ADSP-BF561的嵌入式鍵盤設計方案分析

　1 引言
　　隨著電子信息技術的飛速發(fā)展，信息家電和各式各樣的移動終端得到越來越廣泛的應用。在這些人機交互（ HMI）較頻繁的嵌入式系統(tǒng)中，鍵盤是一種應用昀為廣泛的輸入設備。由于嵌入式系統(tǒng)具有功耗低、體積小、專用性強等特點，因此嵌入式鍵盤常常要求具有特殊的工作方式和特定的驅動設計。
　　本文討論了基于 ADSP-BF561的非編碼矩陣鍵盤的硬件設計，并詳細闡述和分析了鍵盤驅動程序實現(xiàn)中的關鍵問題。ADSP-BF561是 Analog Devices Inc.推出的針對多媒體和通信應用方面的一款高性能 DSP產(chǎn)品，具有快速的數(shù)據(jù)處理能力和豐富的外設接口，已廣泛使用在各種網(wǎng)絡多媒體應用中。
　　該鍵盤設計已應用于一款以 uClinux 2.6和 ADSP-BF561作為軟硬件核心的網(wǎng)絡視頻電話終端產(chǎn)品，在實際應用中表現(xiàn)出較好的穩(wěn)定性和實時性。
　　2 硬件設計方案
　　鍵盤的結構通常有兩種形式：線性鍵盤和矩陣鍵盤。在線性鍵盤中，每個按鍵都和一個 I/O口連接，資源利用率不高，一般只適用于按鍵較少的場合。矩陣鍵盤連接方式利用（N+M）個 I/O口，可以輸入 （N×M）個按鍵開關。根據(jù)矩陣鍵盤識別鍵值方式的不同，又可分為編碼式鍵盤和非編碼鍵盤兩種。
　　本設計采用非編碼矩陣鍵盤實現(xiàn)。鍵盤電路由 5根行線和 6根列線組成，共使用 BF561的 11個 GPIO（General purpose I/O port，通用輸入輸出）口，其接口電路如圖 1所示。
　　
　　圖1鍵盤接口電路圖
　　該矩陣電路的 5個行引腳分別被接到 BF561的 GPIO43-GPIO47端口上，并且這五個端口被配置成輸入口，共用一個中斷源。同時，將 6根列線分別接到 BF561的GPIO37-GPIO42端口上，配置為輸出口。在矩陣鍵盤中，每條水平線和垂直線在交叉處都不直接連通，而是通過一個按鍵加以連接。當按鍵沒有按下時，所有的輸入端都是高電平，代表無鍵按下，由于列線輸出是低電平，一旦有鍵按下，則輸入線（行線）就會被拉低，這樣便可以通過 GPIO口產(chǎn)生中斷，通知處理器有鍵按下。
　　3 鍵盤驅動的實現(xiàn)
　　本設計利用 GPIO口來直接掃描矩陣鍵盤，從而簡化了掃描電路的設計，降低了成本，但鍵盤的消抖、掃描等問題都需由軟件來妥善解決。
　　3.1 按鍵消抖
　　當按鍵被按下或抬起的瞬間，由于觸點的彈性作用，會產(chǎn)生機械抖動，一般持續(xù)幾毫秒到十幾毫秒。這種抖動對于用戶來說是感覺不到的，但嵌入式系統(tǒng)微處理器的運行速度（即便是采用低速晶振）相對于人的手動動作是非常迅速的（處理器的速度是在微秒級，而機械抖動的時間至少是毫秒級的）。因此，有可能只按了一次按鍵，可是處理器卻已執(zhí)行了多次中斷的操作。
　　為了避免將用戶的一次按鍵誤當作幾次按鍵來處理，必須要想辦法去掉這種抖動。本文通過 uClinux提供的定時器機制，利用定時時間取代傳統(tǒng)的忙等方法，提高了系統(tǒng)的性能。當鍵盤上有鍵被按下時，鍵盤中斷處理程序被觸發(fā)，其主要實現(xiàn)流程如下：
　　static void key_enter_irq（int idx， void *id）
　　{
　　關中斷；
　　kbd_Scan_timer.expires = jiffies + 2; //指定定時器到期的時間
　　add_timer（&kbd_Scan_timer）; //將一個 timer_list對象掛入定時器隊列
　　}
　　該定時器對象（kbd_Scan_timer）需在模塊初始化函數(shù)中定義，并指定相應的處理函數(shù)。當定時器到期時，內核就執(zhí)行指定的函數(shù)，完成以下一些工作：掃描鍵盤，得到被按下鍵的掃描碼，查表轉換成相應的鍵值后送入指定緩沖區(qū)中，開中斷并等待應用程序接收。
　　3.2 鍵值掃描
　　在確定有鍵被按下后，即可進入確定具體閉合鍵的過程。驅動程序中采用掃描法實現(xiàn)按鍵的確定。由于行線連接在 GPIO的輸入口，且共用一個中斷輸入口，因此，在中斷到來時，需要確定被按下的鍵在哪一行哪一列。