4412 矩阵键盘

关键词：android 按键矩阵按键 AD按键

平台信息:

内核：linux2.6/linux3.0

系统：android/android4.0

平台：S5PV310(samsung exynos4210)

作者：xubin341719(欢迎转载，请注明作者)

一、硬件部分：

1、矩阵按键、IO按键、AD按键

这个知识相对来说比较简单，不过上次真有一个网友不太清楚这个。所以这个基础部分我们在这里也说一下。

（1）、矩阵按键

记得上大学时学单片机时，这个矩阵按键还是个重点呢，上面的图还是AT89S52的片子，工作原理比较简单，通过行、列来确定是那个按键按下，比如说上图标号为1的键按下，IO（P1.7,P1.3）有电平变化，程序可以通过这里来判断是那一个键按下的，同理标号为2的按键按下IO（P1.4，P1.0）有电平变化。

这样做程序上要从两个IO来判断是那个键按下，多了一个步骤，但是在硬件上有一个优势，就是如果按键比较多的时候比较节省IO口，比如说上面4x4 = 16,8个IO可以做16个按键，8x8=64,16个IO可以做64个按键。

优点：可以用少的IO来做多个按键，判断按键比较准确；

缺点：程序上相对IO按键来说多了一步。

（2）、IO按键

这个就比较简单了，用一个IO口的高低电平来判断按键是否按下。

优点：程序、硬件电路都比较简单，判断按键比较准确；

缺点：IO有限、按键多时不太合适。比如矩阵按键16个IO可以表示64个按键，IO的话只有16个。

（3）、AD按键

这个在之前在做电视的时候用的比较多一点。

AD按键就是通过一个ADC接口，如下图所示，给一个VCC电压，比如说S1接地时AD接口得到的模拟电压值为ADC=0；当S2按下时，ADC＝　VCC/(R1+R2)*R2;这样就可以得到不同的ADC值，程序中在这里判断是那个按键按下。

优点：程序、硬件电路都比较简单，一个IO可以做多个按键；

缺点：AD按键有时候判断不准确，所以在程序中要多加检测AD值的次数。

2、S5PV310的矩阵按键

硬件原理图如下：

硬件接口说明：vol+,vol-,back,home,menu为1*5的矩阵键盘，芯片接口信息如下：

行

XGNSS_GPIO_3/KP_COL3

XGNSS_GPIO_4/KP_COL4

XGNSS_GPIO_5/KP_COL5

XGNSS_GPIO_6/KP_COL6

XGNSS_GPIO_7/KP_COL7

列

XEINT17/KP_ROW1

我们这里1*5= 5也没有节省多少IO呀？情况是这样的，我们的原理图是从三星开发板上参考过来的，开发板上按键本来多一点，可是我们用不了那么多，人家那样做比较合理。可是我们“偷懒”，硬件上不用改，软件上也不用改，从这一点也可以看出我们国内做技术这个行业的有点……不太深入呀，整天老板在催，可是我们在细节上做不太好呀。三星在IO矩阵也有专用接口，所以就“奢侈”一次，用1*5的矩阵来实现5个按键。

3、S5PV310的矩阵按键接口

看一下芯片上的专用接口,如下图，全用的话有点多。

关于专用接口的寄存器，这些寄存器我们后面要用得到的，按键的行、列信息会在这里面暂存的。

以S5PV310为例，驱动代码：samsung-keypad.c

软件部分：

总体流程图如下，这个是在触摸屏基础上改过来的，感觉流程都是这个样子的。中断触发，中断处理。

一、矩阵键行、列设定，和上报键值设定

在android-kernel-samsung-dev/arch/arm/mach-exynos/mach-smdkv310.c中

[cpp] view plain copy

staticuint32_tsmdkv310_keymap[]__initdata={
/*KEY(row,col,keycode)*/
KEY(0,3,KEY_1),KEY(0,4,KEY_2),KEY(0,5,KEY_3),
KEY(0,6,KEY_4),KEY(0,7,KEY_5),
KEY(1,3,KEY_A),KEY(1,4,KEY_C),KEY(1,5,KEY_E),
KEY(1,6,KEY_B),KEY(1,7,KEY_D)//（1）、键值初始化；
};
staticstructmatrix_keymap_datasmdkv310_keymap_data__initdata={
.keymap=smdkv310_keymap,
.keymap_size=ARRAY_SIZE(smdkv310_keymap),
};
staticstructsamsung_keypad_platdatasmdkv310_keypad_data__initdata={
.keymap_data=&smdkv310_keymap_data,
.rows=2,//(2)、行、列设定，8行、2列，其实我们只用了5行、1列；
.cols=8,
};
staticvoid__initsmdkv310_machine_init(void)
{
samsung_keypad_set_platdata(&smdkv310_keypad_data);//(3)、平台设备初始化；
}

（1）、KEY(row, col,keycode)

KEY这个宏在android-kernel-samsung-dev/include/linux/input/Matrix_keypad.h中实现：

[cpp] view plain copy

#defineMATRIX_MAX_ROWS32
#defineMATRIX_MAX_COLS32
#defineKEY(row,col,val)((((row)&(MATRIX_MAX_ROWS-1))<<24)|\
(((col)&(MATRIX_MAX_COLS-1))<<16)|\
((val)&0xffff))

keycode的值在android-kernel-samsung-dev/include/linux/input.h中有定义,如下：

[cpp] view plain copy

#defineKEY_RESERVED0
#defineKEY_ESC1
#defineKEY_12
#defineKEY_23
#defineKEY_34
#defineKEY_45
#defineKEY_56
#defineKEY_67
#defineKEY_78
#defineKEY_89
#defineKEY_910
#defineKEY_011
#defineKEY_MINUS12
#defineKEY_EQUAL13
#defineKEY_BACKSPACE14
#defineKEY_TAB15
#defineKEY_Q16
#defineKEY_W17
#defineKEY_E18
#defineKEY_R19
#defineKEY_T20
#defineKEY_Y21
#defineKEY_U22

（2）、行列设定；

[cpp] view plain copy

.rows=2,
.cols=8,

（3）、平台设备初始化；

[cpp] view plain copy

samsung_keypad_set_platdata(&smdkv310_keypad_data)。

二、上面设定的keycode键值和上层相对应

4.0.3_r1/device/samsung/smdkv310/samsung-keypad.kl中

[cpp] view plain copy

key2DPAD_UPWAKE_DROPPED
key3DPAD_CENTERWAKE_DROPPED
key4DPAD_DOWNWAKE_DROPPED
key5DPAD_RIGHTWAKE_DROPPED
key6DPAD_LEFTWAKE_DROPPED
key18VOLUME_DOWNWAKE
key30HOMEWAKE_DROPPED
key32MENUWAKE_DROPPED
key46VOLUME_UPWAKE
key48BACKWAKE_DROPPED
key10POWERWAKE

总体对应图：

以KEY_A为例，KEY_A 30最终和上层的keypad.kl中的30 HOME相对应

三、矩阵键盘驱动程序分析

android-kernel-samsung-dev/drivers/input/keyboard/samsung-keypad.c

1、probe函数分析：

[cpp] view plain copy

staticint__devinitsamsung_keypad_probe(structplatform_device*pdev)
{
conststructsamsung_keypad_platdata*pdata;
conststructmatrix_keymap_data*keymap_data;
structsamsung_keypad*keypad;
structresource*res;
structinput_dev*input_dev;
unsignedintrow_shift;
unsignedintkeymap_size;
interror;
………………
keymap_size=(pdata->rows<<row_shift)*sizeof(keypad->keycodes[0]);
keypad=kzalloc(sizeof(*keypad)+keymap_size,GFP_KERNEL);
input_dev=input_allocate_device();
if(!keypad||!input_dev){
error=-ENOMEM;
gotoerr_free_mem;
}
res=platform_get_resource(pdev,IORESOURCE_MEM,0);
if(!res){
error=-ENODEV;
gotoerr_free_mem;
}
keypad->base=ioremap(res->start,resource_size(res));
if(!keypad->base){
error=-EBUSY;
gotoerr_free_mem;
}
…………
//（1）、input参数初始化；
keypad->input_dev=input_dev;
keypad->row_shift=row_shift;
keypad->rows=pdata->rows;
keypad->cols=pdata->cols;
init_waitqueue_head(&keypad->wait);
input_dev->name=pdev->name;
input_dev->id.bustype=BUS_HOST;
input_dev->dev.parent=&pdev->dev;
input_set_drvdata(input_dev,keypad);
//（2）、打开、关闭函数；
input_dev->open=samsung_keypad_open;
input_dev->close=samsung_keypad_close;
input_dev->evbit[0]=BIT_MASK(EV_KEY);
if(!pdata->no_autorepeat)
input_dev->evbit[0]|=BIT_MASK(EV_REP);
input_set_capability(input_dev,EV_MSC,MSC_SCAN);
input_dev->keycode=keypad->keycodes;
input_dev->keycodesize=sizeof(keypad->keycodes[0]);
input_dev->keycodemax=pdata->rows<<row_shift;
matrix_keypad_build_keymap(keymap_data,row_shift,
input_dev->keycode,input_dev->keybit);
keypad->irq=platform_get_irq(pdev,0);
if(keypad->irq<0){
error=keypad->irq;
gotoerr_put_clk;
}
//（3）、中断函数注册；
error=request_threaded_irq(keypad->irq,NULL,samsung_keypad_irq,
IRQF_ONESHOT,dev_name(&pdev->dev),keypad);
if(error){
dev_err(&pdev->dev,"failedtoregisterkeypadinterrupt\n");
gotoerr_put_clk;
}
//（4）、input驱动注册。
error=input_register_device(keypad->input_dev);
if(error)
gotoerr_free_irq;
device_init_wakeup(&pdev->dev,pdata->wakeup);
platform_set_drvdata(pdev,keypad);
return0;
………………
}

（1）、input参数初始化；

（2）、打开、关闭函数；

[cpp] view plain copy

input_dev->open=samsung_keypad_open;
staticintsamsung_keypad_open(structinput_dev*input_dev)
{
structsamsung_keypad*keypad=input_get_drvdata(input_dev);
samsung_keypad_start(keypad);
return0;
}
其实open函数调用samsung_keypad_start（）函数，对按键的寄存器一些操作，如下面寄存器列表中的。
staticvoidsamsung_keypad_start(structsamsung_keypad*keypad)
{
unsignedintval;
/*TellIRQthreadthatitmaypollthedevice.*/
keypad->stopped=false;
clk_enable(keypad->clk);
/*Enableinterruptbits.*/
val=readl(keypad->base+SAMSUNG_KEYIFCON);
val|=SAMSUNG_KEYIFCON_INT_F_EN|SAMSUNG_KEYIFCON_INT_R_EN;
writel(val,keypad->base+SAMSUNG_KEYIFCON);
/*KEYIFCOLregclear.*/
writel(0,keypad->base+SAMSUNG_KEYIFCOL);
}

（3）、中断函数注册；

[cpp] view plain copy

error=request_threaded_irq(keypad->irq,NULL,samsung_keypad_irq,IRQF_ONESHOT,dev_name(&pdev->dev),keypad);

request_threaded_irq这个函数也许我们比较陌生，可是看下下面一个函数也许就不难理解了：

[cpp] view plain copy

staticinlineint__must_check
request_irq(unsignedintirq,irq_handler_thandler,unsignedlongflags,
constchar*name,void*dev)
{
returnrequest_threaded_irq(irq,handler,NULL,flags,name,dev);
}

这个函数跟中断的作用是一样的，keypad->irq= platform_get_irq(pdev, 0);于中段号，当有按键按下时，会跳到中断函数，samsung_keypad_irq中；

（4）、input驱动注册,input驱动比较重要，触摸屏、按键、gsensor、battery等都是通过input子系统上报的。

2、中断函数： samsung_keypad_irq分析，当有按键按下时，调用这个函数

[cpp] view plain copy

staticirqreturn_tsamsung_keypad_irq(intirq,void*dev_id)
{
structsamsung_keypad*keypad=dev_id;
unsignedintrow_state[SAMSUNG_MAX_COLS];
unsignedintval;
boolkey_down;
do{
val=readl(keypad->base+SAMSUNG_KEYIFSTSCLR);
/*Clearinterrupt.*/
//（1）、清除中断；
writel(~0x0,keypad->base+SAMSUNG_KEYIFSTSCLR);
//（2）、扫描行列值，写入寄存器；
samsung_keypad_scan(keypad,row_state);
//（3）、键值上报，这是函数的主要部分了；
key_down=samsung_keypad_report(keypad,row_state);
//（4）、延时去抖动；
if(key_down)
wait_event_timeout(keypad->wait,keypad->stopped,
msecs_to_jiffies(50));
}while(key_down&&!keypad->stopped);
returnIRQ_HANDLED;
}

（1）、清除中断；

（2）、扫描行列值，写入寄存器（后面分析）；

（3）、键值上报，这是函数的主要部分了（后面分析）；

（4）、延时去抖动，如果有按键按下，有一个段时间的延时，看是否真正有按键，这就是所说的去抖动；

3、当按键按下时，行列值的扫描函数samsung_keypad_scan执行，写入相应行列寄存器

上图我们知道，对于矩阵键盘，主控有专门的接口，也有相应的寄存器，

[cpp] view plain copy

staticvoidsamsung_keypad_scan(structsamsung_keypad*keypad,
unsignedint*row_state)
{
structdevice*dev=keypad->input_dev->dev.parent;
unsignedintcol;
unsignedintval;
for(col=0;col<keypad->cols;col++){
if(samsung_keypad_is_s5pv210(dev)){
val=S5PV210_KEYIFCOLEN_MASK;
val&=~(1<<col)<<8;
}else{
val=SAMSUNG_KEYIFCOL_MASK;
val&=~(1<<col);
}
writel(val,keypad->base+SAMSUNG_KEYIFCOL);
mdelay(1);
val=readl(keypad->base+SAMSUNG_KEYIFROW);
row_state[col]=~val&((1<<keypad->rows)-1);
}
/*KEYIFCOLregclear*/
writel(0,keypad->base+SAMSUNG_KEYIFCOL);
}

4、通过扫描键值写入相应寄存器，然后通过

[cpp] view plain copy

staticboolsamsung_keypad_report(structsamsung_keypad*keypad,
unsignedint*row_state)
{
structinput_dev*input_dev=keypad->input_dev;
unsignedintchanged;
unsignedintpressed;
unsignedintkey_down=0;
unsignedintval;
unsignedintcol,row;
for(col=0;col<keypad->cols;col++){
changed=row_state[col]^keypad->row_state[col];
key_down|=row_state[col];
if(!changed)
continue;
for(row=0;row<keypad->rows;row++){
if(!(changed&(1<<row)))
continue;
pressed=row_state[col]&(1<<row);
dev_dbg(&keypad->input_dev->dev,
"key%s,row:%d,col:%d\n",
pressed?"pressed":"released",row,col);
//（1）、得到按键在矩阵中的位置；
val=MATRIX_SCAN_CODE(row,col,keypad->row_shift);
printk("key%s,row:%d,col:%d\n",pressed?"pressed":"released",row,col);
printk("testbyxu_binforval=%d,key=%d\n",val,keypad->keycodes[val]);
input_event(input_dev,EV_MSC,MSC_SCAN,val);
//（2）、上报键值keypad->keycodes[val]；
input_report_key(input_dev,
keypad->keycodes[val],pressed);
}
//（3）、input上报后同步；
input_sync(keypad->input_dev);
}
memcpy(keypad->row_state,row_state,sizeof(keypad->row_state));
returnkey_down;
}

（1）、#defineMATRIX_SCAN_CODE(row, col, row_shift) (((row)<< (row_shift)) + (col))

row_shift = 3

如：row = 1; col = 6; row_shift = 3

val = MATRIX_SCAN_CODE(row, col,keypad->row_shift) = ((1)<<(3)+(6)) = 14;

就相当于：（1，6）这个数组里面的值：48

printk("key %s, row: %d, col:%d\n",pressed ? "pressed" : "released", row, col);

printk("test by xu_bin for val =%d,key = %d\n",val,keypad->keycodes[val]);

（2）、上报键值keypad->keycodes[val]，这个值是对于我们这个驱动来说的最终值；

（3）、input上报后同步，这个和input子系统相关。

这样就完成了驱动部分的上报。

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