基于Murphypinyin的嵌入式键盘设计

引 言

随着嵌入式系统的飞速发展，在嵌入式手持设备中，人机交互设备是与用户接触最多的部分，最能够直接快速地体现出该设备的性能。所以，是否有一个友好的、快速的、可靠的人机交互设备已经成为衡量一款手持设备的重要指标。在嵌入式人机交互设备中，键盘由于其具有很高的准确性和可靠性，能够适应各种恶劣的工作环境，并且具有很长的使用寿命，而得到广泛应用。

本文根据手持终端的特点，设计出一款矩阵键盘，并在Linux平台下开发出键盘的驱动程序。采用Qt／Embedded构建图形界面，通过对Qt／Embedded自带输入法的分析，结合Murphpinyin中文输入法软件包，构建了一款可输入数字、中／英文的嵌入式键盘。

1 硬件设计

本系统的硬件部分主要是一个4列5行的矩阵键盘，如图1所示。其中列线COL0～COL3使用了S3C2440的4个中断引脚--EINT10、ENIT13、EINT15、EINT20，并且每根列线都有一个4.7 kΩ的上拉电路，把中断引脚电平拉高，确保按键空闲时不会触发中断；行线ROW0～ROW4使用的是S3C2440的5个普通I／O口--GPE11、 GPE13、GPG3、GPG6、GPG11。这里需要注意的问题是，一定要确保列线所用的中断在Linux的各个设备中尚未使用到，否则在后面的驱动程序中将会造成驱动程序初始化失败。

考虑到手持终端操作的方便性，将所有的按键进行重新布局，如图2所示。为了延长手持设备的使用寿命、提高可靠性，增加了电源按键Power。另外，考虑到手持设备的低功耗要求，增加了背光控制按钮Back-Light，通过控制LCD_PWREN引脚的高低电平，控制LCD背光的开关。其中电源按键 Power、背光控制按键BackLight为单独按键，直接与S3C2440的中断引脚相连。本文重点对矩阵键盘做详细介绍，电源按键和背光控制按键的处理机制与矩阵键盘类似，这里不再做介绍。

2 软件设计

2.1 矩阵键盘的Linux驱动程序设计

矩阵键盘是作为Linux的一个字符设备注册到系统中的。为了降低对系统资源的损耗，采用中断处理函数对按键做处理；同时考虑到按键的抖动问题，采用定时器来消除抖动。

该驱动程序的流程如图3所示。首先，使用S3C2440_Kb_init()函数将键盘作为一个字符设备进行注册，初始化行线引脚为：输出、非上拉，并将所有行输出置为低电平；注册该键盘设备。初始化列线所连接的中断引脚为：输入、下降沿触发中断，并建立中断与中断处理函数Key_interrupt()的连接。

当有按键按下后，由于所有的行为低电平，必然有一行和一列线导通，从而将相应的列线拉低，触发中断。然后，中断处理函数Key_interrupt()记录相应的中断号码，由于按键存在抖动，单凭一次中断的触发就判定相应的按键按下很不可靠，所以在中断触发后开启定时器kb_timer对按键状态再次进行判定。

上层应用程序使用S3C2440_Kb_open()打开键盘设备，开启列线中断，初始化定时器。当中断触发后，开启定时器，定时器定时时间到后，触发定时器中断kb_timer_handler()。kb_timer_handler()首先会调用键盘扫描函数 Scan_keyboard()扫描按键状态，Scan_keyboard()流程如图4所示。如果经过3次键盘扫描，每次都扫描到相同的按键值被按下，则证明确实有按键被按下，Scan_keyboard()函数返回：KEYDOWN。如果按本次按键值与上一次按键值不同，则保存本次按键值到循环队列，这样可以不保存重复数据到缓冲队列。如果连续10次扫描到按键的状态都不为KEY_DOWN，则证明按键已经弹起，关闭定时器kb_timer。

S3C2440_Kb_read()函数负责从循环队列中读取按键值反馈给上层应用程序。

2.2 Qt／Embedded的键盘映射

Qt／Embedded是Trolltech公司针对采用嵌人式Linux的电子设备开发的综合应用平台。Qt／Embedded包含完整的应用层、灵活的用户界面、窗口操作系统、应用程序以及开发框架。

Qt／Embedded 本身提供了对按键的支持，它在文件qkeyboard_qws．cpp中提供了一个QWSKeyboardHandler类来处理按键事件。本系统创建了 QWSKeyboardHandler类的一个子类QWSKEYMATRIXHandler。在QWSKEYMATRIXHandler类的构造函数中，通过open()函数打开矩阵键盘key_matrix，通过对打开的键盘设备创建一个QscoketNotifer来监控按键设备，通过信号与槽机制，建立该QscoketNotifer与读键盘函数ReadKeyboardData()的连接，当key_matrix被激活时，就会触发读键盘函数 ReadKeyboardData()。代码如下：

notifier=new QSocketNotifier(key_matrix，QSock-etNotifier：：Read，this)；
connect(notifier，SIGNAL(activated(int))，this，SLOT(ReadKeyboardData()))；

在读键盘函数ReadKeyboardData()中，调用矩