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第26卷第1期2019年2月
Android 平台矩阵键盘的设计与实现
张建民I 黄思育°*
*收稿日期：2018-11 -12
基金项目：泉州市科技计划项目（2014Z135）。
作者简介：张建民（ 1975—），男，河南开封人，高级工程师，硕士，主要从事Linux 内核驱动及应用开发研究。
*通讯作者：黄思育（1976—），女，福建泉州人，实验师.硕士，主要从事前端技术与移动开发研究:Email ： 70404342@qq
（1.深圳电器公司技术中心，广东深圳518000；
2.泉州师范学院数学与计算机科学学院，福建泉州362000）
件平台，使用I2C 接口的TCA8418芯片来扩展矩阵键盘，在Linux4. 4内核中对矩阵键盘驱动进行了适配，在
Android6. 0平台上实现了矩阵键盘的功能；通过功能测试验证了工控终端实体按键的功能：釆用的方法较好
地解决了嵌入式硬件平台扩展矩阵键盘的设计问题，为工控终端的实体按键设计提供了可靠的方法
关键词：Android；工控终端；矩阵键盘
中图分类号：TP39 文献标志码：A 文章编号：1009 - 0312 （ 2019 ） 01 -0057 - 06
随着终端智能化的快速发展，矩阵键盘在工控类终端中得到了广泛应用：「7；矩阵键盘作为一种人
机交互接口，便于用户快捷地操作终端，提高工作效率。Android 是一种基于Linux 的开源操作系
统主要用于智能手机、平板电脑、工控终端等产品；Android 系统自带虚拟键盘，但屏幕的大小
和触屏灵敏度直接影响虚拟键盘的使用效率和用户体验，一旦触摸屏失灵，虚拟键盘将不能使用。在稳
定性和可靠性较高的工业控制领域，虚拟键盘并不是最佳选择。
采用I2C 接口的TCA8418芯片来扩展矩阵键盘，在Linux4. 4内核中对矩阵键盘驱动进行了适配,
在Android6. 0平台上实现了矩阵键盘的功能，满足了工控终端高稳定性和高可靠性的要求。
1工控终端的软硬件平台
1. 1工控终端的硬件平台
工控终端矩阵键盘芯片采用美国TI 公司的TCA8418，该芯片是一款具有集成ESD 保护的8行10列
的键盘扫描器件，具有18个GPIO，这些GPIO 可通过I2C 接口支持多达80个按键；当按键按下时,
该芯片进行消抖处理，并存储按键按压和释放事件的10字节FIFO，该FIFO 借助溢出绕回功能可存储
多达10个按键事件。
工控终端硬件平台由瑞芯微RK3399六核ARM 处理器、2GB LPDDR3内存、32GB eMMC 闪存、5
英寸液晶屏/触摸屏、1300万像素摄像头、AP6356S WIFI/BT 芯片、ALC5640音频芯片、RK808电源管
理芯片、USB/OTG 等部分组成；矩阵键盘芯片TCA8418通过12C 总线与RK3399处理器相连，工控终 端的硬件平台如图1所示。1.2工控终端的软件平台
工控终端软件平台采用Android6. 0系统，由Linux 内核、Android 运行时和库、应用程序框架、应
用程序四个层次组成9-"]o Linux 内核已包括显示驱动、摄像头驱动、触摸屏驱动、音频驱动、USB 驱
动、WIFI/BT 驱动、电源管理等；Android 运行时和库包括界面管理器、媒体框架、SQLite 、WebKit 、 libc 、核心库、Dalvik 虚拟机等；应用程序框架包括活动管理器、窗口管理器、内容提供者、通知管理
器、位置管理器等；应用程序包括主程序、联系人、电话、浏览器、小部件等。工控终端的软件平台如
泉州师范学院58东莞理工学院学报2019年
LPDDR3内存EMMC闪存USB/OTG
USB
DDR3EMMC
5英寸液晶屏/
触摸屏n MIPI
I2C RK808
瑞芯微RK3399
六核ARM处理器
电源管理芯片
1300万像素
、MIP]I2S ALC5640"佞克摄像头I2C一音频芯片一丽器
SDIO UART I2C
AP6356S TCA8418
WIFI/BT芯片矩阵键盘芯片
图1工控终端的硬件平台
图2所示。
应用程序
iifi'Jr-联系人电话浏览器/卜部件|
活动管理器
应用程序框架
窗［1管理懸内容提供者通知管理器电话管理器位置管理器…
库
r
1Android运行时
界面管理器，媒体框架SQLite1
1
核心库
WebKit libc…1Dalvik虚拟机
Linux内核
显示驱动蓝牙驱动触摸屏驱动音频驱动电源管理
WIFI驱动摄像头驱动闪存驱动USB驱动...
图2工控终端的软件平台
2Android平台矩阵键盘的功能实现
工控终端采用Android6.0系统，具有4行3列的矩阵实体按键功能（数字0~数字9、星号、井号）；矩阵
键盘芯片TCA8418的设备驱动在Linux4.4内核中进行适配，键值映射在Android6.0系统文件中进行配置。每部分的设计与实现简述如下。
2.1矩阵键盘Linux驱动适配
在Linux4.4内核中，采用设备树对硬件资源进行描述，设备树可以描述的信息包括CPU的数量和类别、内存基地址和大小、总线和桥、外设连接、中断控制器和中断使用情况、GPIO控制器和GPIO 使用情况、Clock控制器和Clock使用情况等。
TCA8418芯片设备从地址为0x34；TCA8418芯片与RK3399处理器的I2C4控制器相连，总线时钟为100kHz。矩阵键盘芯片的硬件资源需在目录树源文件中进行描述，在Linux4.4源码中到arch/ ann64/boot/dts/rockchip/rk3399-android-6.0.dtsi文件，加入以下内容：
第1期张建民，等：Android平台矩阵键盘的设计与实现59
&i2c4|
status="okay"；
clock-frequency=<100000>；
tca8418：tca8418@34|
compatible="ti,tca8418"；
interrupt一parent=<&gpiol>；
interrupts=<23IRQ_TYPE_LEVEL_LOW>；
reg=<0x34>；
keypad,num一rows=<4>；
keypad, num-columns二<3>；
linux,keymap=<0x00000201
0x00010202
0x00020203
0x01000204
0x01010205
0x01020206
0x02000207
0x02010208
0x02020209
0x0300020a
0x03010200
0x0302020b>；
I;
I
Linux4.4内核源码中已包含TCA8418芯片的设备驱动，代码文件包括drivers/input/keyboard/ tca8418_
keypad,c和include/linux/input/tca8418_keypad,h；在arch/arm64/configs/rockchip_defconfig配置文件中加入CONFIG_KEYBOARD_TCA8418=y,TCA8418芯片设备树与设备驱动通过以下代码自动匹配：
#ifdef CONFIG.OF
static const struct of_devicetca8418_dt_ids[]=|
Ipatible="ti,tca8418",1,//和设备树中的compatible必须一致
I I
I；
MODULE_DEVICE_TABLE(of,tca8418_dt.ids)；
#endif
static struct i2c_driver tca8418_keypad_driver二|
.driver=|
.name=TCA8418.NAME,
.of_match_table=of_match_ptr(tca8418_dt_ids),
I,
.probe=tca8418_keypad_probe,
.id.table=tca8418_id,
i；
2.2Android键值映射
Android6.0输入事件的源头是位于/dev/i叩ut/下的设备节点，而输入系统的终点是由WindowMan-agerService管理的某个窗口。最初的输入事件是Linux4.4内核生成的原始事件，而最终交付给窗口的则是KeyEvent或MotionEvent对象。因此Android6.0输入系统的主要工作是读取设备节点中的原始事件，
60东莞理工学院学报
2019 年
将其加工封装，然后派发给一个特定的窗口以及窗口中的控 件。
当按键被按下或释放时，Linux Event 设备/dev/input/
eventX ，产生按键扫描码ScanCode （整数类型）；Android
framework 层通过按键布局文件（keylayout ）将按键扫描码转
换成按键标签KeycodeLabel （字符串）；Android 应用层通过按
键码转化，将按键标签转化成相应的按键码keyCode （整型
数）。键值上报的流程如图3所示。
矩阵键盘芯片TCA8418的Android 键值映射过程如下。1 ）按键的扫描码在Linux4. 4驱动里面被映射为kernel/in- clude/ uapi/linux/input - event - codes, h 里面定义的某个键值,
但这个键值只在Linux 内核中使用，数字0〜数字9、星号、 井号的定义如下：
按键码KeyCode （整型数）
图3键值上报流程
#define KEY_NUMERIC_POUND 0x20b / * 丼号 * /
#define KEY_NUMERIC_00x200/*数字0
*/#define KEY_NUMERIC_10x201/*数字1 */#define KEY_NUMERIC_2
0x202/*数字2*
/#define KEY_NUMERIC_30x203
/ *数字3 */#define KEY_NUMERIC_40x204/ *数字4 */
#define KEY_NUMERIC_5
0x205
/*数字5*
/#define KEY_NUMER1C_60x206/ *数字6 */#define KEY_NUMERIC_7
0x207/ *数字7 */
#define KEY_NUMERIC_80x208
/*数字8 */
#define KEY_NUMERIC_9
0x209
/ *数字9 */
#define KEY_NUMER1C_STAR 0x20a / * 星号 * /
2） Androi （16. 0 源码目录下的 device/rockchip/common/tca8418_keypad. kl 文件完成
Linux 键值到Android 系统键值的映射，tca8418_keypad. kl 配置文件内容如下：
key 0x200key 0x201key 0x202key 0x203key 0x204key 0x205key 0x206key 0x207key 0x208key 0x209
key 0x20a
key 0x20b
1
2
34
5
6
7
8
9
STAR
POUND
3) Android6. 0 源码目录下的 framework/native/include/input/InputEventLabels. h
文件定义了按键标签转化成相应的按键码keyCode，具体定义如下：
#define DEFINE_KEYCODE( key ) | #key, AKEYCODE_##key |
struct InputEventLabel |
const char * literal ；int value ；
I ；
static const InputEventLabel KEYCODES [ ] = |
DEFINE_KEYCODE(0)
,
第1期张建民，等：Android平台矩阵键盘的设计与实现61
DEFINE_KEYCODE(1),
DEFINE_KEYCODE(2),
DEFINE_KEYC0DE(3),
DEFINE_KEYC0DE(4),
DEFINE_KEYC0DE(5),
DEFINE_KEYCODE(6),
DEFINE_KEYC0DE(7),
DEFINE_KEYC0DE(8),
DEFINE_KEYCODE(9),
DEFINE_KEYCODE(STAR),
DEFINE_KEYCODE(POUND),
Android6.0源码目录下的frameworks/native/include/android/keycodes.件定义了Android按键码keyCode的具体定义。
enum
AKEYCODE.O=7,
AKEYCODE_1=8,
AKEYCODE_2=9,
AKEYCODE_3=io.
AKEYCODE_4=H,
AKEYCODE_5=12,
AKEYCODE_6=13,
AKEYCODE_7=14,
AKEYC()DE_8=15,
AKEYCODE_9=16,
AKEYCODE.STAR=17,
AKEYCODE_POUND=18,
3功能测试
在Android开发的计算机平台上，编译工控终端定制的Android6.0系统，将编译好的系统镜像文件烧写到工控终端，重启工控终端加载Android6.0系统。在计算机上安装adb工具，通过micro usb调试线缆连接工控终端，在计算机上输入adb shell命令连接到工控终端，矩阵键盘芯片TCA8418在Linux4.4内核中对应的设备为/dev/input/eventO，如果设备eventO存在，则说明TCA8418芯片已被探测到，并且加载了其设备驱动；使用android系统中的getevent工具验证工控终端矩阵键盘功能是否正常。
在adb shell提示符"shell@gkzd：/#"下输入getevent-1/dev/input/eventO，当按下或释放数字0 ~数字9、星号、井号实体按键时，均能正确上报按键的事件类型、事件代码、事件值等信息；通过这些信息可得出实体按键扫描码、按键标签、按键码的对应关系，如表1所示。
表1实体按键扫描码、按键标签、按键码的对应关系
实体按键名称扫描码（整数）按键标签（字符串）按键码（整数）数字1KEY_NUMERIC,1(0x201)18
数字2KEY_NUMERIC.2(0x202)29
数字3KEY_NUMERIC.3(0x203)310
数字4KEY_NUMERIC.4(0x204)411
数字5KEY NUMERIC.5(0x205)512
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