智能手机全键盘控制器及其编程

1 引言
    随着智能手机逐步普及，3G服务不断完善，利用手机上网、收发电子邮件已逐步成为一种时尚，而常见的手机键盘仅有简单的功能和数字按键，而输入复杂的汉字、符号时需繁琐切换，输入速度减缓，因此，高端手机迫切需要一种便捷的输入界面。QWERTY键盘的推出解决了这个问题，它以其齐全的按键分布能够让使用者轻易直接输入想要的内容，为此这种手机键盘大受欢迎。QWERTY键盘又称为全功能键盘，其按键分布与PC键盘基本相同，主要包括26个英文字母、数字O～9、方向控制、回车、Ctrl、Alt和符号键等，完全可实现PC键盘的输人和操作。QWERTY凭借其独特的外观、出色的商务功能、另类的 QWERTY键盘，以及本身的智能性、娱乐性、前卫性，目前已在手机世界占有重要地位。新一代以Gphone为代表的智能手机均配备了QWERTY键盘。随着手机市场的不断深化，已有很多品牌涉足其中，其中不乏诺基亚、三星、摩托罗拉等国际知名大品牌。
    由于键盘扫描需占用大量GPIO，而手机中无论是基带控制器还是应用处理器受到器件引脚数的限制，因此能够提供的GPIO数目十分有限，通常需要外扩 GPIO来实现键盘扫描，这会占用大量软件资源并增加许多功耗。因此，Maxim公司针对这一问题先后推出两代全键盘控制器MAX7349和 MAX7359。

2 MAX7349和MAX7359编程
    MAX7349和MAX7359均可管理多达64个按键，采用Maxim专有的低电压、低EMI静态按键扫描技术，并将去抖后的扫描结果编成键值，依据按键的键序将键值消息存放在FIFO中，手机处理器在适当的时候读取FIFO中的键值消息，即使处理器没有及时处理按键事件，按键消息也不会丢失，这对通常采用非实时操作系统的智能手机来说非常重要。与MAX7349相比，MAX7359增加了按键释放检测功能，即每次按下和释放按键都会生成一个键值消息，可更简便实现多键同时输入及组合键功能。另外，该系列器件优化了控制寄存器并增加存储键值消息的FIFO空间，即由MAX7349的存储8次按键增加到存储16次按键。
    MAX7359还具有自动休眠和自动唤醒功能，以使器件的功耗最低。一个休眠周期后，自动休眠功能将器件置于低功耗状态(典型值1μA)。发生按键事件时，自动唤醒功能设置MAX7359返回至正常工作模式。
    这两款器件对于硬件设计而言较简单，但在编写驱动软件时需稍加注意。以下是MAX7349的编程建议：
    (1)建议避免使用0行0列的0号按键。
    (2)MAX7349初始化，假设MAX7349设置I2C地址的AD0引脚接地，将MAX7349的I2C读／写地址设为0x71／0x70，其过程如下：

    ／*MAX7349初始化开始*／
    I2C_Write(0x70，0x04，0x01，)； ／／关断
    I2C_Write (0x70，0x01，0)；     ／／9 ms去抖
    I2C_Write(0x70，0x02，0)；      ／／禁止Autorepeat功能
    I2C_Wirte(0x70，0x03，0x01)；   ／／使能硬件中断
    I2C_Write(0x70，0x05，0)；      ／／防止意外输出，可省略
    I2C_Write(0x70，0x04，0x81)；   ／／启动器件正常功能
    ／*MAX7349初始化结束*／
    (3)每次收到硬件中断后，连续读FIFO寄存器(I2C_Write(0x70，0x00)；I2C_Read(0x71，变量)。注意此读操作是一次用于写FIFO寄存器地址0x00的写操作和一次读操作构成；如果连续读FIFO，则只需开始时进行一次写操作I2C_Write(0x70，0x00) 即可，FIFO寄存器地址不会自动递增)，一直读到0x00的值全为0为止(建议避免使用0号按键)，设一个最大读取次数(256次)，如果来一次中断读取256次FIFO中还有非0值，就直接重启一次器件，执行如下操作：
    I2C_Write(0x70，0x04，0x01)； ／／关断
    12C_Write(0x70，0x04，0x81)； ／／启动器件正常功能
    (4)关于按键释放检测，由于MAX7349无按键释放检测，对于组合键，长短键等特殊按键需求，需要软件配合来实现。实现方法如下：
    每次收到硬件中断后通过I2C将FIFO读空，50 ms后将MAX7349重启，执行以下操作：
    I2C_Write(0x70，0x04，0x01，)； ／／关断
    I2C_Write(0x70,0x04，0x81)；    ／／启动器件正常功能
    若随后未收到中断，或收到中断后一直读空FIFO，也未有与上一次相同的按键信息，则认为上次按键释放，向上层软件发一个按键释放信息。如果收到中断后读FIFO中有与上次相同的按键信息，则继续重复“读空FIFO，等50 ms重启器件”的步骤。
    实际上，只要检测到硬件中断就要连续重复“读空FIF0，等50 ms后重启器件”的步骤，直到器件重启后没有新的硬件中断为止。
    (5)根据经验，在I2C总线工作不正常时尝试通过设置0x04寄存器的D0位使能或禁止总线超时功能。MAX7359南于增加了按键释放检测功能，即按下和释放按键都产成一个键值信息，所以要比MAX7349的软件处理更简单，关于MAX7359的编程建议如下：
    ①避免使用的按键 MAX7359修改按键信息FIFO(寄存器地址为：0x00)为空时的缺省值，由MAX7349的0x00改成MAX7359的0x3f。所以如果设计使用新的MAX7359，应尽量避免使用第63号键(Co17和Row7交叉处的键)和62号键(Co17和Row6交叉处的键)，这是因为软件在处理这两个按键的键值时会复杂一些。
    ②MAX7359初始化MAX7359初始化过程如下(假设MAX7359设置I2C地址的AD0引脚接地，将MAX7359的I2C读／写地址设为Ox71／0x70)；
    ／*MAX7359初始化开始*／
    I2C_Write(0x70，0x01，0x08)； ／／关断，开始初始化
    I2C_Write(0x70，0x02，0x01)； ／／10 ms去抖，可调
    I2C_Write(0x70，0x03，0x01)； ／／按键消息FIFO非空则触发中断
    I2C_Wirte(0x70，0x04，0)； ／／防止错误触发GPIO
    I2C_Write(0x70，0x05，0)； ／／关闭自动重复功能
    I2C_Write(0x70，0x06，0)； ／／关闭自动关断功能，可根据需要打开自动关断功能，关断前的等待时间可设。
    I2C_Write(0x70，0x01，0x88)； ／／启动器件正常功能
    ／*MAX7359初始化结束*／

3 读取按键消息
3．1 设置FIFO寄存器
    收到硬件中断后，先通过一次写操作设置FIFO寄存器地址：0x00。
    I2C_Write(0x70，0x00)：／／如果写一次FIFO地址之后没有对MAX7359其他控制寄存器的读写，则下次读FIFO寄存器，可不用再写FIFO地址。
    I2C_Read(0x71，字节变量)；
    …… ／／重复读FIFO直至读到代表
    FIFO为空的0x3f，可以没一个最大次数，如256次，如果一次中断后读了256次FIFO里还有没读到0x3f，则软重启软重启过程如下：
    I2C_Write(0x70，0x0 1，0x08)；
    I2C_Write(0x70，0x01，0x88)；
3．2 FIFO消息的处理
    处理读到的FIFO字节变量(假设变量名为：FIFO_BYTE)后，软件处理方法如下：
    (1)将从FIFO收到的非0x3f的字节变量FIFO_BYTE和0x3f取与(AND 0x3f)，结果值为按键值(即0至63号键中某一个被按下或释放)。
    (2)再将该FIFO_BYTE和0x40取与(AND 0x40)，结果为0则说明按键被按下，结果非0则说明按键被释放。如果硬件布线时使用了63号和62号键，FIFO_BYTE处理复杂，请软件设计工程师参考MAX7359编程指南的62号和63号键处理方法。
3．3 长按键处理
    通常需要起一个定时器，定时检查还未收到键盘释放信息的键盘按下信息都是何时发生的，如果是当前时间减去按键按下的时间满足长按键时间，就可向上层软件发长按键消息。