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S3C44B0X鍵盤的uClinux驅動程序設計
電子設計技術
吳旭 屈萬里
摘要: 用三星公司的嵌入式微處理器S3C44B0X設計的嵌入式開發板大多采用1×4按鍵鍵盤,在移植uClinux到這類開發板上時,必須設計鍵盤驅動程序。1×4鍵盤驅動程序通過修改uClinux源代碼中PC鍵盤的驅動程序得到。
Abstract:
Key words :

  用三星公司的嵌入式微處理器S3C44B0X設計的嵌入式開發板大多采用1×4按鍵鍵盤,在移植uClinux到這類開發板上時,必須設計鍵盤驅動程序。1×4鍵盤驅動程序通過修改uClinux源代碼中PC鍵盤的驅動程序得到。

  根據實際電路,對鍵盤的初始化、鍵盤中斷處理程序進行了處理,用戶可根據需要決定各鍵的掃描碼。此驅動程序利用操作系統計時器解決了鍵盤的抖動問題。1×4鍵盤驅動程序可用于其他類似的嵌入式系統。

  引言

  三星公司的ARM7系列微處理器得到了廣泛使用,其中S3C44B0X是制作手持式設備的良好選擇。目前以S3C44B0X為核心制作的開發板大多采用1×4按鍵鍵盤,其電路簡單,容易實現。在移植uClinux到s3C44B0X開發板時,必須自己設計鍵盤的驅動程序。1×4按鍵鍵盤的驅動程序根據硬件特點,對源代碼中PC鍵盤驅動程序進行修改而得到,并在開發板上成功使用。

  1 uClinux鍵盤驅動程序概述

  在uClinux操作系統中,鍵盤驅動程序與Linux基本相同,其中PC鍵盤驅動程序比較典型。鍵盤是一種字符設備,可以在目錄/drivers/char 中找到驅動程序。PC鍵盤的驅動程序由keyboard.c和pc_keyb.c兩個程序組成。其中:keyboard.c是鍵盤的高層驅動,與硬件不直接相關;pc_keyb.c是鍵盤的底層驅動,與鍵盤硬件直接相關。

  PC鍵盤在uClinux中的工作過程如下:

  在uClinux啟動時初始化鍵盤,相關函數是kbd_init,kbd_init運行時調用pckbd_init_hw函數(初始化的一部分)。初始化鍵盤時,對鍵盤上的LED(發光二極管)也進行初始化。同時,因為PC上鼠標與鍵盤都采用PS2接口,所以驅動程序中還包括鼠標的初始化。

  在使用過程中,鍵盤以中斷形式工作。當按下某個鍵時,就產生一個中斷,使CPU進入鍵盤中斷處理程序keyboard_interrupt。

  keyboard_interrupt運行后,逐個調用下列函數:handle_kbd_event、handle_keyboard_event、do_acknowledge、handle_scancode、pckbd_translate、put_queue,完成后退出keyboard_interrupt 。

  PC鍵盤工作中牽涉的這些函數都在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。

  整個鍵盤中斷處理程序完成的工作是;從鍵盤獲得被按下鍵的掃描碼(scancode),將其轉換成鍵碼(keycode),再轉換成目標碼(多為ASCII碼),最后將目標碼送人控制臺。

  因鍵盤是控制臺的一部分,驅動程序中還有與控制臺相關的函數(如kbd_setkeyeode和kbd_getkeycode),如果處理不好則會導致控制臺不能運行。

  2 按鍵鍵盤驅動程序設計原理

  從PC鍵盤驅動程序原理分析,按鍵式鍵盤驅動程序要完成的工作是:

  a)初始化。

  b)按鍵被按下時產生中斷,啟動中斷控制程序keyboard_interrupt,產生被按下的鍵對應的掃描碼,并轉換成鍵碼、目標碼,送入控制臺。因控制臺需要掃描碼進行處理(例如kbd_setkeycode),必須在中斷程序中首先產生掃描碼,不能直接產生鍵碼或目標碼。

  根據上述原理,只需修改pc_keyb.c程序。不更改keyboard.c,就可以完成驅動程序的設計。具體方法是:

  a)根據按鍵鍵盤具體情況進行初始化,設置好鍵盤中斷,去掉鼠標相關部分。

  b)讓鍵盤中斷程序keyboard_interrupt根據按鍵產生掃描碼,調用handle_scancode完成后面的工作。

  3 S3C44B0X開發板1×4按鍵鍵盤電路

  S3C44B0X開發板采用的1×4鍵盤電路很簡單,就是將PG4、PG5、PG6、PG7引腳各自連到一個按鍵開關,如圖1所示。

  

  圖1 S3C44B0X開發板1×4按鍵鍵盤電路

  S3C44B0X的PG4、PG5、PG6、PG7這4個引腳可設置成共用一個中斷口(中斷號21)的4個外部中斷EINT4、EINT5、EINT6、EINT7,可用EXTINTPND寄存器來區分4個中斷源。這樣按下任何一個鍵就產生一個中斷信號,就是鍵盤中斷信號。

  在uClinux源代碼中已經提供了一個S3C44B0X的開發板——MBA44,因此可以在字符設備驅動程序增加一個mba44_keyb.c(/drivers/char/目錄),并driver/char/Makefile進行適當修改,添加mba44_keyb.c的目標程序進入內核。mba44_keyb.c可通過pc_keyb.c直接修改得到,keyboard.c不用修改。

  mba44_keyb.c中的鍵盤初始化部分kbd_init_hw函數中最關鍵的部分是鍵盤中斷口的初始化,在這里是irq21。可用pckbd_init_hw進行簡化,去掉按鍵鍵盤無關部分得到。

  鍵盤中斷處理程序也可從PC鍵盤的相關部分簡化得到。按鍵鍵盤電路沒有LED,要去掉LED相關部分。最關鍵的部分是獲得每個鍵的掃描碼,可以用EXTINTPND寄存器區分4個按鍵,對每個按鍵提供一個掃描碼(scancode),并將掃描碼送入handle_scancode函數處理。注意在分清4個按鍵后,要向EXTINTPND寄存器中寫入0xf清零,還要將中斷懸掛指示寄存器INTPND的相應位清零,以免中斷處理程序死循環。

  在mba44_keyb.c中注意要有pckbd_translate、kbd_setkeycode、kbd_getkeycode等幾個函數,其他函數(例如do_acknowledge等)都可不要。

  在驅動程序mba44_keyb.c設計的同時,應注意修改相關的頭文件(例如keyboard.h)。

  5 按鍵鍵盤去抖動

  1×4按鍵鍵盤的去抖動采用了一個較簡單的方法。因為4個按鍵都接著中斷口,所以抖動表現為一次按鍵、多次中斷,且幾個中斷間隔時間很短。去抖動方法就是對短時間內(例如1s)的多次鍵盤中斷只對第1次全部處理,后面的幾次不產生掃描碼,也不調用handle_scancode,只簡單地對EXTINTPND寄存器和INTPND寄存器的相應位清零后就退出中斷。

  程序的實現方法是:定義一個全局變量(unsigned long),在初始化時賦值為0;鍵盤中斷產生時首先讀取系統的jiffies值,與這個全局變量相減,若差值大于HZ(一般為100),則這個全局變量賦值為剛讀取的jiffies值,并實現全部中斷程序;若差值小于HZ,就表示是一次抖動,如上所述簡單清零后退出中斷。這里jiffies值是系統定時器的時鐘數,HZ是1s內的時鐘數,在系統中都有定義。

  6 結束語

  S3C44B0X開發板1×4按鍵鍵盤的uClinux驅動程序具有普遍性,其他種類的嵌入式系統也可采用類似的方法,用類似的驅動程序使用按鍵鍵盤。此驅動程序經過修改,可以驅動更復雜的鍵盤,例如矩陣式鍵盤等。

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