基于狀態(tài)機(jī)和面向?qū)ο蟮乃枷耄O(shè)計(jì)一個通用的按鍵檢測模塊

物理按鍵，在很多嵌入式產(chǎn)品里面應(yīng)用得非常廣泛，很多嵌入式軟件工程師在剛剛開始入門的時候，點(diǎn)完燈之后就開始學(xué)習(xí)按鍵輸入檢測。按鍵輸入可以說是繼點(diǎn)燈之后，又一經(jīng)典的嵌入式入門必學(xué)內(nèi)容之一。

在很多嵌入式入門學(xué)習(xí)的教程里面，按鍵原理普遍被認(rèn)為是“很簡單”的知識點(diǎn)之一，按鍵輸入檢測的原理，無非就是通過CPU不斷掃描按鍵引腳的電平狀態(tài)，或者采用單片機(jī)引腳外部中斷方式，然后在死循環(huán)或者中斷服務(wù)程序里面處理按鍵被按下后的邏輯。

然而，在這個“很簡單的高低電平檢測”的原理背后，通過產(chǎn)品經(jīng)理給物理按鍵各個動作賦予的（難以理解的）意義，一個小小的物理按鍵開始變得復(fù)雜起來，這些動作包括：按下、抬起、單擊、雙擊、點(diǎn)動、長按、組合按鍵。。。等等。

以上這些復(fù)雜的按鍵動作，已經(jīng)不是一個“簡單的高低電平檢測”所能描述清楚的了，成熟的單片機(jī)按鍵檢測模塊，必須能很好地處理以上按鍵動作，并且具有很高的內(nèi)聚度，與單片機(jī)的底層引腳盡量低耦合，且能提供靈活的應(yīng)用層調(diào)用接口。

采用嵌入式 C 語言面向?qū)ο蟮乃枷?，通過狀態(tài)機(jī)和回調(diào)函數(shù)的方式，我們來編寫一個通用的按鍵檢測模塊，以更好地覆蓋單片機(jī)的物理按鍵應(yīng)用場合。
以下是物理按鍵模塊的設(shè)計(jì)過程。

1、這個通用的物理按鍵模塊，主要是由4個源代碼文件組成，key_driver.c和key_driver.h主要是驅(qū)動層接口，主要面向不同的單片機(jī)引腳適配。key_module.c和key_module.h主要是面向應(yīng)用層接口，與芯片硬件引腳無關(guān)。

2、key_driver.c 和 key_driver.h主要是用來適配不同的單片機(jī)GPIO外設(shè)的，在key_driver.h里面，聲明了一個key_driver_t類型的結(jié)構(gòu)體，主要提供GPIO引腳初始化接口以及引腳電平讀取接口，如下圖所示。

3、在key_driver.c里面，主要是對初始化接口和引腳電平讀取接口的具體實(shí)現(xiàn)，比如，引腳初始化接口_init()函數(shù)和電平讀取接口_read_pin_state()，其具體實(shí)現(xiàn)如下圖所示。

4、在key_driver.c里面，定義了一個key_driver結(jié)構(gòu)體變量，記住這個變量，很重要，后面會被key_module進(jìn)行調(diào)用，key_driver的具體內(nèi)容如下圖所示。

5、在key_module.h里面，主要是聲明了兩個重要的結(jié)構(gòu)體，key_t結(jié)構(gòu)體是面向單個按鍵對象的，主要是包括按鍵ID以及按鍵狀態(tài)枚舉，還有一些變量是用來進(jìn)行按鍵檢測過程的，key_manager_t結(jié)構(gòu)體主要是用來管理多個按鍵對象的，包括各個按鍵動作的函數(shù)接口，還有按鍵引腳的驅(qū)動程序，如下圖所示。

6、按鍵模塊還對外提供了多個外部調(diào)用接口，包括模塊初始化，按鍵模塊時間更新，按鍵模塊的時基更新，按鍵模塊的按鍵動作回調(diào)函數(shù)處理，如下圖所示。

7、在key_module.c里面，主要是對以上外部接口的具體實(shí)現(xiàn)，比如，key_module_init()主要是對按鍵模塊的各個參數(shù)初始化，以及注冊按鍵模塊的引腳驅(qū)動程序，代碼如下圖所示。

8、在key_module_update()函數(shù)里面，主要是以狀態(tài)機(jī)和回調(diào)函數(shù)的方式，處理各個按鍵狀態(tài)和動作，按鍵狀態(tài)有KEY_IDLE、KEY_PRESSED、KEY_RELEASED、KEY_SINGLE_CLICK、KEY_DOUBLE_CLICK、KEY_LONG_PRESS。代碼如下圖所示。

9、在各個不同的狀態(tài)里面，通過回調(diào)函數(shù)的方式，分別對按下、抬起、單擊、雙擊、長按、等按鍵動作進(jìn)行處理，限于篇幅，這里只列出部分代碼，具體實(shí)現(xiàn)請參考具體源碼和注釋。

10、按鍵模塊需要對其提供系統(tǒng)時基，通常以1毫秒或者10毫秒作為時間基準(zhǔn)，key_module_ticks_update()主要是在外部定時器或者外部1毫秒線程中被調(diào)用，key_module_set_event_handler()主要是用來設(shè)置各個按鍵狀態(tài)的回調(diào)函數(shù)，如下圖所示。

11、如何使用key_module？假如項(xiàng)目采用RT-Thread進(jìn)行調(diào)度，在main()函數(shù)里面，先創(chuàng)建一個key_module_thread()線程，然后在該線程里面先對按鍵管理器進(jìn)行初始化，然后注冊各種按鍵狀態(tài)的回調(diào)函數(shù)，最后在while循環(huán)里面，更新按鍵管理器的時基以及狀態(tài)更新函數(shù)，線程主體以1毫秒的間隔進(jìn)行調(diào)度，如下圖所示。

12、以上，就是一個通用的單片機(jī)按鍵模塊具體設(shè)計(jì)，通過這個按鍵檢測模塊，可以很好地處理各種按鍵狀態(tài)事件，并且該按鍵模塊在設(shè)計(jì)上遵循設(shè)備與驅(qū)動分離的原則，盡量做到了高內(nèi)聚低耦合，具體很好的移植性和單片機(jī)平臺適配性。

13、美中不足的是，這個模塊還沒有加入組合按鍵處理，感興趣的讀者，可以下載該模塊的源碼，對其進(jìn)行修改和擴(kuò)展。