵，大大節(jié)省了對嵌入式處理器I／O端口的占用，節(jié)省了寶貴的資源。矩陣鍵盤在減少嵌入式處理器I／O端口占用的問題上做出了很大的貢獻(xiàn)，但隨之而來的問題是如何確定矩陣中按鍵的位置，這里采用列掃描法，其思路如下：
在鍵盤初始化階段，所有的列信號(KBC)都被設(shè)置輸出為低電平。如果矩陣鍵盤中的1個按鍵按下，則相應(yīng)的行信號和列信號線短路，行信號線(KBR)輸入由高電平變?yōu)榈碗娖剑a(chǎn)生1個中斷，然后在驅(qū)動的中斷服務(wù)程序中按照表1中的序列逐列掃描列信號，讀取行信號的狀態(tài)，根據(jù)讀回來的行信號狀態(tài)就可以判斷有那些按鍵按下。
另外，鍵盤驅(qū)動必須解決的一個問題是鍵盤的抖動。在按鍵按下和抬起的過程中，電壓信號會出現(xiàn)很多毛刺，這主要是由于機(jī)械按鍵的彈性作用引起的。盡管觸點(diǎn)看起來非常穩(wěn)定，而且快速地閉合，但相對于嵌入式處理器的運(yùn)行速度來說，這種動作是比較慢的。這種脈沖在某些按鍵功能設(shè)計(jì)時，如果處理不當(dāng)可能會帶來災(zāi)難性的后果。所以必須對按鍵信號進(jìn)行防抖檢測。按鍵防抖檢測的核心思想是在嵌入式處理器的幾個時鐘周期內(nèi)，通過對按鍵信號進(jìn)行多次訪問，查看電平狀態(tài)是否保存一致。如果保持一致，則說明按鍵狀態(tài)已經(jīng)穩(wěn)定；否則，說明之前檢測到的按鍵信號是抖動信號或外界信號干擾，系統(tǒng)將不會對其進(jìn)行任何處理。
2 嵌入式Linux設(shè)備驅(qū)動程序
在Linux內(nèi)核源代碼中，各種驅(qū)動程序的代碼量占據(jù)了整個Linux代碼的85％。可見，Linux設(shè)備驅(qū)動在整個操作系統(tǒng)中起著舉足輕重的作用。設(shè)備驅(qū)動是操作系統(tǒng)內(nèi)核和機(jī)器硬件之間的接口，它們控制著設(shè)備的操作動作，并且提供了一組API接口給應(yīng)用程序，使得應(yīng)用程序能夠與這個設(shè)備互動。而且，設(shè)備驅(qū)動為應(yīng)用程序屏蔽了硬件的細(xì)節(jié)，在應(yīng)用程序看來，硬件設(shè)備只是1個設(shè)備文件，應(yīng)用程序就可以像操作普通文件一樣對硬件設(shè)備進(jìn)行操作。在Linux操作系統(tǒng)中，通常將外圍設(shè)備分為3種類型：字符設(shè)備、塊設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。
而在Linux操作系統(tǒng)中，還有一類設(shè)備被定義為“平臺設(shè)備”，通常So(System on Chip)系統(tǒng)中集成的獨(dú)立的外設(shè)單元都被當(dāng)作平臺設(shè)備來處理，這里把4×5的矩陣鍵盤也定義為平臺設(shè)備。所謂的“平臺設(shè)備”并不是與字符設(shè)備、塊設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備并列的概念，而是Linux系統(tǒng)提供的一種附加手段，例如，鍵盤驅(qū)動，它本身是字符設(shè)備，但也將其歸納為平臺設(shè)備。
另外，鍵盤又屬于輸入設(shè)備，Linux內(nèi)核提供了輸入子系統(tǒng)，如鍵盤、觸摸屏、鼠標(biāo)等輸入設(shè)備都可以利用輸入子系統(tǒng)的接口函數(shù)來實(shí)現(xiàn)設(shè)備驅(qū)動。輸入子系統(tǒng)由核心層(Input Core)、驅(qū)動層和事件處理層(EventHandler)三部分組成。在Linux內(nèi)核中，使用輸入子系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)輸入設(shè)備驅(qū)動的時候，驅(qū)動的核心工作是向系統(tǒng)報告按鍵、觸摸屏、鼠標(biāo)等輸入事件。而不再需要關(guān)心文件操作接口，因?yàn)檩斎胱酉到y(tǒng)已經(jīng)完成了文件操作接口。通過輸入子系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)輸入設(shè)備驅(qū)動時只需要完成以下工作：
(1)在模塊加載函數(shù)中告知輸入子系統(tǒng)輸入設(shè)備可以報告的事件。例如，可通過_set_bit(EV_KEY，input_dex，一