一种基于Android内核的物理按键设计*

任志敏

(常州纺织服装职业技术学院机电学院，江苏 常州 213164)

0 引言

随着Android系统的不断发展，越来越多的嵌入式系统引入Android平台作为系统平台。Android平台的一大优势是使用触摸屏操作APP应用程序，在大多数应用场合利用这一优势效率很高，用户体验良好，但是在有些场合就适应得不是很友好，比如在汽车维修领域使用的发动机检测系统，操作人员一般都携带手套检查相关汽车部件，若要再用到触摸屏，操作起来就不方便，频繁脱戴手套又耗时又不安全，因此还是需要借助传统的物理按键实现相关操作。典型的汽车发动机检测内窥镜如图1所示。

图1 汽车发动机检测内窥镜实物图

从图1可以看出，手柄上有6个物理按键，除了一个电源按键以外，还有5个功能按键，其功能一般是“菜单”，“向上选择”，“向下选择”，“确定”，“返回”。通过这5个按键实现如图2所示的APP窗口操作。

图2 内窥镜APP窗口

按下“菜单”按键，弹出如图2所示的窗口，通过“向上选择”和“向下选择”两个按键选择按钮，用“确定”按键进入对应的功能模块。即原来使用触摸屏实现菜单操作都有5个物理按键完成。

1 硬件电路

Android系统本身支持的物理按键包括系统功能键和“querty”键盘，系统功能键包括“Home”，“volume up”，“volume down”，“menu”等，“querty”键盘就是日常我们所见的普通键盘上的各种按键。在安装了Android2.2以前的版本的硬件系统上，系统功能键和“querty”键均是真实存在的物理按键，而Android2.2以后的硬件系统，一般保留的物理按键只有系统功能键，“querty”键盘采用软键盘的形式。本文设计的内窥镜采用Android6.0系统，公版的硬件系统电路只引出支持功能键的物理按键[2]，其电路图如图3所示。

从图3中可以看出，AVCC为模数转换的参考电压，LRADC0为模数转换引脚，R1～R8为分压电阻，S1～S7一端连接对应的分压电阻，另一端连接电源地，按下S1～S7中任何一个键，通过读取LRADC0引脚的模数转换值就可以感知到底按下了哪个按键，这样做的好处是节省了IO引脚资源，只需要连一个模数转换引脚就可以确定7个按键。在设计过程中，若不需要用到这7个键，按键可以删除，但电阻不可删除。考虑到工业内窥镜录制播放视频时仍旧需要用到麦克风，因此保留音量键VOL+和VOL-，MENU键用于“菜单”键，SEARCH键用于“向上选择”键，HOME键用于“向下选择”键，ESC键用于“确定”键，ENTER键用于“返回”键。

图3 Android6.0公版按键硬件电路

2 详细设计

为了响应内窥镜上增加的“菜单”等5个物理按键，需要了解和修改Android6.0的内核文件，第一个文件为模数转换映射文件，位于/linux-3.4/drivers/input/keyboard目录下的sunxi-keyboard.c文件，该文件中定义了一个数组，该数组为static unsigned char keypad_mapindex[64]={0,0,0,0,0,0,0,/*key1*/1,1,1,1,1,1,/*key2*/2,2,2,2,2,2, /*key3*/3,3,3,3,3,/*key4*/4,4,4,4,4,/*key5*/5,5,5,5,5,/*key6*/6,6,6,6,6,6,6,6,6,/*key7*/7,7,7,7,7,7,7,7,7,7,7,7,7/* key 8*/}。

从该数组可以看出，该数组正好对应图3所示的物理按键原理图，把电压一共分成64份，每一份对应一个电压值，大约为0.2V，比如key1键对应图3中的VOL+模数采集点，虽然该点的电压为0.19V，但是每次按下VOL+键模数转换的值不一定完全一样，因此keypad_mapindex数组中设定7个值来相应按下VOL+键。在sunxi-keyboard.c文件中，通过代码

scancode = keypad_mapindex[key_val&0x3f];

input_report_key(sunxikbd_dev, sunxi_scankeycodes[scancode], 0);

上报具体的按键值。

第二个与物理按键相关的同样位于/linux-3.4/drivers/input/keyboard目录下的sun8i-keyboard.h文件。该文件首先定义了数组sunxi_scankeycodes[KEY_MAX_CNT]，用于内核上报给系统的值[1]。为了避免与系统自带的值相冲突，本文设计了如图4所示的上报值数组。

图4 课题设计上报值

sunxi_scankeycodes上报数组只是做了一个定义，具体的上报值，比如KEY_VOLUMEUP值是多少呢？

第三个文件是位于/linux-3.4/include/linux目录下的input.h文件，该文件下定义了KEY_VOLUMEUP的值，系统具体上报的默认键值定义最大为248，因此本文自定义的5个上报键值从249开始，这5个上报键值分别是：菜单键KEY_MYMENU具体键值为249；向上选择键KEY_MYUP具体键值为250；向下选择键KEY_MYDOWN具体键值为251；确定键KEY_MYENTER具体键值为252；返回键KEY_MYBACK具体键值为253。

总结一下按键上报的过程，1)Android底层的linux系统内核通过扫描，将物理按键按下的电压转换为数字电压并且映射到数组下标。2)通过keypad_mapindex[64],sunxi_scankeycodes[KEY_MAX_CNT]两个数组关系转化将按键映射到内核中预定义的键值。3)linux内核上报给上层一个具体的键值。

第四个文件是位于Android/device/vendor-name/device-name/configs目录下的sunxi-keyboard.kl文件，该文件是framework层的按键映射文件，增加本文的5个按键映射，修改其配置为：key 114 VOLUME_DOWN；key 115 VOLUME_UP；key 249 MYMENU；key 250 MYUP；key 251 MYDOWN；key 252 MYENTER；key 253 MYBACK。该文件中key为关键字，不能改动，249为input.h定义的上报键值。

第五个文件是位于/frameworks/native/include/android目录下的keycodes.h文件，该文件定义了用于Android应用层的按键键值，修改该文件后，菜单键应用层键值AKEYCODE_MYMENU=300；AKEYCODE_MYUP=301；AKEYCODE_MYDOWN=302；AKEYCODE_MYENTER=303；AKEYCODE_MYBACK=304。需要注意的是，该文件的键值与linux层上报的键值是不同的，那么如何把两者对应起来呢？

第六个文件是位于/frameworks/native/include/input目录下的InputEventLabels.h文件，修改该文件，把增加的5个键的定义加入其中，代码为DEFINE_KEYCODE(MYMENU)，DEFINE_KEYCODE(MYUP)，DEFINE_KEYCODE(MYDOWN)，DEFINE_KEYCODE(MYENTER)，DEFINE_KEYCODE(MYBACK)。

第七个文件是位于frameworks/base/core/res/res/values目录下的attrs.xml，修改后代码为；；；；。

经过以上文件的修改，新增加的5个物理按键就可以响应Android上层APP程序了。

3 验证

为了测试验证物理按键的响应效果，本文在Android6.0平台上设计了APP程序进行验证[3]，测试代码如图5所示。

图5 物理按钮响应验证程序代码

经过测试，系统原有的两个音量键仍旧功能不变，新增加的5个按键可以准确响应。