HAODE基于Android平臺(tái)的鍵盤輸入技術(shù)研究

天地（常州）自動(dòng)化股份有限公司 蔣 華

1.引言

近年來，伴隨著云計(jì)算的飛速發(fā)展，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的革新，智能終端以一種前所未有的速度在鋪開；在軟件層面，Android、iOS、Win8等智能終端操作系統(tǒng)三分天下，代表了智能終端操作系統(tǒng)的發(fā)展趨勢；而在硬件層面，以ARM架構(gòu)為代表的高速、多核CPU，在智能終端平臺(tái)占據(jù)了統(tǒng)治地位。

雖然煤礦生產(chǎn)作為一個(gè)特殊領(lǐng)域，有其安全性、防爆、防潮等特殊的工藝要求，但并不妨礙在煤礦生產(chǎn)領(lǐng)域引進(jìn)智能終端平臺(tái)，不但可以跟隨技術(shù)趨勢，實(shí)現(xiàn)礦業(yè)生產(chǎn)的技術(shù)升級(jí)；而且可以用更先進(jìn)的平臺(tái)、技術(shù)來為礦業(yè)生產(chǎn)服務(wù)。

然而，在煤礦生產(chǎn)領(lǐng)域引進(jìn)先進(jìn)的智能終端平臺(tái)，有一個(gè)明顯的缺陷性，即智能終端的代表性技術(shù)——觸摸屏技術(shù)在礦業(yè)作業(yè)區(qū)域的使用，尚無法達(dá)標(biāo)。礦場作業(yè)區(qū)域的濕度、粉塵等外界環(huán)境制約了觸摸屏在礦場環(huán)境的長時(shí)間使用。因此，在引進(jìn)智能終端技術(shù)的同時(shí)，我們需要作出適當(dāng)?shù)娜∩幔诜艞壥褂糜|摸屏技術(shù)的前提下，采用隔爆、防塵、防水的屏幕，同時(shí)結(jié)合傳統(tǒng)的鍵盤輸入技術(shù)，以滿足礦場的環(huán)境技術(shù)需求，使得智能終端平臺(tái)在礦場環(huán)境中得到新的發(fā)展。

2.Android輸入系統(tǒng)解析

Android中，主要的輸入硬件設(shè)備是鍵盤、觸摸屏、軌跡球等。輸入系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)也比較簡單，自下而上包含了驅(qū)動(dòng)程序、本地庫處理部分、硬件抽象層、Java框架層、Android應(yīng)用程序?qū)?。Android用戶輸入系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖1所示，此處不做詳細(xì)介紹，將在下文作具體講解。

3.Linux內(nèi)核驅(qū)動(dòng)層分析

在工作生活中，接觸最多的就是全鍵盤，通過USB接口就能連接上主機(jī)進(jìn)行使用；我們的平臺(tái)初期也實(shí)現(xiàn)了USB全鍵盤和USB鼠標(biāo)的驅(qū)動(dòng)，在沒有觸摸屏的情況下，它們是輸入系統(tǒng)的重要實(shí)現(xiàn)方式，但是，全鍵盤的體型、安全性限制，無法在井下環(huán)境中使用。

此處，我們所要介紹的鍵盤是兩種非常規(guī)的鍵盤：矩陣鍵盤和按鍵鍵盤。兩者各有優(yōu)缺點(diǎn)，矩陣鍵盤具有使用CPIO接口少，實(shí)現(xiàn)按鍵多的優(yōu)點(diǎn)，缺點(diǎn)卻是驅(qū)動(dòng)實(shí)現(xiàn)方式較復(fù)雜，并且需要CPU不停地掃描鍵值，消耗有限的CPU資源；按鍵鍵盤占有GPIO接口較多，一個(gè)接口一個(gè)按鍵，對(duì)物理資源GPIO口消耗較多，優(yōu)點(diǎn)在于驅(qū)動(dòng)實(shí)現(xiàn)簡單，且增加按鍵方便。

在Android平臺(tái)上，我們所要引進(jìn)的鍵盤是要能夠在Android應(yīng)用中替代button控件，實(shí)現(xiàn)按鍵控制；并且要通過有限的按鍵數(shù)目實(shí)現(xiàn)數(shù)字、字母、中文的輸入，符合這些要求的，只有傳統(tǒng)鍵盤符合，只是它的接口方式可以有矩陣和按鍵兩種，此處主要以按鍵鍵盤為例來介紹。

Linux從2.6版本開始引入了platform這個(gè)概念，將設(shè)備驅(qū)動(dòng)的開發(fā)工作主要分為兩塊：platform_device和platform_driver。前者主要完成板級(jí)的硬件設(shè)備資源的添加；后者負(fù)責(zé)實(shí)現(xiàn)具體的設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序。

在開發(fā)底層驅(qū)動(dòng)程序時(shí)，首先要確認(rèn)的就是設(shè)備的資源信息，在2.6內(nèi)核中將每個(gè)設(shè)備的資源用結(jié)構(gòu)platform_device來描述。該結(jié)構(gòu)體定義在/include/linux/platform_device.h中。具體實(shí)現(xiàn)如下步驟：

1)定義按鍵屬性，如下文本框中GPIO_BUTTON的宏定義，此處重點(diǎn)關(guān)注兩個(gè)參數(shù)：gpio_num和evc_code。前者需要根據(jù)芯片手冊(cè)選擇所需要與按鍵相連的GPIO接口的序號(hào)，后者代表了按鍵在Linux內(nèi)核系統(tǒng)中的鍵值，詳見include/linux.h.

2)將所需使用的按鍵構(gòu)成一個(gè)GPIO鍵盤結(jié)構(gòu)體數(shù)組smd_buttons，并以數(shù)組名稱和數(shù)組大小添加到GPIO按鍵驅(qū)動(dòng)平臺(tái)gpio_keys_platform_data中。

3)將GPIO按鍵添加至設(shè)備平臺(tái)驅(qū)動(dòng)類型platform_device中，并實(shí)現(xiàn)設(shè)備平臺(tái)驅(qū)動(dòng)類型的注冊(cè)platform_device_register(&smd_button_device)；

4)在完成platform_device的注冊(cè)之后，就需要在內(nèi)核驅(qū)動(dòng)層進(jìn)行具體設(shè)備的驅(qū)動(dòng)移植開發(fā)，驅(qū)動(dòng)程序需要實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)體platform_driver，也定義在/include/linux/platform_device.h中。鍵盤驅(qū)動(dòng)的實(shí)現(xiàn)可見driver/input/gpio_keys.c文件。根據(jù)platform_driver提供的接口函數(shù)，完成具體的probe、remove等函數(shù)的實(shí)現(xiàn)，即可完成按鍵鍵盤驅(qū)動(dòng)的實(shí)現(xiàn)。

至此，即完成了按鍵鍵盤的驅(qū)動(dòng)移植工作。在完成按鍵鍵盤驅(qū)動(dòng)的移植之后，為了避免再次移植矩陣鍵盤驅(qū)動(dòng)的麻煩，我們可以使用一個(gè)單片機(jī)完成矩陣鍵盤接口電平到按鍵電平的轉(zhuǎn)換，通過硬件的轉(zhuǎn)接，即能在按鍵鍵盤驅(qū)動(dòng)的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)對(duì)矩陣鍵盤的驅(qū)動(dòng)。具體的實(shí)現(xiàn)電路就不再列舉。

4.本地庫處理系統(tǒng)

本地庫處理系統(tǒng)主要負(fù)責(zé)對(duì)Linux內(nèi)核層上報(bào)的按鍵鍵值進(jìn)行二次轉(zhuǎn)換，并進(jìn)行封裝上報(bào)至Java框架層。簡而言之，android按鍵消息通過二次轉(zhuǎn)換：

1)將驅(qū)動(dòng)report上來的SCANCODE，通過文件qwerty.kl的映射，得到KEYCODE字串；

2)通過二維表static const KeycodeLabel KEYCODES[]，將上面的字符串轉(zhuǎn)換成android需要的鍵值信息。如果是輸入鍵，還需要查詢keymap，得到相應(yīng)的字符。

圖1 Android輸入系統(tǒng)框圖

5.Java框架層

如圖2所示，由KeyInputDevice等類來處理EventHub傳遞上來的信息，通過RawInputEvent和KeyEvent來表示。按鍵事件，以KeyEvent的形式傳送給應(yīng)用程序；而觸摸屏和軌跡球事件以RawInputEvent的形式轉(zhuǎn)換形成MotionEvent事件傳送給Android應(yīng)用程序。

在這個(gè)層面，Google已經(jīng)完成了相應(yīng)機(jī)制的開發(fā)工作，不需要我們進(jìn)行額外的開發(fā)，我們只需要了解按鍵事件在這一層的處理即可。

6.Android應(yīng)用層

在Android應(yīng)用層中，對(duì)于按鍵事件的控制可以通過重寫onKeyDown、onKeyUp函數(shù)來實(shí)現(xiàn)類似Button控件的Listener的監(jiān)測功能；當(dāng)按鍵按下或者回復(fù)時(shí)，會(huì)觸發(fā)相應(yīng)鍵值多對(duì)應(yīng)的Android應(yīng)用層的操作。

最簡單的例子就是，Android手機(jī)通常都有的Home鍵，即是典型的按鍵功能的實(shí)現(xiàn)，當(dāng)然，我們也能夠通過重寫Home鍵的功能，使之實(shí)現(xiàn)不同的效果。如下框圖中的代碼所示，通過判斷鍵值是否為1、2、3，我們來使文本輸出不同的打印信息。在此處，賦予鍵值1、2、3的按鍵，它的功能類似于觸摸屏中的Button控件。

@Override

public boolean onKeyDown(int keyCode，KeyEvent event)

{

if (keyCode==KeyEvent.KEYCODE_1)

{

mTextView1.setText(“事件1”)；

}

else if(keyCode==KeyEvent.KEYCODE_2)

{

mTextView1.setText(“事件2”)；

}

else if(keyCode==KeyEvent.KEYCODE_3)

{

mTextView1.setText(“事件3”)；

}

}

7.與Android Button事件比較

在android應(yīng)用中，組件button的作用與實(shí)體按鍵作用類似，但也有較大差別；兩者之間的差別有二：

1)對(duì)于組件button的響應(yīng)有對(duì)應(yīng)的Listener，會(huì)監(jiān)測組件button事件；對(duì)于實(shí)體按鍵，是通過按鍵鍵值的轉(zhuǎn)換響應(yīng)來判斷的，主要通過對(duì)按鍵重寫onKeyDown、onKeyUp來實(shí)現(xiàn)對(duì)按鍵事件的響應(yīng)；

2)組件button的按下只會(huì)有一次響應(yīng)；而對(duì)于實(shí)體按鍵的按下，android系統(tǒng)會(huì)定時(shí)查詢按鍵狀態(tài)，可能在用戶看來只按下一次按鍵，但反映到android系統(tǒng)層面卻有若干次響應(yīng)。

8.結(jié)語

本文就礦業(yè)領(lǐng)域引進(jìn)智能終端技術(shù)遇到的觸摸屏技術(shù)瓶頸，提出了結(jié)合傳統(tǒng)鍵盤輸入技術(shù)，實(shí)現(xiàn)在礦業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域的智能終端的輸入系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)。在智能終端的基礎(chǔ)上，我們可以實(shí)現(xiàn)語音通話、視頻監(jiān)控、安全宣傳等各項(xiàng)功能，并能逐步引入地面成功使用的各種技術(shù)，為井下作業(yè)提供幫助。

[1]韓超,梁泉.Android系統(tǒng)原理及開發(fā)要點(diǎn)詳解[M].北京：電子工業(yè)出版社,2010.

[2]田澤.嵌入式系統(tǒng)開發(fā)與應(yīng)用[M].北京：北京航空航天大學(xué)出版社,2005.

[3]高春生,紀(jì)永剛,王維,宋銳.Amigobot移動(dòng)機(jī)器人上位控制[J]工礦自動(dòng)化,2012(4)：104-108.

[4]Chunduru V,Subramanian N.Effects of Power Lines on Performance of home control system.International Conference on Power Electronics,Drives and Energy Systems,New Delhi,India,2006：1-6.