基于Windows CE的7×3手机键盘驱动实现

                                 图1 矩阵键盘原理图

3. 键盘接口I/O信号描述

KP_MKIN<7:0>信号为来自矩阵键盘的输入信号和矩阵行所读取的信号。

KP_MKOUT<7:0>为矩阵键盘的输出信号。这个键盘接口发射扫描信号到矩阵键盘的每一列，并检查是否有键被按下。[page]

4. 矩阵键盘驱动程序模型

分层驱动程序由两个独立的层组成：上层是模型设备驱动程序（ＭＤＤ），映射扫描码到虚拟键的编码上，产生与虚拟键编码相关的字符，然后打包键盘信息，并且将此信息输入到系统信息队列中；下层是依赖平台的驱动程序（ＰＤＤ），它将从硬件重新获得扫描码。设备驱动程序服务器提供的接口（ＤＤＳＩ）是在ＰＤＤ中实现的函数集，并由ＭＤＤ调用。由于微软提供了所有与ＭＤＤ模块相关的源代码，所以对这部分不用做任何改动，只需将自己的ＰＤＤ模块与ＭＤＤ模块链结成一个公用库即可。下图2是矩阵键盘驱动程序分层结构模型[2]、[3]：

图2矩阵键盘驱动程序分层结构模型

DDI函数在MDD层实现，由用户应用程序通过GWES子系统调用，键盘驱动的DDI函数有[4]：KeybdDriverGetInfo、 KeybdDriverSetMode、KeybdDriverPowerHandler、KeybdDriverInitializeEx、 KeybdDriverInitStates、KeybdDriverVKeyToUnicode、KeybdDriverMapVirtualKey。

DDSI函数在PDD层实现，由MDD层调用，键盘驱动的DDSI函数有：KeybdPdd_PowerHandler、KeybdPdd_InitializeDriverEx、KeybdPdd_GetEventEx、DllMain。

5. 矩阵键盘驱动程序运行过程

Windows CE的输入系统在启动时加载矩阵键盘驱动程序，其加载流程如下：当输入系统开始运行时，输入系统将从 HKEY_LOCAL_MACHINE\Hardware\DeviceMap\KEYBD\Drivername注册键中获取矩阵键盘驱动动态链接库（DLL）的名字。如果没有找到入口函数，系统将使用默认名字Keybddr.dll，然后加载这个DLL文件，并且确认所需要的条目指针是否都存在；然后，系统调用PFN_KEYBD_DRIVER_INITIALIZE 函数去执行一次初始化工作。在这个函数中，模型设备驱动程序（MDD）存储一个输入系统回调函数的拷贝，并且处理键盘中断的中断服务线程（IST）。当一个中断信号发出时，键盘驱动将与转变硬件扫描码为虚拟按键码有关，并且与回调PFN_KEYBD_DRIVER_INITIALIZE_EX函数和 keybd_event API 有关[3]。

在CAYMAN开发板中，键盘驱动的动态链接库名字为KeyPad.dll，入口点为DllMain。通过入口函数，调用 KPControl::Initialize函数完成键盘时钟、相关GPIO口和键盘中断的一次性初始化。MDD还调用 KeyPdd_InitializeDriverEx函数，该函数启动一个线程处理键盘中断，然后返回到输入系统。

在CAYMAN开发板中，键盘驱动程序的中断服务线程（IST）的名字是m_hevInterrupt。这个线程调用函数 InterruptInitialize注册SYSINTR_KEYBOARD中断，然后等待系统发出SYSINTR_KEYBOARD信号。系统在收到中断信号后，中断处理程序调用KeypdPdd_GetEventEx函数来获取按键的扫描码，然后调用ScanCodeToVKeyEx函数将扫描码映射成虚拟码。把从PDD返回的键盘事件发送到输入系统，输入系统对它们进行排队并分发给相应的应用程序。

6. KeypdPdd_GetEventEx函数

当输入系统载入矩阵键盘驱动后，由矩阵键盘驱动执行一系列初始化工作，然后开启一个线程进入键盘中断主循环，等待键盘事件的发生。一旦发生键盘事件，即检测到有按键被按下，立即调用KeypdPdd_GetEventEx函数来获取按键的扫描码。

其中，列为矩阵扫描输入端，行为矩阵键盘输出端，当有按键被按下时，矩阵键盘的相应行和列所对应的输入输出电平将相应地发生变化，通过矩阵键盘的扫描，将此值存储于键盘接口自动扫描寄存器的相应位中，然后将此数据进行如下操作:

1)        屏蔽键盘自动扫描寄存器的列数据的值，将此值存储于C中。

1)        屏蔽键盘自动扫描寄存器的行数据的值，将此值存储于R中。

2)        将上面两步产生的数据进行或运算，所得的数据就是被按下键的扫描码。[page]

对于7×3的矩阵键盘，下图为物理按键和扫描码的对应关系（扫描码为16进制）:

7. ScanCodeToVKeyEx函数

此函数提供扫描码到虚拟键的映射操作，主要调用MapVkeyFromSCode函数完成从扫描码到虚拟按键的映射。在 MapVkeyFromSCode函数的实现过程中，首先需要按照自己的要求和物理键盘的布局确定SC2VKMap[i][j]二维数组，其中数组的第一列为物理键盘上每个按键所对应的扫描码，第二列为第一列扫描码所对应的虚拟按键，开发者可以根据实际需要确定扫描码和虚拟按键的对应关系，通过这个二维数组的设定，就可以在程序运行的过程中，当检测到有按键被按下时，通过KeypdPdd_GetEventEx函数产生的扫描码，然后通过查表的方式得到扫描码所对应的虚拟按键值。下表为扫描码与虚拟码的对应关系表：

其中VK_A、VK_B、VK_C、VK_D、VK_E、VK_F、VK_G、VK_H、VK_I、VK_J、VK_K、VK_1、VK_2、 VK_3、VK_4、VK_5、VK_6、VK_7、VK_8、VK_9、VK_0对应的输出为A、B、C、D 、E、F、G、H、I、J、K、1、2、3、4、5、6、7、8、9、0，但实际显示的时候可以按照具体的要求进行定义，完成物理按键对应的输出值，每个按键所实现的功能是由上层应用程序定义的，这里再不详细叙述。

8. KeyPadGpioConfigure函数

此函数的功能是完成矩阵键盘所对应GPIO口的配置，在具体函数的实现和开发中必须按照物理键盘的布局及芯片引脚占用情况进行相应的更改的。下面为KeyPadGpioConfigure函数的实现：

XLLP_UINT32_T GpioDirOutList[]={3,107,108,96, };       //矩阵键盘3个输出端口引脚号

XLLP_UINT32_T GpioDirInList[]={7,100,101,102,97,39,90,91}; //矩阵键盘7个输出端口引脚号XLLP_UINT32_T GpioAltFnPinList[]={10,39,90,91,96,97,100,101,102,107,108};//矩阵键盘GPIO引脚 XLLP_UINT32_T GpioAltFnValList[]={10,1,1,1,3,1,1,1,1,2,2}; // GPIO对应的附加功能选择

       if(v_pGPIOReg != 0)                   //判断键盘GPIO寄存器是否已经被配置

       {

              XllpGpioSetDirectionIn(v_pGPIOReg, GpioDirInList);    //设置GPIO输入端口方向

              XllpGpioSetDirectionOut(v_pGPIOReg, GpioDirOutList); //设置GPIO输出端口方向

             XllpGpioSetOutput0(v_pGPIOReg, GpioDirOutList);         //设置GPIO输出端口

        XllpGpioSetAlternateFn(v_pGPIOReg, GpioAltFnPinList, GpioAltFnValList); //设置GPIO附加功能

}

       if(v_pKeyPadRegs != 0)                          //判断键盘寄存器是否已经被配置

       {    

              v_pKeyPadRegs->kpControlReg=(MATRIX_KP_NUMBER_OF_ROWS| MATRIX_KP_NUMBER_OF_COLUMNS | MAT_SCAN_LINE4 | MAT_SCAN_LINE5 |  MAT_SCAN_LINE6 | AUTO_SCAN_ON_ACTIVITY | MATRIX_INTR_ENABLE | MATRIX_KP_ENABLE ) ;                               //设置矩阵键盘控制寄存器初值

       retval = XLLP_TRUE;         

       }

       return(retval);

9. 结束语

本文作者创新点:完整地分析了Windows CE操作系统中7×3矩阵键盘的基本原理及其驱动程序模型，此设计是按照目前通用的手机键盘开发。并从实现方法的角度深入剖析了Windows CE中矩阵键盘扫描码的获取流程、将扫描码映射到虚拟码的方法，最后给出了矩阵键盘所对应GPIO口的配置方法，对于类似系统的矩阵键盘驱动开发具有重要的参考价值。

参考文献

[1] 阿兰特嵌入式实验室.PXA27x处理器开发手册，2005:825-826.

[2] 杨翠娥，王丽敏，王景敏.实时系统VxWorks下设备驱动程序的编写［J］.微计算机信息2004年第一期

[3] 傅曦.Windows CE 嵌入式开发入门——基于Xscale架构[M] 北京.人民邮电出版社，2006 :227-230.

[4] 微软.Platform Builder帮助文档.

[5] Windows CE设备驱动程序开发指南:15-16.