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 plaincopy

1. static uint32_t smdkv310_keymap[] __initdata = {  
2.     /* KEY(row, col, keycode) */  
3.     KEY(0, 3, KEY_1), KEY(0, 4, KEY_2), KEY(0, 5, KEY_3),  
4.     KEY(0, 6, KEY_4), KEY(0, 7, KEY_5),  
5.     KEY(1, 3, KEY_A), KEY(1, 4, KEY_C), KEY(1, 5, KEY_E),  
6.     KEY(1, 6, KEY_B), KEY(1, 7, KEY_D)//（1）、键值初始化；  
7. };  
8.   
9. static struct matrix_keymap_data smdkv310_keymap_data __initdata = {  
10.     .keymap     = smdkv310_keymap,  
11.     .keymap_size    = ARRAY_SIZE(smdkv310_keymap),  
12. };  
13. static struct samsung_keypad_platdata smdkv310_keypad_data __initdata = {  
14.     .keymap_data    = &smdkv310_keymap_data,  
15.     .rows       = 2,         //(2)、行、列设定，8行、2列，其实我们只用了5行、1列；  
16.     .cols       = 8,  
17. };  
18. static void __init smdkv310_machine_init(void)  
19. {  
20.     samsung_keypad_set_platdata(&smdkv310_keypad_data); //(3)、平台设备初始化；  
21. }  

（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 plaincopy

1. #define MATRIX_MAX_ROWS     32  
2. #define MATRIX_MAX_COLS         32  
3. #define KEY(row, col, val)  ((((row) & (MATRIX_MAX_ROWS - 1)) << 24) |\  
4.                  (((col) & (MATRIX_MAX_COLS - 1)) << 16) |\  
5.                  ((val) & 0xffff))  

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

[cpp] view plaincopy

1. #define KEY_RESERVED        0  
2. #define KEY_ESC         1  
3. #define KEY_1           2  
4. #define KEY_2           3  
5. #define KEY_3           4  
6. #define KEY_4           5  
7. #define KEY_5           6  
8. #define KEY_6           7  
9. #define KEY_7           8  
10. #define KEY_8           9  
11. #define KEY_9           10  
12. #define KEY_0           11  
13. #define KEY_MINUS       12  
14. #define KEY_EQUAL       13  
15. #define KEY_BACKSPACE       14  
16. #define KEY_TAB         15  
17. #define KEY_Q           16  
18. #define KEY_W           17  
19. #define KEY_E           18  
20. #define KEY_R           19  
21. #define KEY_T           20  
22. #define KEY_Y           21  
23. #define KEY_U           22  

（2）、行列设定；

[cpp] view plaincopy

1. .rows       = 2,         
2. .cols       = 8,  

（3）、平台设备初始化；

[cpp] view plaincopy

1. 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 plaincopy

1. key 2     DPAD_UP               WAKE_DROPPED  
2. key 3     DPAD_CENTER           WAKE_DROPPED  
3. key 4     DPAD_DOWN             WAKE_DROPPED  
4. key 5     DPAD_RIGHT            WAKE_DROPPED  
5. key 6     DPAD_LEFT             WAKE_DROPPED  
6. key 18    VOLUME_DOWN       WAKE  
7. key 30    HOME                      WAKE_DROPPED  
8. key 32    MENU                      WAKE_DROPPED  
9. key 46    VOLUME_UP             WAKE  
10. key 48    BACK                      WAKE_DROPPED  
11. key 10    POWER                     WAKE  

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 plaincopy

1. static int __devinit samsung_keypad_probe(struct platform_device *pdev)  
2. {  
3.     const struct samsung_keypad_platdata *pdata;  
4.     const struct matrix_keymap_data *keymap_data;  
5.     struct samsung_keypad *keypad;  
6.     struct resource *res;  
7.     struct input_dev *input_dev;  
8.     unsigned int row_shift;  
9.     unsigned int keymap_size;  
10.     int error;  
11.     ………………  
12.     keymap_size = (pdata->rows << row_shift) * sizeof(keypad->keycodes[0]);  
13.   
14.     keypad = kzalloc(sizeof(*keypad) + keymap_size, GFP_KERNEL);  
15.     input_dev = input_allocate_device();  
16.     if (!keypad || !input_dev) {  
17.         error = -ENOMEM;  
18.         goto err_free_mem;  
19.     }  
20.   
21.     res = platform_get_resource(pdev, IORESOURCE_MEM, 0);  
22.     if (!res) {  
23.         error = -ENODEV;  
24.         goto err_free_mem;  
25.     }  
26.   
27.     keypad->base = ioremap(res->start, resource_size(res));  
28.     if (!keypad->base) {  
29.         error = -EBUSY;  
30.         goto err_free_mem;  
31.     }  
32.     …………  
33. //（1）、input参数初始化；  
34.     keypad->input_dev = input_dev;  
35.     keypad->row_shift = row_shift;  
36.     keypad->rows = pdata->rows;  
37.     keypad->cols = pdata->cols;  
38.     init_waitqueue_head(&keypad->wait);  
39.   
40.     input_dev->name = pdev->name;  
41.     input_dev->id.bustype = BUS_HOST;  
42.     input_dev->dev.parent = &pdev->dev;  
43.     input_set_drvdata(input_dev, keypad);  
44. //（2）、打开、关闭函数；  
45.     input_dev->open = samsung_keypad_open;  
46.     input_dev->close = samsung_keypad_close;  
47.   
48.     input_dev->evbit[0] = BIT_MASK(EV_KEY);  
49.     if (!pdata->no_autorepeat)  
50.         input_dev->evbit[0] |= BIT_MASK(EV_REP);  
51.   
52.     input_set_capability(input_dev, EV_MSC, MSC_SCAN);  
53.   
54.     input_dev->keycode = keypad->keycodes;  
55.     input_dev->keycodesize = sizeof(keypad->keycodes[0]);  
56.     input_dev->keycodemax = pdata->rows << row_shift;  
57.   
58.     matrix_keypad_build_keymap(keymap_data, row_shift,  
59.             input_dev->keycode, input_dev->keybit);  
60.   
61.     keypad->irq = platform_get_irq(pdev, 0);  
62.     if (keypad->irq < 0) {  
63.         error = keypad->irq;  
64.         goto err_put_clk;  
65.     }  
66. //（3）、中断函数注册；   
67.     error = request_threaded_irq(keypad->irq, NULL, samsung_keypad_irq,  
68.             IRQF_ONESHOT, dev_name(&pdev->dev), keypad);  
69.     if (error) {  
70.         dev_err(&pdev->dev, "failed to register keypad interrupt\n");  
71.         goto err_put_clk;  
72.     }  
73. //（4）、input驱动注册。  
74.     error = input_register_device(keypad->input_dev);  
75.     if (error)  
76.         goto err_free_irq;  
77.   
78.     device_init_wakeup(&pdev->dev, pdata->wakeup);  
79.     platform_set_drvdata(pdev, keypad);  
80.     return 0;  
81.   
82. ………………  
83. }  

（1）、input参数初始化；

（2）、打开、关闭函数；

[cpp] view plaincopy

1. input_dev->open = samsung_keypad_open;  
2. static int samsung_keypad_open(struct input_dev *input_dev)  
3. {  
4.     struct samsung_keypad *keypad = input_get_drvdata(input_dev);  
5.     samsung_keypad_start(keypad);  
6.     return 0;  
7. }  
8. 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。  
9. static void samsung_keypad_start(struct samsung_keypad *keypad)  
10. {  
11.     unsigned int val;  
12.     /* Tell IRQ thread that it may poll the device. */  
13.     keypad->stopped = false;  
14.     clk_enable(keypad->clk);  
15.     /* Enable interrupt bits. */  
16.     val = readl(keypad->base + SAMSUNG_KEYIFCON);  
17.     val |= SAMSUNG_KEYIFCON_INT_F_EN | SAMSUNG_KEYIFCON_INT_R_EN;  
18.     writel(val, keypad->base + SAMSUNG_KEYIFCON);  
19.     /* KEYIFCOL reg clear. */  
20.     writel(0, keypad->base + SAMSUNG_KEYIFCOL);  
21. }  

（3）、中断函数注册；

[cpp] view plaincopy

1. 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 plaincopy

1. static inline int __must_check  
2. request_irq(unsigned int irq, irq_handler_t handler, unsigned long flags,  
3.         const char *name, void *dev)  
4. {  
5.     return request_threaded_irq(irq, handler, NULL, flags, name, dev);  
6. }  

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 plaincopy

1. static irqreturn_t samsung_keypad_irq(int irq, void *dev_id)  
2. {  
3.     struct samsung_keypad *keypad = dev_id;  
4.   
5.     unsigned int row_state[SAMSUNG_MAX_COLS];  
6.     unsigned int val;  
7.     bool key_down;  
8.     do {  
9.         val = readl(keypad->base + SAMSUNG_KEYIFSTSCLR);  
10.         /* Clear interrupt. */  
11. //（1）、清除中断；  
12.         writel(~0x0, keypad->base + SAMSUNG_KEYIFSTSCLR);   
13. //（2）、扫描行列值，写入寄存器；  
14.     samsung_keypad_scan(keypad, row_state);  
15. //（3）、键值上报，这是函数的主要部分了；  
16.         key_down = samsung_keypad_report(keypad, row_state);  
17. //（4）、延时去抖动；   
18.         if (key_down)  
19.             wait_event_timeout(keypad->wait, keypad->stopped,  
20.                        msecs_to_jiffies(50));  
21.     } while (key_down && !keypad->stopped);  
22.     return IRQ_HANDLED;  
23. }  

（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 plaincopy

1. static void samsung_keypad_scan(struct samsung_keypad *keypad,  
2.                 unsigned int *row_state)  
3. {  
4.     struct device *dev = keypad->input_dev->dev.parent;  
5.     unsigned int col;  
6.     unsigned int val;  
7.     for (col = 0; col < keypad->cols; col++) {  
8.         if (samsung_keypad_is_s5pv210(dev)) {  
9.             val = S5PV210_KEYIFCOLEN_MASK;  
10.             val &= ~(1 << col) << 8;  
11.         } else {  
12.             val = SAMSUNG_KEYIFCOL_MASK;  
13.             val &= ~(1 << col);  
14.         }  
15.         writel(val, keypad->base + SAMSUNG_KEYIFCOL);  
16.         mdelay(1);  
17.         val = readl(keypad->base + SAMSUNG_KEYIFROW);  
18.         row_state[col] = ~val & ((1 << keypad->rows) - 1);  
19.     }  
20.     /* KEYIFCOL reg clear */  
21.     writel(0, keypad->base + SAMSUNG_KEYIFCOL);  
22. }  

4、通过扫描键值写入相应寄存器，然后通过

[cpp] view plaincopy

1. static bool samsung_keypad_report(struct samsung_keypad *keypad,  
2.                   unsigned int *row_state)  
3. {  
4.     struct input_dev *input_dev = keypad->input_dev;  
5.     unsigned int changed;  
6.     unsigned int pressed;  
7.     unsigned int key_down = 0;  
8.     unsigned int val;  
9.     unsigned int col, row;  
10.   
11.     for (col = 0; col < keypad->cols; col++) {  
12.         changed = row_state[col] ^ keypad->row_state[col];  
13.         key_down |= row_state[col];  
14.         if (!changed)  
15.             continue;  
16.         for (row = 0; row < keypad->rows; row++) {  
17.             if (!(changed & (1 << row)))  
18.                 continue;  
19.             pressed = row_state[col] & (1 << row);  
20.             dev_dbg(&keypad->input_dev->dev,  
21.                 "key %s, row: %d, col: %d\n",  
22.                 pressed ? "pressed" : "released", row, col);  
23. //（1）、得到按键在矩阵中的位置；  
24.             val = MATRIX_SCAN_CODE(row, col, keypad->row_shift);  
25. printk("key %s, row: %d, col: %d\n",pressed ? "pressed" : "released", row, col);  
26. printk("test by xu_bin for val = %d,key = %d\n",val,keypad->keycodes[val]);  
27.             input_event(input_dev, EV_MSC, MSC_SCAN, val);  
28. //（2）、上报键值keypad->keycodes[val]；  
29.             input_report_key(input_dev,  
30.                     keypad->keycodes[val], pressed);  
31.         }  
32. //（3）、input上报后同步；   
33.         input_sync(keypad->input_dev);  
34.     }  
35.     memcpy(keypad->row_state, row_state, sizeof(keypad->row_state));  
36.     return key_down;  
37. }  

（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。