HAODE基于Android平台的键盘输入技术研究

天地（常州）自动化股份有限公司 蒋 华

1.引言

近年来，伴随着云计算的飞速发展，物联网技术的革新，智能终端以一种前所未有的速度在铺开；在软件层面，Android、iOS、Win8等智能终端操作系统三分天下，代表了智能终端操作系统的发展趋势；而在硬件层面，以ARM架构为代表的高速、多核CPU，在智能终端平台占据了统治地位。

虽然煤矿生产作为一个特殊领域，有其安全性、防爆、防潮等特殊的工艺要求，但并不妨碍在煤矿生产领域引进智能终端平台，不但可以跟随技术趋势，实现矿业生产的技术升级；而且可以用更先进的平台、技术来为矿业生产服务。

然而，在煤矿生产领域引进先进的智能终端平台，有一个明显的缺陷性，即智能终端的代表性技术——触摸屏技术在矿业作业区域的使用，尚无法达标。矿场作业区域的湿度、粉尘等外界环境制约了触摸屏在矿场环境的长时间使用。因此，在引进智能终端技术的同时，我们需要作出适当的取舍，在放弃使用触摸屏技术的前提下，采用隔爆、防尘、防水的屏幕，同时结合传统的键盘输入技术，以满足矿场的环境技术需求，使得智能终端平台在矿场环境中得到新的发展。

2.Android输入系统解析

Android中，主要的输入硬件设备是键盘、触摸屏、轨迹球等。输入系统的结构也比较简单，自下而上包含了驱动程序、本地库处理部分、硬件抽象层、Java框架层、Android应用程序层。Android用户输入系统的结构如图1所示，此处不做详细介绍，将在下文作具体讲解。

3.Linux内核驱动层分析

在工作生活中，接触最多的就是全键盘，通过USB接口就能连接上主机进行使用；我们的平台初期也实现了USB全键盘和USB鼠标的驱动，在没有触摸屏的情况下，它们是输入系统的重要实现方式，但是，全键盘的体型、安全性限制，无法在井下环境中使用。

此处，我们所要介绍的键盘是两种非常规的键盘：矩阵键盘和按键键盘。两者各有优缺点，矩阵键盘具有使用CPIO接口少，实现按键多的优点，缺点却是驱动实现方式较复杂，并且需要CPU不停地扫描键值，消耗有限的CPU资源；按键键盘占有GPIO接口较多，一个接口一个按键，对物理资源GPIO口消耗较多，优点在于驱动实现简单，且增加按键方便。

在Android平台上，我们所要引进的键盘是要能够在Android应用中替代button控件，实现按键控制；并且要通过有限的按键数目实现数字、字母、中文的输入，符合这些要求的，只有传统键盘符合，只是它的接口方式可以有矩阵和按键两种，此处主要以按键键盘为例来介绍。

Linux从2.6版本开始引入了platform这个概念，将设备驱动的开发工作主要分为两块：platform_device和platform_driver。前者主要完成板级的硬件设备资源的添加；后者负责实现具体的设备驱动程序。

在开发底层驱动程序时，首先要确认的就是设备的资源信息，在2.6内核中将每个设备的资源用结构platform_device来描述。该结构体定义在/include/linux/platform_device.h中。具体实现如下步骤：

1)定义按键属性，如下文本框中GPIO_BUTTON的宏定义，此处重点关注两个参数：gpio_num和evc_code。前者需要根据芯片手册选择所需要与按键相连的GPIO接口的序号，后者代表了按键在Linux内核系统中的键值，详见include/linux.h.

2)将所需使用的按键构成一个GPIO键盘结构体数组smd_buttons，并以数组名称和数组大小添加到GPIO按键驱动平台gpio_keys_platform_data中。

3)将GPIO按键添加至设备平台驱动类型platform_device中，并实现设备平台驱动类型的注册platform_device_register(&smd_button_device)；

4)在完成platform_device的注册之后，就需要在内核驱动层进行具体设备的驱动移植开发，驱动程序需要实现结构体platform_driver，也定义在/include/linux/platform_device.h中。键盘驱动的实现可见driver/input/gpio_keys.c文件。根据platform_driver提供的接口函数，完成具体的probe、remove等函数的实现，即可完成按键键盘驱动的实现。

至此，即完成了按键键盘的驱动移植工作。在完成按键键盘驱动的移植之后，为了避免再次移植矩阵键盘驱动的麻烦，我们可以使用一个单片机完成矩阵键盘接口电平到按键电平的转换，通过硬件的转接，即能在按键键盘驱动的基础上实现对矩阵键盘的驱动。具体的实现电路就不再列举。

4.本地库处理系统

本地库处理系统主要负责对Linux内核层上报的按键键值进行二次转换，并进行封装上报至Java框架层。简而言之，android按键消息通过二次转换：

1)将驱动report上来的SCANCODE，通过文件qwerty.kl的映射，得到KEYCODE字串；

2)通过二维表static const KeycodeLabel KEYCODES[]，将上面的字符串转换成android需要的键值信息。如果是输入键，还需要查询keymap，得到相应的字符。

图1 Android输入系统框图

5.Java框架层

如图2所示，由KeyInputDevice等类来处理EventHub传递上来的信息，通过RawInputEvent和KeyEvent来表示。按键事件，以KeyEvent的形式传送给应用程序；而触摸屏和轨迹球事件以RawInputEvent的形式转换形成MotionEvent事件传送给Android应用程序。

在这个层面，Google已经完成了相应机制的开发工作，不需要我们进行额外的开发，我们只需要了解按键事件在这一层的处理即可。

6.Android应用层

在Android应用层中，对于按键事件的控制可以通过重写onKeyDown、onKeyUp函数来实现类似Button控件的Listener的监测功能；当按键按下或者回复时，会触发相应键值多对应的Android应用层的操作。

最简单的例子就是，Android手机通常都有的Home键，即是典型的按键功能的实现，当然，我们也能够通过重写Home键的功能，使之实现不同的效果。如下框图中的代码所示，通过判断键值是否为1、2、3，我们来使文本输出不同的打印信息。在此处，赋予键值1、2、3的按键，它的功能类似于触摸屏中的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.与Android Button事件比较

在android应用中，组件button的作用与实体按键作用类似，但也有较大差别；两者之间的差别有二：

1)对于组件button的响应有对应的Listener，会监测组件button事件；对于实体按键，是通过按键键值的转换响应来判断的，主要通过对按键重写onKeyDown、onKeyUp来实现对按键事件的响应；

2)组件button的按下只会有一次响应；而对于实体按键的按下，android系统会定时查询按键状态，可能在用户看来只按下一次按键，但反映到android系统层面却有若干次响应。

8.结语

本文就矿业领域引进智能终端技术遇到的触摸屏技术瓶颈，提出了结合传统键盘输入技术，实现在矿业生产领域的智能终端的输入系统的实现。在智能终端的基础上，我们可以实现语音通话、视频监控、安全宣传等各项功能，并能逐步引入地面成功使用的各种技术，为井下作业提供帮助。

[1]韩超,梁泉.Android系统原理及开发要点详解[M].北京：电子工业出版社,2010.

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