按鍵在我們的項目中是經(jīng)常使用到的組件。一般來說，我們都是在用到按鍵時直接針對編碼，但這樣每次都做很多重復(fù)性的工作。所以在這里我們考慮做一般性抽象得到一個可應(yīng)用于按鍵操作的通用性驅(qū)動程序。

1、功能概述

按鍵操作在我們的產(chǎn)品種經(jīng)常用到，一般都是在特定的應(yīng)用環(huán)境中直接有針對性的操作。但這些按鍵的操作往往有很多的共性，這就為代碼復(fù)用提供了可能。

1.1、按鍵的定義

在開始考慮按鍵操作之前，我們先來分析一下究竟什么是按鍵。按鍵一般來講就是用于信號輸入的按鈕，通過響應(yīng)它的操作我們可以實現(xiàn)想要的功能。但我們這里所說的按鍵不僅包括普通的單體按鍵，還包括如組合鍵、鍵盤等。

對于這些種類的按鍵它們的形態(tài)、功能或許有較大的差異，但我們可以對它們所進行的操作卻很類似。這也是我們能夠統(tǒng)一考慮它們的基礎(chǔ)。

1.2、原理分析

我們已經(jīng)給我們要操作的按鍵劃分了范圍，在此基礎(chǔ)上我們簡單分析實現(xiàn)按鍵操作的基本原理。

首先我們來考慮按鈕操作的原理，其實很簡單，無非就是按下或者彈起兩種狀態(tài)。至于按鈕本身是常開或者常閉，是低電平有效還是高電平有效都沒有問題，我們只要能檢測出其狀態(tài)就可以了。我們考慮按鍵的按下、彈起、連擊和長按等狀態(tài)，如下圖：

其次我們來考慮按鍵狀態(tài)的存儲。在系統(tǒng)中的多個按鍵需要操作時，如何處理響應(yīng)事件就會是一個問題。我們考慮以先入先出隊列來存儲按鍵的狀態(tài)，進而根據(jù)狀態(tài)進行操作。我們需要設(shè)計一個隊列，這是一個先入先出的隊列，擁有一定的存儲空間和讀寫操作指針，具體如下圖所示：

在上圖中，當讀指針與寫指針一樣時，則表示隊列為空。當寫入一個數(shù)據(jù)，則寫指針加一；當讀出一個數(shù)據(jù)，則讀指針加一；當讀指針遇到寫指針則表示在沒有數(shù)據(jù)了。

最后來說一說按鍵狀態(tài)的響應(yīng)。所謂響應(yīng)其實就是對不同的狀態(tài)我們來處理不同的事件。對于每個按鍵我們根據(jù)其狀態(tài)定義事件。在不同的事件中處理我們需要的功能。

在上圖中，狀態(tài)和時間都可以在我們的對象中聲明，但具體的實現(xiàn)形式在應(yīng)用中完成。

2、驅(qū)動設(shè)計與實現(xiàn)

我們已經(jīng)簡單分析了按鍵的基本操作原理，接下來我們將以此為基礎(chǔ)來分析并設(shè)計按鍵操作的通用驅(qū)動方法。

2.1、對象定義

我們依然采用基于對象的操作方式。當然前提是我們得到了可用于操作的對象，所以我們先來分析一下如何抽象面向按鍵操作的對象。

2.1.1、定義對象類型

一般來講，一個對象會包括屬性和操作。接下來我們就從這兩個方面來考慮按鍵對象問題。

首先我們來考慮按鍵對象的屬性問題。我們的系統(tǒng)中總有多個按鍵，為了區(qū)分這些按鍵我們?yōu)槊恳粋€按鍵分配一個ID，用于區(qū)別這些按鍵。所以我們將按鍵ID作為其一個屬性。對于按鍵操作我們一般都會有軟件濾波來實現(xiàn)消抖，我們一如一個濾波計數(shù)用以實現(xiàn)這一過程，我們將濾波計數(shù)也當作它的一個屬性。長按鍵我們需要預(yù)設(shè)檢測時長，同時需要一個計數(shù)來記錄這一過程，所以我們將其設(shè)為屬性。同樣連續(xù)按鍵的周期需要預(yù)設(shè)，而且需要計數(shù)來記錄過程，所以也將這兩個作為屬性。當然按鍵當前的狀態(tài)，我們也可能需要記錄一下，按鍵按下時的有效電平，我們也需要分辨，這些我們也都將其作為屬性。綜上所述按鍵對象的類型定義如下：

/*定義按鍵對象類型*/
    typedef struct KeyObject {
     uint8_t id;//按鍵的ID
     uint8_t Count;//濾波器計數(shù)器
     uint16_t LongCount;//長按計數(shù)器
     uint16_t LongTime;  //按鍵按下持續(xù)時間， 0 表示不檢測長按
     uint8_t  State;//按鍵當前狀態(tài)（按下還是彈起）
     uint8_t  RepeatPeriod;//連續(xù)按鍵周期
     uint8_t  RepeatCount;//連續(xù)按鍵計數(shù)器
     uint8_t ActiveLevel;//激活電平
    }KeyObjectType;

除了按鍵對象，其實我們還需要定義一個數(shù)據(jù)隊列的對象。者如我們前面所說，隊列除了一個數(shù)據(jù)存儲區(qū)外還需要讀寫指針。我們定義如下：

/*定義鍵值存儲隊列的類型*/
    typedef struct KeyStateQueue{
      uint8_t queue[KEY_FIFO_SIZE];//鍵值存儲隊列
     uint8_t pRead;//讀隊列指針
     uint8_t pWrite;//寫隊列指針
    }KeyStateQueueType;

2.1.2、對象初始化配置

對象定義之后并不能立即使用我們還需要對其進行初始化。所以這里我們來考慮按鍵對象的初始化函數(shù)。關(guān)于對象的初始化，初始化函數(shù)需要處理幾個方面的問題。一是檢查輸入參數(shù)是否合理；二是為對象的屬性賦初值；三是對對象作必要的初始化配置。據(jù)此思路我們設(shè)計按鍵對象的初始化函數(shù)如下：

/*按鍵讀取初始化*/
    void KeysInitialization(KeyObjectType *pKey，uint8_t id，uint16_t longTime， uint8_t repeatPeriod，KeyActiveLevelType level)
    {
     if(pKey==NULL)
     {
     return;
     }
     
     pKey->id=id;
     pKey->Count=0;
     pKey->LongCount=0;
     pKey->RepeatCount=0;
     pKey->State=0;
     
     pKey->ActiveLevel=level;
     
     pKey->LongTime=longTime;
     pKey->RepeatPeriod=repeatPeriod;
    }

2.2、對象操作

我們已經(jīng)抽象了按鍵對象類型，也設(shè)計了對象的初始化函數(shù)。接下來我們需要考慮使用對象如何實現(xiàn)操作。根據(jù)我們前面的分析，操作可分為量個部分：按鍵狀態(tài)的檢測和鍵值隊列的操作。

2.2.1、按鍵狀態(tài)檢測

需要周期性的檢測按鍵的狀態(tài)以便我們響應(yīng)按鍵的操作。我們一般10ms檢測一次狀態(tài)，并持續(xù)一定的濾波周期用于消抖。我們檢測到按鍵的不同狀態(tài)后將狀態(tài)存入到相關(guān)的鍵值隊列中。

/*按鍵周期掃描程序*/
    void KeyValueDetect(KeyObjectType *pKey)
    {
     
     if (CheckKeyDown(pKey))
     {
     if (pKey->Count < KEY_FILTER_TIME)
     {
     pKey->Count = KEY_FILTER_TIME;
     }
     else if(pKey->Count < 2 * KEY_FILTER_TIME)
     {
     pKey->Count++;
     }
     else
     {
     if (pKey->State == 0)
     {
     pKey->State = 1;
     
     /*發(fā)送按鍵按下事件消息*/
     KeyValueEnQueue((uint8_t)((pKey->id<<2) + KeyDown));
     }
     
     if (pKey->LongTime > 0)
     {
     if (pKey->LongCount < pKey->LongTime)
     {
     /* 發(fā)送按建持續(xù)按下的事件消息 */
     if (++pKey->LongCount == pKey->LongTime)
     {
     /* 鍵值放入按鍵FIFO */
     KeyValueEnQueue((uint8_t)((pKey->id<<2) + KeyLong));
     }
     }
     else
     {
     if (pKey->RepeatPeriod > 0)
     {
     if (++pKey->RepeatCount >= pKey->RepeatPeriod)
     {
     pKey->RepeatCount = 0;
     /*長按鍵后，每隔10ms發(fā)送1個按鍵*/
     KeyValueEnQueue((uint8_t)((pKey->id<<2) + KeyDown));
     }
     }
     }
     }
     }
     }
     else
     {
     if(pKey->Count > KEY_FILTER_TIME)
     {
     pKey->Count = KEY_FILTER_TIME;
     }
     else if(pKey->Count != 0)
     {
     pKey->Count--;
     }
     else
     {
     if (pKey->State == 1)
     {
     pKey->State = 0;
     
     /*發(fā)送按鍵彈起事件消息*/
     KeyValueEnQueue((uint8_t)((pKey->id<<2)+ KeyUP));
     }
     }
     
     pKey->LongCount = 0;
     pKey->RepeatCount = 0;
     }
    }

2.2.2、鍵值隊列的操作

鍵值隊列的操作就簡單了，主要包括數(shù)據(jù)的寫入、讀出、清空隊列以及隊列是否為空。需要說的是鍵值的存儲，包括量方面類容：按鍵的ID和按鍵的狀態(tài)。我們使用一個字節(jié)來存儲這些信息，前六個位存儲ID，后兩位存儲狀態(tài)。具體如下圖所示：

這樣一種存儲格式，我們最多可以存儲64個按鍵和4種狀態(tài)，當然這還要看隊列的大小。

/*鍵值出隊列程序*/
    uint8_t KeyValueDeQueue(void)
    {
     uint8_t result; 
     
     if(keyState.pRead==keyState.pWrite)
     {
     result=0;
     }
     else
     {
     result=keyState.queue[keyState.pRead];
     
     if(++keyState.pRead>=KEY_FIFO_SIZE)
     {
     keyState.pRead=0;
     }
     }
     return result;
    }
     
    /*鍵值入隊列程序*/
    void KeyValueEnQueue(uint8_t keyCode)
    {
     keyState.queue[keyState.pWrite]=keyCode;
     
     if(++keyState.pWrite >= KEY_FIFO_SIZE)
     {
     keyState.pWrite=0;
     }
    }

3、驅(qū)動的使用

我們已經(jīng)設(shè)計了按鍵操作的驅(qū)動程序，還需要對這一設(shè)計進行驗證。這一節(jié)我們將以前面的設(shè)計為基礎(chǔ)，用一個簡單的應(yīng)用來驗證。我們設(shè)計4個單體按鍵，并由它們生出兩組組合鍵，所以我們的應(yīng)用程序就是面向這6個按鍵對象進行操作。

3.1、聲明并初始化對象

在開始面向一個對象的操作之前，我們需要得到這個對象的一個實例。那么我們要先聲明對象。我們前面已經(jīng)定義了按鍵對象類型KeyObjectType和存儲鍵值的隊列類型KeyStateQueueType。我們使用這兩個類型先聲明兩個對象變量如下：

KeyObjectType keys[6];

KeyStateQueueType keyState;

聲明了對象還需要對變量進行初始化。在驅(qū)動的設(shè)計中我們已經(jīng)設(shè)計了初始化函數(shù)，對象變量的初始化操作就通過這一函數(shù)來實現(xiàn)。初始化函數(shù)需要一些輸入?yún)?shù)：

KeyObjectType *pKey，按鍵對象

uint8_t id，按鍵ID

uint16_t longTime，長按有效時間

uint8_t repeatPeriod，連按間隔周期

KeyActiveLevelType level，按鍵按下有效電平

在這些參數(shù)中pKey為按鍵對象，是我們要初始化的對象。而其它參數(shù)只需要根據(jù)實際設(shè)置輸入就可以了。說一初始化函數(shù)可調(diào)用為：

/*按鍵硬件初始化配置*/
    static void Key_Init_Configuration(void)
    {
      KeyIDType id;
      for(id=KEY1;idid++)
      {
     KeysInitialization(&keys[id]，id，KEY_LONG_TIME，0，KeyHighLevel);
      }
    }

關(guān)于按鍵ID，我們使用枚舉來定義。與我們前面定義的按鍵對象數(shù)組配合能夠起到很好的效果。在這一我們定義按鍵ID為：

/*定義按鍵枚舉*/
    typedef enum KeyID {
     KEY1，
     KEY2，
     KEY3，
     KEY4，
    KEY1KEY2，
     KEY3KEY4，
     KEYNUM
    }KeyIDType;

按鍵ID作為作為按鍵的唯一標識，不但在我們的按鍵狀態(tài)記錄中要使用到，同時也可作為我們按鍵對象數(shù)組的下標來使用。

3.2、基于對象進行操作

我們定義了對象，接下來就可以基于對象實現(xiàn)我們的應(yīng)用。對于按鍵操作我們需要考慮2個方面的事情：一是周期型的檢查按鍵狀態(tài)并壓如隊列；二是讀取隊列中的按鍵狀態(tài)觸發(fā)不同的操作。

首先我們來說一說周期型的檢查按鍵的狀態(tài)。我們采用10ms的周期來檢查按鍵，所以我們需要使用定時中端的方式來實現(xiàn)，將如下函數(shù)加入到10ms定時中端即可。

/*按鍵掃描程序*/
    void KeyScanHandle(void)
    {
      KeyIDType id;
      for(id=KEY1;idid++)
      {
         KeyValueDetect(&keys[id]);
      }
    }

其實還有一個回調(diào)函數(shù)需要實現(xiàn)，其原型如下：

/*檢查某個ID的按鍵（包括組合鍵）是否按下*/
    __weak uint8_t CheckKeyDown(KeyObjectType *pKey)

根據(jù)我們定義的按鍵對象和ID枚舉我們實現(xiàn)這個回調(diào)函數(shù)并不困難，我們實現(xiàn)其如下：

/*檢查某個ID的按鍵（包括組合鍵）是否按下*/
    uint8_t CheckKeyDown(KeyObjectType *pKey)
    {
     /* 實體單鍵 */
     if (pKey->id < KEY1KEY2)
     {
     uint8_t i;
     uint8_t count = 0;
     uint8_t save = 255;
     
     /* 判斷有幾個鍵按下 */
      for (i = 0; i < KEY1KEY2; i++)
     {
     if (KeyPinActive(pKey)) 
     {
     count++;
     save = i;
     }
     }
     
     if (count == 1 && save == pKey->id)
     {
     return 1;/* 只有1個鍵按下時才有效 */
     }
     return 0;
     }
     
     /* 組合鍵 K1K2 */
     if (pKey->id == KEY1KEY2)
     {
     if (KeyPinActive(&keys[KEY1]) && KeyPinActive(&keys[KEY2]))
     {
     return 1;
     }
     else
     {
     return 0;
     }
     }
     
      /* 組合鍵 K3K4 */
     if (pKey->id == KEY3KEY4)
     {
     if (KeyPinActive(&keys[KEY3]) && KeyPinActive(&keys[KEY4]))
     {
     return 1;
     }
     else
     {
     return 0;
     }
     }
     return 0;
    }

此外，我們還需要讀取按鍵的狀態(tài)并進行相應(yīng)的響應(yīng)。我們實現(xiàn)一個簡單的處理函數(shù)如下：

/*按鍵處理函數(shù)*/
    static void KeyProcessing(void)
    {
      uint8_t keyCode;
     keyCode=KeyValueDeQueue();
    
     if(keyCode==((keys[KEY1].id<<2)+KeyDown))
     {
     //key1按下時觸發(fā)的事件
     }
     else if(keyCode==((keys[KEY1].id<<2)+KeyUP))
     {
     //key1彈起時觸發(fā)的事件
     }
    }

4、應(yīng)用總結(jié)

我們已經(jīng)實現(xiàn)了按鍵對象的操作，并在次基礎(chǔ)上實現(xiàn)了簡單的驗證。操作的結(jié)果符合我們的期望。而且擴展性也很強。

按照我們對信息存儲方式和消息隊列的設(shè)計，最多可以存儲64個按鍵和4中狀態(tài)，當然這需要看定義的隊列的大小。隊列不應(yīng)太小，太小有可能會造成某些按鍵操不會響應(yīng)；也不應(yīng)太大，太大可能會造成操作遲緩和空間浪費。

在應(yīng)用中，我們建議定義按鍵ID時最好使用枚舉，使用枚舉的好處有幾點。一是不會出現(xiàn)重復(fù)，每個按鍵能保證有唯一的ID值。二是便于與按鍵對象數(shù)組組合操作，簡化編碼。三是使用枚舉擴展很方便，代碼改動比較小。當然，枚舉值最好是連續(xù)的而且從0開始。

在使用驅(qū)動是還需要注意，檢測按鍵操作是只對個體單鍵的硬件有效，如果可能也使用數(shù)組操作，能與ID枚舉配合使用簡化操作。對于組合鍵要檢測多個物理硬件，但也是對這些但體檢的檢測，所以在硬件上不需要定義。

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