EC - 鍵盤掃描

Keyboard Matrix Scan

現今筆記型電腦的鍵盤多採用 104 鍵配置，這意味著至少需要$8$$\times$$13$ (104) 個掃描點位，也就是 Y0 至 Y12（共 13 條 MY 線），才能涵蓋所有按鍵。

本章將著重於 Firmware 層面的技術實作，並說明基本硬體如何配置 MXn 與 MYn。若您希望深入了解 Keyboard Scan Module 的運作原理，建議參閱相關技術資料。新一代的 EC 晶片已將原有的 16x8 鍵盤矩陣擴充為 18x8 結構，以支援更多按鍵配置。

所謂 Ghost Key，是指在用戶同時按下如 X0/Y0、X0/Y1 與 X1/Y0 等位置時，掃描邏輯會誤判 X1/Y1（即 MX1/MY1）也被同時按下(電流由 X0/Y1 流到 X0/Y0 再到 X1/Y0 而誤判 X1/Y1 也被按下)。這類未實際觸發卻被錯誤判定的按鍵即稱為 Ghost Key。為避免此類現象，設計鍵盤矩陣時，應對常用作組合鍵的按鍵適當預留空間，避免造成掃描誤判。

Firmware 的鍵盤掃描流程如下：

當 EC 處於待機狀態時，MXn 設為輸入端，而 MYn 則輸出低電位（Low）。當使用者按下某個按鍵時，對應的 MXn 與 MYn 將被導通，使得低電位從 MYn 傳送至 MXn，進而觸發 EC 偵測到中斷。中斷服務程式僅負責記錄該事件(set service flag)，並將 EC 設定為禁止掃描狀態（MYn 輸出改為高電位），同時立即釋放中斷資源。

隨後，由 Firmware 的主服務程序負責執行按鍵掃描。掃描過程會依序將 MY0 至 MY17 的每條線由高電位轉為低電位，並讀取 MXn 的輸入狀態，以判定是哪一顆按鍵被觸發。此階段同時會檢查是否產生 Ghost Key，進行消彈跳（Debounce）處理，並判斷該按鍵為按下（Press）或釋放（Release），是否需要重複輸出（Repeat）等動作。

最後，根據 Code Set 1 或 Code Set 2 的對應表，Firmware 會將對應的 Scancode 傳送至主系統，以完成鍵盤輸入的傳遞流程。

• 鍵盤掃描演算法說明

  鍵盤掃描的基本流程如下：

  1. 初始化掃描迴圈計數器 LoopIndex = 0。

  2. 產生掃描訊號：
     將 0x01 根據 LoopIndex 進行位元左移（即 0x01 << LoopIndex），並將結果輸出至 MY0~MY15，作為當前掃描的 Y 軸行線。

  3. 讀取輸入狀態：
     讀取 MX0~MX7 的值，檢查是否有按鍵被觸發：

     • 若讀到值為 0xFF，表示該行無按鍵被按下。

     • 若讀到值 不為 0xFF，表示該行存在被觸發的按鍵，則記錄此一事件：

       • MX 的值存入 高位元組（High Byte）

       • 對應的 MY 掃描碼存入 低位元組（Low Byte）

  4. 遞增掃描行：
     將 LoopIndex 加 1，繼續掃描下一條 MY 線是否有按鍵被觸發。

  5. 掃描結束條件：
     當 LoopIndex 遞增至超過 MY15（即完成 MY0~MY15 共 16 行的掃描）後，結束此次掃描迴圈。

• MATRIX 18x8 鍵盤掃描演算法說明

  在使用 18x8 鍵盤矩陣架構時，鍵盤掃描與轉碼流程如下：

  1. 掃描 MY16 / MY17：
     擴充行 MY16 與 MY17 分別加入掃描流程，當偵測到按鍵觸發時，會取得該按鍵所在的位置信息（即 MY 與 MX 的交叉點）。

  2. 計算偏移並查詢 EMSpace：
     根據該按鍵位置對應的偏移值，查詢預設的記憶體區塊 EMSpace。

     注意：EMSpace 建議使用 0x00 至 0x7F 範圍內，並避免選用在 MATRIX 中未使用的按鍵對應位置。

  3. 從 MATRIX 取得對應值：
     透過 EMSpace 所定位的記憶體位址，查詢 MATRIX 陣列，取得該位置對應的值（通常為邏輯鍵碼或中介碼）。

  4. 查詢 KEYTBL 取得最終 Scancode：
     利用剛才從 MATRIX 得到的值作為索引，查詢 KEYTBL（鍵值對照表），取得對應的 Scancode。

  5. 傳送 Scancode 至系統：
     最後，將取得的 Scancode 傳送至主系統，完成一次有效的鍵盤輸入事件處理。

• 按鍵狀態檢查相關函式說明

  CheckMake

  • 使用 Checked 旗標來判斷按鍵目前是「被按下」還是「被放開」。

  • 若判斷為按鍵放開，且尚未開始進行 Debounce 處理，則：

    • 設定對應的「按鍵放開」旗標。

    • 初始化該鍵的 Debounce 計數器。

  • 若 Checked 旗標尚未被設定，表示該按鍵目前尚未被確認按下，或仍處於 Debounce 階段。

    • 此時會將對應的 Debounce 計數器加一，持續等待穩定狀態。

  CheckBreak

  • 用於檢測按鍵是否「已被放開」。

  • 條件邏輯與 CheckMake 相反，用於確認按鍵由按下轉為釋放的狀態。

  CheckGhost

  • （此處未提供細節）

  • 建議補充說明：此函式應用於偵測 Ghost Key（虛假按鍵）情形，防止誤判未按下的鍵。

  CheckRepeat

  • 用於判斷按鍵是否需要執行 Repeat（連續輸入）功能。

  • 判斷邏輯依賴變數 DELAY0 的值進行計數與判斷。

  • DELAY0 的初始值則由函式 ChkTypematic 設定。

    • 如需設定特定按鍵是否具備 Repeat 功能，可透過修改 ChkTypematic 函式來達成。