WinCE下的SPI键盘硬件及驱动程序设计

ｌ　ｔ　

Ｗｉ　ｎＣＥ下的ＳＰＩ键盘硬件及驱动程序设计　

■华北电力大学（保定）　

■保定市排水总公司　支ｌＪ智国　

张伟丽　

关键词　ＳＰＩ通信协议　ＷｉｎＣＥ　ＰＤＤ层８０５１￥３Ｃ２４１０　

１　硬件设计　

系统的核心ＣＰＵ采用韩国三星电子公司的嵌入式　ＡＲＭ９系列芯片￥３Ｃ２４１Ｏ。该芯片内部集成了ＳＰＩ、Ｉ　Ｃ、　ＵＳＢ、Ｉ　ＣＤ等多种接口。针对其ＳＰＩ接口，用８０５１外接一　个４×４键盘电路，并用Ｐ０口实现一个ＳＰＩ协议接口与　￥３Ｃ２４１０的通信。　

１．１　硬件电路连接　

ＳＰＩ接线电路如图１所示。　

５．１ｋ．ｑ。］［　×４．　

ｒＮＴ１　正　ｌ　

ｎＳＳ１／ＧＰＢ６　ＰＯ．７　／１　Ｐ１．７　ＳＰＩＣＬＫ一１，ＧＰＧ７　ＰＯ・０　Ｐ１．６　－，ｑ　ＳＰｒＭＩＳＯ一１／ＧＰＥ５　Ｐ０．１　－，ｑ　ＳＰＩＭ０ＳＩ一１／ＧＰＥ６　ＰＯ．２　Ｐ１・５　Ｐ１．４　Ｐ１．０　ＥＩＮＴ１／ＧＰＦ１　ＰＯ．３　Ｐ１．１　Ｐ１．２　Ｐ１．３　

图１　ＳＰＩ接线电路　

ＳＰＩ接口：ｎＳＳ１（从ＳＰＩ设备的片选信号）、ＳＰＩＣＩ　Ｋ一　１（同步时钟信号）、ＳＰＩＭＩＳＯ一１（ＳＰＩ接收信号）、ＳＰＩＭＯＳＩ　１（ＳＰＩ发送信号）、ＥＩＮＴ１（键盘按键中断信号）。　键盘按键：数字键０～９，方向键十、　、一、一，确定　

键，取消键。　

１．２　ＳＰＩ通信协议　

ＳＰＩ（Ｓｅｒｉａｌ　Ｐｅｒｉｐｈｅｒａｌ　Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）协议是一种串行通信　协议，时钟信号ＳＣＫ产生同步脉冲，ＭＩＳＯ为输入信号，　ＭＯＳＩ为输出信号。￥３Ｃ２４１０使用Ｖ２．１１版本ＳＰＩ协议，　并支持ＤＭＡ方式。￥３Ｃ２４１０　ＳＰＩ时序如图２所示。　

Ｃｙｄｅ　

Ｓ尸ｌＣＬＫ　

ＭｏＳｌ　

ＭｌＳｏ　１　Ｉ　２　ｌ　３　Ｉ　４｝５　ｌ　６　Ｉ　７　ｌ　８　

图２￥３Ｃ２４１０　ＳＰＩ时序　

１．３　用８０５１实现ＳＰＩ协议　

当用户按下４×４键盘中的任意一个按键时，ＩＮＴ１端　变低，向ＣＰＵ发出中断请求，执行中断服务程序扫描键　盘，判断按键。然后，设置Ｐ０．３为低电平，产生ＩＮＴ１中　断到￥３Ｃ２４１０。随后，￥３Ｃ２４１０通过ＳＰＩ接口读取８０５１发　出的串行信号，并转换为具体的键值。具体的８０５１硬件　

代码可参考驱动程序的代码。　

２　ＷｉｎＣＥ键盘驱动结构　

２．１　ＷｉｎＣＥ驱动程序的基本结构　

ＷｉｎＣＥ下的驱动程序结构有两种：单体结构和分层　结构。单体结构即将通用的驱动程序接口和特定的硬件　接口在同一层面上实现；分层结构将同一设备的驱动程序　分成两层——平台相关驱动ＰＤＤ和模型设备驱动ＭＤＤ。　前者和具体的设备绑定在一起，是针对特定设备特定型号　的；后者是同一类设备驱动中公用的部分，主要由ＣＥ的　

系统支持提供，通常不需要修改。　

７　８《平　机　嵌入式条诧应内》ｌ圈匝圈匝盈圈唧　ａｄｖ＠ｍｅｓｎｅｔ．ｃｏｒｎ．ｃｎ（广告专用）

　维普资讯 http://www.cqvip.com ２．２　ＷｉｎＣＥ键盘驱动框架结构及接口函数　

２．２．１键盘驱动框架结构　

键盘驱动结构分为多层：键盘布局管理器和当前平台输　

人语言属于ＭＤＤ层，基本　上由ＷｉｎＣＥ操作系统实　现；矩阵键盘平台相关驱　动和矩阵键盘平台相关驱　动属于ＰＤＤ层，与硬件设　备密切相关，由用户实现；　图形窗口引擎系统负责对　

键盘驱动进行调用及管　理。矩阵键盘驱动结构框　图如图３所示。　Ｉ图形窗口引擎系统（ＧｗＥｓ）Ｉ　●　’　…，　…　Ｊ键盘布局管理器ｆ　▲　’　矩阵键盘平台相关驱动ｌ　当前平台　输入语言　

｝　ｆ　ｌ矩阵键盘设备布局　

图３矩阵键盘驱动结构框图　

２．２．２键盘驱动接口函数定义　

由用户实现的键盘接口函数如下：　

ＫｅｙｂｄＤｒｉｖｅｒｌｎｉｔｉａｌｉｚｅＥｘ　／／键盘驱动初始化函数　

ＫｅｙｂｄＤｒｉｖｅｒＰｏｗｅｒＨａｎｄｌｅｒ　／／电源管理　

ＫｅｙｂｄＤｒｉｖｅｒＧｅｔＩｎｆｏ　／／获取驱动信息　

ＫｅｙｂｄＤｒｉｖｅｒＳｅｔＭｏｄｅ　／／设置驱动模式　ＫｅｙｂｄＤｒｉｖｅｒＩｎｉｔＳｔａｔｅｓ　／／初始化状态　

ＫｅｙｂｄＤｒｉｖｅｒＶＫｅｙＴｏＵｎｉｃｏｄｅ／／虚拟键码转换　ＫｅｙｂｄＤｒｉｖｅｒＭａｐＶｉｒｔｕａｌＫｅｙ　／／虚拟键映射　

ＬａｙｏｕｔＭｇｒＧｅｔＫｅｙｂｏａｒｄＴｙｐｅ／／键盘布局管理函数　

…　／／省略部分不关键函数　Ｍａｔｒｉｘ　／／ＰＤＤ矩阵键盘人口函数　

２．３键盘驱动程序加载　

ｗｉｎＣＥ系统运行时默认启动ＮＫ．ｅｘｅ、ＧＷＥＳ。ｅｘｅ、　

ＦｉｌｅＳｙｓ。ｅｘｅ和Ｄｅｖｉｃｅ．ｅｘｅ四个进程。其中ＧＷＥＳ。ｅｘｅ进　

程负责流键盘驱动的加载。ＧＷＥＳ。ｅｘｅ进程会查找注册　

表中的ＨＫＥＹ—Ｉ　（）ＣＡＬ—ＭＡＣＨＩＮＥ＼ＨＡＲＤＷＡＲＥ＼ＤＥ—　

ＶＩＣＥＭＡＰ＼ＫＥＹＢＤ中ＤｒｉｖｅｒＮａｍｅ，将其加载到内存中，　

然后调用ｋｂｄｍｏｕｓｅ。ｄｌｌ的ＫｅｙｂｄＤｒｉｖｅｒｌｎｉｔｉａｌｉｚｅＥｘ函数　

初始化键盘驱动。　

２．４对键盘ｉ／ｏ口及寄存器操作　

ｗｉｎＣＥ对外部硬件的操作主要是通过控制硬件的　

Ｉ／Ｏ接口及内部控制寄存器来实现的。由于ＷｉｎＣＥ通过　ＭＭＵ（内存管理）单元操作内存，不能直接访问外部接口　

及寄存器，因此必须用ＶｉｒｔｕａｌＡｌｌｏｃ分配一块虚拟地址空　

间，然后用ＶｉｒｔｕａｌＣｏｐｙ将硬件设备寄存器的物理地址与　

ＶｉｒｔｕａｌＡｌｌｏｃ分配的虚拟地址做一个映射关系，再通过操　

纵虚拟地址操纵相应的寄存器及Ｉ／Ｏ接口。　２．５　中断处理　

ＷｉｎＣＥ对外部硬件的响应主要是通过中断实现的，　

主要包括中断初始化、中断等待及中断处理，流程如图４　

所示。　

ｒ　广…一…］　虱ＩＳＴ　Ｉ　Ｉ　

ＯＥＭ硬件　

图４　中断处理流程　

①硬件设备向Ｋｅｒｎｅｌ发送中断异常的代码。如果检　

测到这个中断异常，就会被Ｋｅｒｎｅｌ层的异常处理所截获。　

②中断服务调度程序会调用ＯＡＬ例程中的ＯＥＭ—　

ＩｎｔｅｒｒｕｐｔＤｉｓａｂｌｅ函数。这个函数会通知硬件在处理完这　

一中断前关闭特殊的中断，但其他中断仍然处于开放　

状态。　

③调用中断服务例程ＩＳＲ以决定如何处理这一　

中断。　

④Ｋｅｒｎｅｌ接收到ＩＳＲ的返回值以得知如何处理这一　中断。它的响应结果之一是忽略掉这一中断不作处理　（ｓＹｓＩＮＴＲ—Ｎ（）Ｐ），另一结果是准备执行ＩＳＴ。　

⑤Ｋｅｒｎｅｌ引发中断服务调度程序来唤醒中断服务线　

程去工作。ＩＳＴ是常规的Ｗｉｎ３２线程，一旦启动后，它会　

创建必要的ＥＶＥＮＴ然后等待该ＥＶＥＮＴ被激发。中断　

服务调度通过调用ＰｕｌｓｅＥｖｅｎｔ函数来激发ＥＶＥＮＴ，从而　

唤醒ＩＳＴ线程运行。　

⑥当唤醒以后，ＩＳＴ会对中断进行必要的处理，如将　

数据移动到缓冲区或其他有意义的事。　⑦如果需要，ＩＳＴ会借助于Ｉ／Ｏ支持例程访问硬件　

设备。　⑧当ＩＳＴ处理完成后，它会调用ＩｎｔｅｒｒｕｐｔＤｏｎｅ函数　

通知Ｋｅｒｎｅｌ。　⑨Ｋｅｒｎｅｌ调用ＯＥＭＩｎｔｅｒｒｕｐｔＤｏｎｅ函数完成此次中　

断的处理过程，ＯＡＬ例程通知硬件设备重新启用中断。　

３矩阵键盘驱动实现　

人口函数ＫｅｙｂｄＤｒｉｖｅｒＩｎｉｔｉａ１ｉｚｅＥｘ调用定义的键盘　

ＰＤＤ函数（ｇ—ｒｇｐｆｎＰｄｄＥｎｔｒｉｅｓ定义），实现对ＳＰＩ设备初　

始化、外部键盘中断处理、虚拟键码转换等功能。　

…　…　…　ｒ船碹士田、　ｈ　：………ｌｌ…Ｒ＿Ｆ　ｋ　～…　７　

９　维普资讯 http://www.cqvip.com 艨　

３．１　ＳＰｌ设备初始化　

初始化主要包括：映射Ｉ／Ｏ控制寄存器及ＳＰＩ寄存　

器；初始化ＳＰＩ设备两部分。　（１）映射Ｉ／ｏ控制寄存器及ＳＰＩ寄存器　①读取注册表键值。主要有中断号、Ｉ／Ｏ控制寄存　器基地址、ＳＰＩ控制寄存器基地址。　②映射ＳＰＩ控制及Ｉ／Ｏ控制寄存器。　／／ＳＰＩ控制寄存器ｖ—ｐＳＰＩｒｅｇｓ基地址映射　

ｖ—ｐＳＰＩｒｅｇｓ＝ＶｉｒｔｕａｌＡｌｌｏｃ（０，ｓｉｚｅｏｆ（￥３Ｃ２４１０Ｘ—ＳＰＩ—ＲＥＧ），　ＭＥＭ—ＲＥＳＥＲＶＥ，ＰＡＧＥ—ＮＯＡＣＣＥＳＳ）；　ＶｉｒｔｕａｌＣｏｐｙ（（ＰＶＯＩＤ）ｖ—ｐＳＰＩｒｅｇｓ，（ＰＶＯＩＤ）（ｄｗＳＳＰＢａｓｅ），　ｓｉｚｅｏｆ（￥３Ｃ２４１０Ｘ～ＳＰＩ—ＲＥＧ），ＰＡＧＥ—ＲＥＡＤＷＲＩＴＥ　ｌ　ＰＡＧＥ—　Ｎ（）ＣＡＣＨＥ）　Ｉ／Ｏ控制寄存器基地址ｖ—ｐｌＯＰｒｅｇｓ的映射与上面的　代码类似。　（２）初始化ＳＰＩ设备　主要是对上面已经映射了的Ｖ　ｐＳＰＩｒｅｇｓ、Ｖ　ｐＩＯＰｒｅｇｓ　进行操作。　／／设置ＥＩＮＴ１（ＫＢＤＩＮＴ）中断　

ｖ—ｐＩＯＰｒｅｇｓ　ＧＰＦＣＯＮ＆＝（～（０ｘ３《２）Ｉ（０ｘ２《２））；　／／设置ＧＰＦ１脚为中断　

ｖ—ｐＩＯＰｒｅｇｓ　ＥＸＴＩＮＴＯ＆一（～（０ｘ７《４）ｌ（０ｘ２《４））；　／／设置ＥＩＮＴ１为下降沿触发　／／设置ＳＰＩ　Ｉ／（）接口　

ｖ—ｐＩＯＰｒｅｇｓ　ＧＰＧＣＯＮ＆＝～（（Ｏｘ３《１０）ｌ（０ｘ３＜＜１２）ｌ　

（０ｘ３《１４））；　

ｖ—ｐＩＯＰｒｅｇｓ一＞ＧＰＧＣＯＮ　ｌ＝（（０ｘ３《１０）ｌ（０ｘ３《１２）Ｉ　（０ｘ３《１４））；　／／设置ｎＳＳ信号（ｎＳＳ＿ＫＢＤ）　

ｖ＿ｐＩＯＰｒｅｇｓ　ＧＰＢＣＯＮ　．＝（～（０ｘ３＜＜１２）Ｉ（ＯＮＥＢＩＴ＜＜　１２））；　／／设置ＳＰＩ寄存器　

ｖ—ｐＳＰＩｒｅｇｓ～＞ＳＰＣＯＮ１＝（ＯＮＥＢＩＴ＜＜５）Ｉ（ＯＮＥＢＩＴ＜＜４）ｌ　（ＯＮＥＢＩＴ＜＜３）Ｉ（０ｘＯ《２）Ｉ（ＯＮＥＢＩＴ＜＜１）；　／／设置时钟频率　

Ｖ　ｐＳＰＩｒｅｇｓ　ＳＰＰＲＥ１—２５５：，／／９９．１２１　ｋＨｚ　

３．２按键信号中断处理　

在Ｉｎｔｅｒｒｕｐｔｌｎｉｔｉａｌｉｚｅ中初始化中断，然后在ＫｅｙｂｄｌｓｔＬｏｏｐ　中调用ＷａｉｔＦｏｒＳｉｎｇｌｅＯｂｊｅｃｔ监听中断并调用，之后在中断处　理函数ＫｅｙｂｄＰｄｄ＿ＧｅｔＥｖｅｎｔＥｘ２对中断进行处理。关键代　

码如下：　／／创建键盘事件、初始化中断　

ｍ—ｈｅｖＩｎｔｅｒｒｕｐｔ—ＣｒｅａｔｅＥｖｅｎｔ（ＮＵＬＬ，ＦＡＬＳＥ，ＦＡＬＳＥ，　ＮＵＬＬ）：　ＩｎｔｅｒｒｕｐｔＩｎｉｔｉａｌｉｚｅ（ｇ—ｄｗＳｙｓＩｎｔｒ—Ｋｅｙｂｄ，ｒｆｌ—ｈｅｖ！ｎｔｅｒｒｕｐｔ，　ＮＵＬＬ，０）　／／关联中断事件、系统中断号、中断处理函数、键码虚拟码　／／转换函数　ｋｅｙｂｄＩｓｔ．ｈｅｖＩｎｔｅｒｒｕｐｔ—ｍ—ｈｅｖＩｎｔｅｒｒｕｐｔ；　ｋｅｙｂｄＩｓｔ．ｄｗＳｙｓＩｎｔｒ—Ｋｅｙｂｄ＝ｇ—ｄｗＳｙｓＩｎｔｒ—Ｋｅｙｂｄ；　／／系统中断号　ｋｅｙｂｄＩｓｔ．ｕｉＰｄｄＩｄ＝ｖ—ｕｉＰｄｄＩｄ；　／／ＰＤＤ标识　ｋｅｙｂｄＩｓｔ．ｐｆｎＧｅｔＫｅｙｂｄＥｖｅｎｔ＝ＫｅｙｂｄＰｄｄ—ＧｅｔＥｖｅｎｔＥｘ２；　／／键盘中断处理函数　ｋｅｙｂｄＩｓｔ．ｐｆｎＫｅｙｂｄＥｖｅｎｔ—ｖ＿ｐｆｎＫｅｙｂｄＥｖｅｎｔ：　／／调用ＷａｉｔＦｏｒＳｉｎｇｌｅＯｂｊｅｃｔ监听中断　ＫｅｙｂｄｌｓｔＬｏｏｐ（＆ｋｅｙｂｄＩｓｔ）：　

３．３键盘中断处理函数　

在中断处理函数Ｋｅｙｂｄ—　Ｐｄｄ＿ＧｅｔＥｖｅｎｔＥｘ２中，主要完　成键盘数据的读取，数据流　程如图５所示。　关键代码如下：　／／选通键盘设备　选通键盘设备　＋　等待设备准备好　●　等待读取完毕　＋　设置设备为非选通状态　＋　读取键盘值　

ｖ＿ｐｌＯＰｒｅｇｓ　ＧＰＢＤＡＴ　图５　ＳＰｌ键盘数据读取流程　

一～（ＯＮＥＢＩＴ＜＜６）；／／等待ＳＰＩ设备准备好　ｗｈｉｌｅ（（ｖ—ｐＳＰＩｒｅｇｓ　ＳＰＳＴＡ１＆．ＯＮＥＢＩＴ）一一Ｏ）；　／／开始读取　

ｖ—ｐＳＰＩｒｅｇｓ　ＳＰＴＤＡＴ１—０ｘＦＦ｝　／／等待读取完毕　

ｗｈｉｌｅ（（ｖ—ｐＳＰＩｒｅｇｓ　ＳＰＳＴＡ１＆ＯＮＥＢＩＴ）一一０）；　／／设置设备为非选通状态　

ｖ—ｐＩＯＰｒｅｇｓ　ＧＰＢＤＡＴ　ｌ一（ＯＮＥＢＩＴ＜＜６）；　／／读取键盘值　Ｋｅｙ＝ｖ—ｐＳＰＩｒｅｇｓ　ＳＰＲＤＡＴ１；　

３．４虚拟键码映射　

虚拟键码映射主要是根据虚拟键码表把相应的硬件　码转换为ＷｉｎＣＥ系统键码，然后把ＷｉｎＣＥ系统键码传递　

给ｌａｙｏｕｔｍｇｒ。涉及的主要结构如下：　

ｓｔａｔｉｃ　ＤＥＶＩＣＥ—ＬＡＹＯＵＴ　ｄｌＭａｔｒｉｘＥｎｇＵｓ＝｛　ｓｉｚｅｏｆ（ＤＥＶＩＣＥ—ＬＡＹＯＵＴ），ＭＡＴＲＩＸ＿ＰＤＤ，　ｒｇｓｃｖｋＭａｔｒｉｘＥｎｇＵＳＴａｂｌｅｓ，　ｄｉｍ（ｒｇｓｃｖｋＭａｔｒｉｘＥｎｇＵＳＴａｂｌｅｓ），／／虚拟键码表　ＭａｔｒｉｘＵｓＲｅｍａｐＶＫｅｙ　／／虚拟键转换函数　）；　其中函数ＭａｔｒｉｘＵｓＲｅｍａｐＶＫｅｙ负责硬件ｋｅｙ到虚　

拟键码转换。虚拟键码表格式如下：　ＶｉｒｔｕａｌＫｅｙＭａｐｐｉｎｇ　ｒｇｓｃｖｋＭａｔｒｉｘＥｎｇＵＳＴａｂｌｅｓ［］一　｛｛１　，ＶＫ—Ｆ１｝，｛　２　，ＶＫ—Ｆ２｝，…｝　

３．５与应用程序交互　

由键盘布局管理器（１ａｙｏｕｔｍｇｒ）调用函数ＳｅｎｄＲｅ—　ｍａｐｐｅｄＥｖｅｎｔ，产生键盘事件Ｋｅｙｂｄ～Ｅｖｅｎｔ给ＧＷＥＳ，然　

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