【灌水无罪】老机械键盘改造USB，QWERTY/Dvorak一键切换

miaozhuang

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. V8 o3 J- n; H) N! \http://bbs.eeworld.com.cn/forum. ... digest%26digest%3D1
9 o6 l& f+ L# D6 R这个DIY项目的想法已经有很久了，如今终于达到了的设计的初衷。要体现“任性”的特点，先介绍背景吧。

8 y: Q: ?: J8 `! X# e( V9 E0 \在看这个帖子的诸位一定都在用计算机键盘吧。键盘上的数字键是1到9从左至右排列，或者是右小键盘区那样三个一排有序排列，反正规律很明显。但是字母键却不是A,B,C...到Z这么按字母序有规律地排下来的。我刚接触电脑(其实还是学习机)的时候，没在意这个问题，觉得是要盲打嘛，反正对两手的手指头来说，按字母序排列并没有什么好处。于是用多了这些排列也就记住了，从来不管它为什么要这样。其实，PC的键盘键位排布上是延用了打字机的键盘，这是设备演变过程中很自然的一个延续。打字机的历史就要早很多了，我没有亲见过打字机长什么样，而且，咱们汉字是铅字打上去的，和英文打字机方式完全不同。
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2 x. Q6 v8 a# K+ k7 }3 u5 C5 K& K上面这个照片(来自wikipedia)，是"Sholes and Glidden Type-Writer."，第一个获得成功的商用打字机(1873)。请注意它的键盘字母键排列。
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为什么得到这样一个字母排列？在当时的确经过了多次的优化改进，因为打字机是机械的动作，要尽量避免连续的击键引起冲突。结果是因为商业上的成功，QWERTY这个布局也跟着被越来越多的制造商吸收采用。在非英语语言的键盘上，个别键位可能不同，属大同小异了。最早的IBM PC键盘：
. _0 t+ {: u3 c
7 n% K; c" u" T. V4 g. H其实在电传动打字机问世之后，打字键盘的键位布局就可以自由了。但是QWERTY的流行没有被改变——习惯的力量是强大的。虽然是大众所接受，QWERTY也有被人诟病的地方，比如说左右手分配不平衡，在英语里面单独用左手能打出来的单词远比单独用右手的多。那么，除了QWERTY还能用啥？在ANSI标准里面还有另外一个键盘布局，叫做DVORAK.
Dvorak(德沃夏克)布局，是以其发明人之一: August Dvorak 的姓命名的。在20世纪30年代，Dvorak 和 Dealey 在他们多年的研究工作基础上发明了Dvorak布局，目标是减少打字出错几率、提高速度和减少手的疲劳。最初发明的布局是这个样子：
# v% x3 ~& _: `2 [+ D& x4 W
9 w0 c7 ?0 }4 eDvorak布局的最明显特征是让使用频率最高的键安排在中间的一排(Home row)，这样手指不用移动就触得到。当然还有左右手均衡的设计等等。尽管不是所有人都同意Dvorak布局能够比QWERTY布局提高键盘输入的效率，最快打字速度的记录的确是在Dvorak键盘上创造的。

2 A4 c9 Q/ D# M( Z2 B' g我是经常要写代码的人，对键盘要求比较高，一定要顺手。从1998年拥有电脑开始，第一块键盘用了5年，实在是塑料结构磨损严重了才换了。第二块键盘用了大概也有5年，第三块是淘宝买到的和第二块同样的。除了手感，我对键盘还有个挑剔是要大回车键(老键盘惯出来的)。到了用上笔记本电脑，键盘问题只能忍忍了。我最后买的一块Benq的”轻指飞扬"绝版键盘因为是USB，作为笔记本键盘替补一直保留到现在。

到2012年下半年，我在淘宝发现了有“机械键盘”这东东，认识了Cherry MX轴。然后到2013年农历年后，我花一百多一点买了一块老旧的国产青轴机械键盘，虽然很陈旧状态也差了，敲了一会儿我就发现：这就是我要的手感啊，一比起来用了多年的薄膜键盘简直太委屈手指了。我后来花了更多的钱买了新的轴(就是机械键盘的开关)来更换修复，使之成为上班工作用。
4 {# \8 H) G0 J6 a2 i( K. m
4 J) Z# Z" q+ ~+ U9 p/ V: Y机械键盘用着爽，后来我发现手指别扭的地方了，跟QWERTY键盘布局有关系。了解了Dvorak布局之后，我下定决心，换用Dvorak. 这个过程很漫长，大约是一年以后才抛开了QWERTY根深蒂固的影响。到如今两年多，我也没有肯定我的输入速度是否达到自己曾经QWERTY时候最快的水平，不过可以肯定的是换了Dvorak，手指头是舒服了。借个图说明两种布局的差别：
# @, }  v" u5 ?. w7 \' X7 k9 m( l
----------------------------------------------------  分割线 ----------------------------------------------------------
9 a9 ]% s3 L7 c4 t+ o3 Y% `
先是改造的对象，主角: 这已经是拆解出机械键盘中的PCB板+钢板，并且拆掉了全部的键轴之后的样子。这块键盘买来时的成色相当差，很脏，惟有键帽还不错，但原本的轴已进灰，状态差。

# v. c3 j3 ~5 L, s4 I2 o( X轴全部拆下来之后才能将钢板和PCB分离，不然是被卡住的。原来键盘里面的灰比照片上还多得多。注意到这块DIP40的芯片，就是键盘的主控。
# D4 {  }2 W" B$ N( g, c6 ?. E
特写，80C49

: u) g/ a: {. |- hLED部分，使用了一片D触发器锁存指示灯状态.

2 m1 @5 k/ u* q暴力破坏，将80C49拆掉
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拆掉原来的键盘主控，我用什么顶替呢？没有引脚全兼容的单片机了，而且我要制作USB键盘，所以……STM32F072，做块一样大小的PCB. 因为主要是使用原有的键盘扫描矩阵，有些引脚是不需要连的。
( j* J& ]% w) {7 }# p9 [$ j
焊好元件后的板子，准备替换80C49

" e+ c/ \7 Z8 P0 Q2 _  K用剪下的电阻腿作连接吧，对好位把引脚都焊上。STM32F0的SWD接口务必要留出来下载程序的。
" p( w* K% T3 w+ o1 p+ V% L
( L7 l( |0 C% T; Z: i, S1 [这是在软件开发当中调试的场景。USB线需要飞线，因为原来的键盘PCB上就没有USB.

, Y- o' ^7 n9 `: b' Y' l( A9 M开始安装钢板，主键区焊上全新的Cherry MX茶轴(2.5 RMB一颗)。F区暂且空着，因为使用频率不高，换新轴就显得浪费了，等下再把部分旧轴清洗一下装回去。

" M/ U* P6 M/ d我设计的MCU PCB要在键盘PCB和钢板之间。除了SWD的引脚，把UART飞线出来供调试的不时之需。
7 J9 U, T8 k! Q% k5 ]+ Z. W+ f
主键区键帽就位

编辑键区也安装好，确认这里替换后不会有冲突。调试用的线和针脚以后是要拆掉的。

  ?/ k2 f- t. \; ~最后的组装，USB线，以及切换键盘布局的附加按钮。部分键轴还没有装，低优先级的。
7 I, X) y7 L0 |: A; X: P0 m
9 k9 E  T0 D: h6 q
----------------------------------------------------- 分割线 --------------------------------------------------
9 n* H( s7 b# S0 }- h  l

9 ]) Z& ^# z% u( O# |7 g$ B


& ]& V0 u9 c, Z0 e

  B& s2 [8 J) a$ s  `0 ~! e' [
# r2 {3 x9 Q( i5 Z' [3 S+ F& c. i


0 H$ j$ t9 ?9 A0 l; o

miaozhuang

DIY过程直播完了，下面说硬件的设计。
4 O+ v3 w5 }' S0 d$ g+ ^" A. h80C49是块MCU，貌似也就在PS/2键盘上面用。搜到其datasheet对引脚的定义：
7 ]8 Y' t7 n) t! v

! T, l6 [3 a& t4 i1 M7 P* L, L4 U6 E其实最关心的还是键盘矩阵怎么接的，这个我就靠人肉了，在的PCB背面寻着每条扫描行或列线找，记录在草稿纸上。最终整理出来的结果是这样的：(最上边和最右边铅笔写的数字是引脚编号)


扫描矩阵是8x14的，最多可以支持112个按键，实际上只有101个键，空出了一些。对照上面那个引脚定义，可以把用到的I/O口确定了。除了电源引脚，剩下还有几个引脚使用到：PS/2的CLK和DATA占用2个，状态指示LED的电路占用1个，AT/XT开关使用了一个。我用STM32F072C8，有48个引脚刚好是够的，富余的I/O就飞线引出了。
7 N6 V& ~& F. E7 w( c$ |
这是我设计的电路图：
- a$ |  s) g; U$ v& Q3 q

  Z# p+ x4 z: Q! i. }+ |* @! OPCB Layout:

7 o# u4 B+ ^+ g- T
& S% P0 L9 q" `. c* x/ M! f不从80C49引脚上走的信号包括: SWD接口，USB D+/D-，USART TX/RX，额外两个可用I/O.
) \' L$ ^9 ?0 c* `+ }
; V* o& ?- w2 S. Q0 S

miaozhuang

7 z; h: c. \. o% [9 J" H) k3 t
5 \  Q5 D6 D. o软件上的工作比硬件多得多。因为想改造成USB键盘，不得不把USB HID的实现稍微看懂一下。PS/2模式硬件上也是保留的，暂时我还没去写软件。

% ^5 n5 g! k0 }- e5 H总结一下，USB HID键盘需要使用两种HID报告：一是从设备到主机的，按键状态的报告，8字节；二是主机到设备的，指示灯状态的报告，1字节。第一个报告我使用EP1(Endpoint 1, 端点1)来发送，中断传输；第二个报告就使用默认的EP0，控制传输。USB的描述符，可以从现有的USB键盘上修改而来。下面是用USBTreeView这个工具查看到的的我的这个键盘的描述符：

' e; Q! Q4 ]9 x- z* k) ~% D
- m6 V1 V4 O8 C8 X其中USB报告描述符我没完全看懂，copy了现成的（这个也没必要自己重新写嘛）

2 F8 t% r# m5 J* [1 j7 DUSB的中断ISR，bare metal哦
( E8 s  Y9 Z! f1 }5 ^
$ o! Q: C9 C5 w% [void USB_IRQHandler(void)
* c' E+ R$ I$ t3 P6 T{
    if(USB->ISTR & USB_ISTR_CTR)
2 f& s  D6 O8 P2 S9 p    {
        if((USB->ISTR & 0x0f)==0)   // EP_ID==0
        {
            switch(ep0_state)
; Y/ A/ e, i8 {( K. F4 w  @4 V            {
  u5 o! O# ^5 Y. |                case 0: ep0_state |= 0x80;
; i1 I* v& p! |: e5 f$ G                        break;
                case 1: if(USB->EP0R & USB_EP_CTR_TX)
                        {
                            USB->EP0R = USB_EP_TYPE_CONTROL|USB_EP_STAT_RX0;
+ ~! \( c4 H" o  d                            ep0_state=3;
                            return;
  S) |0 U0 j5 S3 B6 h                        }
                        else
: n( o$ {: Z2 W6 b9 ]- [( O& f                            ep0_state=0;
/ {$ N  c; r3 g$ D% v& C. ?8 q, {; q                        break;
                case 2: if((USB->EP0R & USB_EP_SETUP)==0)   // OUT packet
                            ep0_state |= 0x80;
                        else
/ y. t; Z0 v' V4 s                            ep0_state=0;
0 _0 \: k% t9 f1 I8 t                        break;
6 j" f, f4 X# O* ]; {' A                case 3: ep0_state=0;
- u8 [- I5 Q, k, s$ i; Q* u                        break;
4 l5 D0 `$ i  g6 n1 U                case 4: ep0_state=0;
! u2 d& D5 h" k                        break;
& ]* ^+ Z( s0 I- J! E% `8 }' Z  I                default:ep0_state=0;
9 A/ r$ n1 S# T; b. h                        break;
            }
7 |" J( p+ a9 h+ a5 s1 y, O4 `            USB->EP0R = USB_EP_TYPE_CONTROL; // just clear flag
            return;
        }
        else    // EP_ID can be 1
        {
/ Z1 K5 h2 l" |$ S) f. q0 Q            USB->EP1R = USB_EP_TYPE_INTERRUPT|1; // just clear flag
0 H' @$ t% I! y5 H: _! n4 v+ |            ep1_wait=0;
            return;
        }
    }
    if(USB->ISTR & USB_ISTR_PMAOVR)
, r  A, h  d. M7 S/ j  I& X    {
        USB->ISTR = ~USB_ISTR_PMAOVR;
  }! `+ f0 e# D    }
4 a; W7 ^* M3 M) @    if(USB->ISTR & USB_ISTR_ERR)
6 _6 E7 u" L4 G* w$ J1 [' j: s    {
        USB->ISTR = ~USB_ISTR_ERR;  // write 0 to clear
( K0 X9 l8 `, F# T- K1 `2 }    }
    if(USB->ISTR & USB_ISTR_WKUP)
1 W/ x1 x. |6 C% ]# \    {
& V) ^2 ^* G9 D) Q% V        USB->CNTR &= ~USB_CNTR_FSUSP;   // no suspend
4 l/ l2 b- K2 K) d$ i8 E) R  T* k        USB->ISTR = ~USB_ISTR_WKUP; // write 0 to clear
    }
; Y. \. B: ~7 M/ R    if(USB->ISTR & USB_ISTR_SUSP)
& ]+ m0 H2 Q5 |  u. {, X3 i7 q! p    {
        USB->CNTR |= USB_CNTR_FSUSP;    // force suspend
        USB->CNTR |= USB_CNTR_LPMODE;   // low power
        USB->ISTR = ~USB_ISTR_SUSP; // write 0 to clear
    }
# u  E6 w; }) o    if(USB->ISTR & USB_ISTR_RESET)
) M9 `5 w+ c, `7 w+ t* l' n    {
2 O  e& L3 o/ ~% d& r6 l        USB->BTABLE = 0;    // buffer table at bottom of PMA
        USB_PMA[0]=128; //ADDR0_TX
& F4 ]% e: w: d3 a* G; M2 f5 A& x        USB_PMA[1]=0;   //COUNT0_TX
        USB_PMA[2]=256; //ADDR0_RX
        USB_PMA[3]=0x8000|(3<<10);  //RX buffer 128 bytes
        USB->EP0R = USB_EP_TYPE_CONTROL|USB_EP_STAT_RX1;
5 E% B0 V3 z5 n# g3 J- l        ep0_state=0;
        USB_PMA[4]=384; //ADDR1_TX
5 C9 F9 A" A7 L- L        USB_PMA[5]=0;   //COUNT1_TX
; |  F" |- L7 m+ j8 w        USB->EP1R = USB_EP_TYPE_INTERRUPT|1;    // EP1 type
        ep1_wait=0;
5 T( g$ `' V+ A, {( a$ N# G$ N        USB->DADDR = USB_DADDR_EF;      // enable function
        USB->ISTR = ~USB_ISTR_RESET;    // write 0 to clear
6 ^  f) O% X( X% L4 `% D+ Q    }
    if(USB->ISTR & USB_ISTR_SOF)
    {
        USB->ISTR = ~USB_ISTR_SOF;  // write 0 to clear
0 H  o: K/ Y6 k5 r    }
}
3 d. l$ \3 _3 H( ~7 d, B3 y
因为只有两个EP需要管，数据量也很小，STM32F0的PMA(Packet Memory Area)固定分配好就不动了，读写数据都直接在PMA上读写。在USB Reset中断的时候，把PMA和EP都重新初始化。

主程序中用一个无限循环，每次中断过后处理一下USB请求，以及来自键盘扫描的检测。
1 Q( }! K2 i! z% o8 O5 M, B
    while(1)
8 k7 e( X$ ^5 y, ^" d3 w    {
( I- ^* E: [5 [" ?8 C- {* q        static char row=0;
) M( I. d) ]1 Z8 t) f        __WFI();
4 Q# Q' T1 `4 E        if(ep0_state & 0x80)    // request data processing
* ^: q+ w. l, _# n! `3 i        {
6 Q- ?/ N/ W* B. S) ~            if(ep0_state==0x80) // SETUP phase
; D4 V5 i. `  J+ ]" E            {
                if(!setup_packet_service())
                {
                    ep0_state=0;
                    // not supported
! p& f! G3 M( I" g                }
0 z. a- f. U. [9 @1 Q0 F                // ep0_state should be set to 1 or 2, if processed
9 H% [1 u* u$ x            }
            else    // OUT phase
4 J2 q. J& a" r1 \- r( L; b            {
                // process data
                show_LED(*(uint8_t *)(USB_PMA+128));
                ep0_state=4;
                USB_PMA[1]=0;       // Zero length DATA0
" ~1 y( {& k4 O* J. `, H                USB->EP0R = USB_EP_TYPE_CONTROL|USB_EP_STAT_TX0;
: J/ j' Y$ x5 w8 h            }
        }
9 E; h' Q& M$ r' L/ F4 c        else
        {
6 F5 v  m) w' V1 s$ H, s            if(usb_address && ep0_state==0)
            {
8 p9 v: u) G, P6 ?) S                USB->DADDR = USB_DADDR_EF|usb_address;
: G! y) ?  k# \* x$ Y5 E& ^7 Y                usb_address=0;
            }
        }
2 r2 M$ ?& L4 f- d        if(row!=scan_row)   // new scan line
5 Y7 V0 R) [2 M; R0 Q5 N/ k. @        {
            if(key_state[row]!=prev_key_state[row])
- T$ c  ?7 s2 P+ e$ G            {
                uint8_t test=0x80;
                uint8_t diff=key_state[row]^prev_key_state[row];
/ A$ P  ]" e4 u$ b: H                for(i=0;i<8;i++)
                {
                    if(diff & test)
                        update_key_matrix(row,i,key_state[row]&test);
6 E, C7 l% ~% W& M3 O                    test>>=1;
/ F0 d$ j9 `6 Z                }
            }
            row=scan_row;
1 K" u* ]3 z" e/ ]( j        }
' \5 ]* E! R6 W    }


) ~7 y7 v% w4 P9 m/ qEP0的控制传输，把用到的请求处理一下
5 W% Y& x4 P7 P" |- ~& d# o# Cchar setup_packet_service(void)
{
    if(ep0_std_req->bmRequestType & 0x20)   // class-specific
! Y; ~$ R  ~: O0 k: F$ c/ z    {
0 i- F. V- N% X, d: l0 ]        switch(ep0_std_req->bRequest)
' w  Q* b- h* R, V% `( @4 t        {
6 P% s8 S) I6 u. O/ F            case REQ_GET_REPORT: break;
2 K  O. n) m4 @, r3 P8 v7 p            case REQ_GET_IDLE:
5 A+ J! t+ q+ y0 [7 O0 w                USB_PMA[64]=0xfa;   // return 1 byte
. [0 y  ?3 H9 H                USB_PMA[1]=1;
                USB->EP0R = USB_EP_TYPE_CONTROL|USB_EP_STAT_TX0;
! K7 W9 ?$ n& g+ {1 H                ep0_state=1;
                return 1;
  Z; S# q0 n5 y1 z* T7 n5 h% [) c                break;
4 |% I5 L4 Z# N, {  ^5 h3 e0 R            case REQ_SET_REPORT:
                USB->EP0R = USB_EP_TYPE_CONTROL|USB_EP_STAT_RX0;
9 P6 }+ x3 J& m! Q9 Z                ep0_state=2;
                return 1;
                break;
: a1 G; d) W% C+ U0 g            case REQ_SET_IDLE:
                USB_PMA[1]=0;   // Zero DATA
0 m4 f5 p- P" [' k/ q' R                USB->EP0R = USB_EP_TYPE_CONTROL|USB_EP_STAT_TX0;
- A: S# [& }% f4 B" R- P8 d/ k                ep0_state=4;
, M- j8 U# d9 b; _9 L- v2 k+ e                return 1;
! g$ Y, _' }; u                break;
        }
) t* k  \; E1 D2 D        return 0;
    }
0 x, }6 C" O" L' N5 [    else    // standard
    {
9 n& T( f% T3 F" C, u8 ^, r6 h: _3 G        switch(ep0_std_req->bRequest)
        {
            case REQ_GET_DESCRIPTOR:
$ U) e! u6 x1 Z# N1 L) L7 O                return descriptor_service();
                break;
2 a3 |5 u# ]1 o# ]! i0 N+ d; p            case REQ_SET_ADDRESS:
                if(ep0_std_req->bmRequestType!=0x00)
                    return 0;
. H9 J% ]8 Y. F, [+ U                usb_address=ep0_std_req->wValue;
& _# m4 M0 L7 S. E% n* O                USB->EP0R = USB_EP_TYPE_CONTROL|USB_EP_STAT_TX0;
                USB_PMA[1]=0;       // Zero length DATA0
                ep0_state=4;    // No Data phase
                return 1;
            case REQ_SET_CONFIGURATION:
                if(ep0_std_req->bmRequestType!=0x00)
* ^) b8 g" p) z$ ^+ A" ~                    return 0;
6 ?) @( w/ ?- j0 T8 y  o                USB->EP1R = USB_EP_TYPE_INTERRUPT|USB_EP_STAT_TX1|1;
                USB->EP0R = USB_EP_TYPE_CONTROL|USB_EP_STAT_TX0;
% n6 A$ {3 _: m0 l* z2 ?; ?                USB_PMA[1]=0;   // Zero DATA
* @* d+ \& C( l# V$ e! c                ep0_state=4;    // No DATA phase
" u7 N. Q3 R/ k' B                return 1;
            default: return 0;
        }
8 ]7 v( p3 V0 S8 _* ^8 x    }
}


( {+ q/ T# k- w- B6 l3 N2 Z1 r0 j
# M; N1 [" O. R$ g1 O$ R8 [

miaozhuang

各种描述符，是USB开发首先要处理的
char descriptor_service(void)
{
& q& O9 e1 Y8 d* \' f$ U& N    switch((ep0_std_req->wValue)>>8)
    {
        case DESC_TYPE_DEVICE:
; f7 [1 K. ]8 J* f            return ep0_preparedata(&DevDesc, sizeof(DevDesc));
            break;
        case DESC_TYPE_CONFIG:
            if(sizeof(ConfigDescData)>ep0_std_req->wLength)
7 W+ c! b! Z2 b                return ep0_preparedata(&ConfigDescData, ep0_std_req->wLength);
            else
                return ep0_preparedata(&ConfigDescData, sizeof(ConfigDescData));
            break;
' O8 G6 r( o0 x/ m1 }6 A        case DESC_TYPE_STRING:
            switch(ep0_std_req->wValue &0xff)
            {
                case 0 : return ep0_preparedata(&LangIDDesc, sizeof(LangIDDesc));
                case 1 : return ep0_preparedata(&UnicodeVendorDesc, sizeof(UnicodeVendorDesc));
                case 2 : return ep0_preparedata(&UnicodeProdDesc, sizeof(UnicodeProdDesc));
0 V; w3 j# F2 T% f                default: return 0;
: G! |0 i, c7 J/ I+ I; p) Y            }
" `' n& z9 d- A) R            break;
        case REPORT_DESC_TYPE:
8 M" F5 s/ ?" c" r2 g# i4 m            return ep0_preparedata(&HidReportDesc, sizeof(HidReportDesc));
9 s) f/ b1 E+ }        default:
            return 0;
    }
; ^, C5 k1 b& q}
8 b0 c4 g, r- d4 j" P下面说下我对键盘的处理。因为有14+8条线，其中8条一组我称为列，用PA0~7读取；另外14条我称为行，在一个时刻只有1条为低电平(输出)，其它13条为高阻。在列扫描线上加上上拉，因此没有键按下的时候，PA0~7都是高电平的。若某键被按下，当在所在的行被扫描时，对应的列就会变成低。我用了Timer6中断，每0.5ms切换一次扫描线，这样扫描一遍矩阵键盘用7ms.
: O; l/ d4 n, }void TIM6_DAC_IRQHandler(void)
( w/ l+ f9 ^* E# P2 d& r! T* [{
    __IO uint8_t *PA_IDR = (uint8_t *)&(GPIOA->IDR);
; X8 E8 e, [5 X1 F

    TIM6->SR &= ~TIM_SR_UIF;
4 S+ I5 z+ F; z3 D0 s    prev_key_state[scan_row]=key_state[scan_row];
. \# n$ t. H1 [    key_state[scan_row]= *PA_IDR;   // update key states
. V1 M$ e& k7 c0 O7 a2 W+ h9 e7 t5 E' x    switch(scan_row)
    {
: g) ~7 o1 b7 e) j* c  F        case 13: // next row PB14
, w% [$ h$ ]: c* J7 E' t5 }                GPIOC->MODER = GPIOC_DEFAULT;
5 U2 h1 j4 Y! C/ {                GPIOB->MODER = GPIOB_DEFAULT|GPIO_MODER_MODER14_0;
                break;
        case  0: // next row PB15
, F" c* V' f" O: z2 s                GPIOB->MODER = GPIOB_DEFAULT|GPIO_MODER_MODER15_0;
1 X) a$ i1 |; S" M                break;
( W$ T- X8 U$ n: z        case  1: // next row PB3
4 m# U+ J' I( W9 ?4 R# K                GPIOB->MODER = GPIOB_DEFAULT|GPIO_MODER_MODER3_0;
                break;
# S1 _$ W; h' c* D        case  2: // next row PB4
2 r( R8 {) Q) m& U4 ?                GPIOB->MODER = GPIOB_DEFAULT|GPIO_MODER_MODER4_0;
$ D) \  t* V! V) z1 l( U                break;
        case  3: // next row PB5
                GPIOB->MODER = GPIOB_DEFAULT|GPIO_MODER_MODER5_0;
                break;
3 Q3 C7 j' x+ k: s4 T) T( v5 ^+ n        case  4: // next row PB6
/ Q( b( t+ @) l, B) I                GPIOB->MODER = GPIOB_DEFAULT|GPIO_MODER_MODER6_0;
                break;
5 x0 I8 P# o+ o: p        case  5: // next row PB7
                GPIOB->MODER = GPIOB_DEFAULT|GPIO_MODER_MODER7_0;
                break;
        case  6: // next row PB8
3 p% z( d* |+ g9 Y                GPIOB->MODER = GPIOB_DEFAULT|GPIO_MODER_MODER8_0;
                break;
        case  7: // next row PB9
- _1 Q. [0 U/ B, H8 U                GPIOB->MODER = GPIOB_DEFAULT|GPIO_MODER_MODER9_0;
                break;
7 [. d9 h6 M" o) a- z, \        case  8: // next row PA8
0 ?; M4 ?/ M2 y- |" |$ g                GPIOB->MODER = GPIOB_DEFAULT;
                GPIOA->MODER = GPIOA_DEFAULT|GPIO_MODER_MODER8_0;
0 C3 D! s3 J) S* m6 m                break;
        case  9: // next row PA9
                GPIOA->MODER = GPIOA_DEFAULT|GPIO_MODER_MODER9_0;
' B- D8 h& W4 A  k& c* B                break;
' ?  L3 @* c( `9 y! v        case 10: // next row PA10
                GPIOA->MODER = GPIOA_DEFAULT|GPIO_MODER_MODER10_0;
                break;
( Q2 |1 k6 g" q6 j( {$ K        case 11: // next row PA15
9 s  R- A2 w: X/ t8 q                GPIOA->MODER = GPIOA_DEFAULT|GPIO_MODER_MODER15_0;
0 S% e) s& p. C9 \                break;
        case 12: // next row PC13
1 Y9 A2 P0 `5 z. l+ ^, @  Q) V                GPIOA->MODER = GPIOA_DEFAULT;
                GPIOC->MODER = GPIOC_DEFAULT|GPIO_MODER_MODER13_0;
: M# l! _0 \/ V                break;
    }
    if(scan_row<13)
        scan_row++;
9 ]! V0 x: Q# A. p1 L    else
. K3 M* E) R' g( ~# P        scan_row=0;
$ g. Y2 V  C: z/ ^+ |- V3 j9 O$ @}
% n6 Q/ e  w0 T. `7 b2 ?( N/ k; r- p" b

miaozhuang

/ K" ~2 e- E* u$ P7 {扫描的状态被Timer 6 ISR记录在 key_state[] 数组当中，上一次的状态保存为 prev_key_state[]. 这样在主程序中只要比较这两个数组，就知道是否键盘的状态有变化了。有变化（按下或者抬起）的时候，再调用 update_key_matrix() 函数去生成USB HID报告。

要从键盘的扫描行、列坐标得到按键的编码（此处不是ASCII，也不是PS/2的键盘扫描码，而是USB HID定义的键盘Usage ID），需要用到查找表。我需要切换Dvorak和QWERTY两个布局，因此需要准备两个查找表：

9 r7 L7 f  M) ?+ [6 v7 ^
const char hid_keymap_qwerty[14][8]={
    {HK_RShift, HK_NONE, HK_NONE, HK_A, HK_R, HK_7, HK_F9, HK_Esc},
    {HK_F12, HK_BS, HK_Up, HKR_Slash, HKR_Aster, HK_NONE, HKR_Enter, HK_NONE},
5 [* x7 L0 X8 K$ g* G/ B+ j    {HK_Period, HK_V, HK_BSlash, HK_J, HK_P, HK_Q, HK_4, HK_F6},
    {HK_Comma, HK_C, HK_Quote, HK_H, HK_O, HK_Equal, HK_3, HK_F5},
* m! R0 t9 P5 `1 n+ \5 l0 z  N( s    {HK_M, HK_X, HK_Colon, HK_G, HK_I, HK_Minus, HK_2, HK_F4},
, S. @3 q" R4 [) w7 D    {HK_LShift, HK_NONE, HK_Caps, HK_F, HK_U, HK_0, HK_1, HK_F3},
3 B) [/ j) \# {+ ?4 n    {HK_Scroll, HK_LAlt, HK_RCtrl, HK_D, HK_Y, HK_9, HK_BQuote, HK_F2},
    {HK_NONE, HK_RAlt, HK_LCtrl, HK_S, HK_T, HK_8, HK_Enter, HK_F1},
    {HK_PgUp, HK_Home, HK_Insert, HKR_5, HKR_6, HKR_4, HK_F10, HKR_Dot},
    {HK_Right, HK_Down, HK_Left, HKR_Num, HKR_Plus, HK_NONE, HK_NONE, HK_NONE},
; W5 W- c4 w1 ^0 n) u    {HK_PgDn, HK_End, HK_F11, HKR_9, HKR_Minus, HKR_8, HKR_7, HK_NONE},
: n. |# V  [3 \) a" g1 \% l    {HK_Space, HK_N, HK_Z, HK_L, HK_RBr, HK_E, HK_6, HK_F8},
    {HK_Slash, HK_B, HK_Delete, HK_K, HK_LBr, HK_W, HK_5, HK_F7},
2 B% q' s: L7 C. ?# w" O5 s% a    {HK_Pause, HK_Tab, HK_PrtScr, HKR_2, HKR_3, HKR_1, HKR_0, HK_MODE}
};
2 `* O& K6 y% w7 a
9 L4 @' a3 Y" G: b6 g* y" H0 Z
/ q0 q' x& S2 s0 E! Hconst char hid_keymap_dvorak[14][8]={
$ j1 `& a) ?3 q( e& p( c    {HK_RShift, HK_NONE, HK_NONE, HK_A, HK_P, HK_7, HK_F9, HK_Esc},
    {HK_F12, HK_BS, HK_Up, HKR_Slash, HKR_Aster, HK_NONE, HKR_Enter, HK_NONE},
    {HK_V, HK_K, HK_BSlash, HK_H, HK_L, HK_Quote, HK_4, HK_F6},
    {HK_W, HK_J, HK_Minus, HK_D, HK_R, HK_RBr, HK_3, HK_F5},
# O) H0 r) f- t2 h% p    {HK_M, HK_Q, HK_S, HK_I, HK_C, HK_LBr, HK_2, HK_F4},
    {HK_LShift, HK_NONE, HK_Caps, HK_U, HK_G, HK_0, HK_1, HK_F3},
    {HK_Scroll, HK_LAlt, HK_RCtrl, HK_E, HK_F, HK_9, HK_BQuote, HK_F2},
0 t% s% o# x* ^* l    {HK_NONE, HK_RAlt, HK_LCtrl, HK_O, HK_Y, HK_8, HK_Enter, HK_F1},
    {HK_PgUp, HK_Home, HK_Insert, HKR_5, HKR_6, HKR_4, HK_F10, HKR_Dot},
9 R7 v6 Y7 {4 ?$ C) L6 K: r1 q. K    {HK_Right, HK_Down, HK_Left, HKR_Num, HKR_Plus, HK_NONE, HK_NONE, HK_NONE},
8 V1 C& I/ w0 K, v8 i5 O    {HK_PgDn, HK_End, HK_F11, HKR_9, HKR_Minus, HKR_8, HKR_7, HK_NONE},
    {HK_Space, HK_B, HK_Colon, HK_N, HK_Equal, HK_Period, HK_6, HK_F8},
% w& F' C4 p  ?" H" ~    {HK_Z, HK_X, HK_Delete, HK_T, HK_Slash, HK_Comma, HK_5, HK_F7},
    {HK_Pause, HK_Tab, HK_PrtScr, HKR_2, HKR_3, HKR_1, HKR_0, HK_MODE}
};


2 c7 X, d. f) z% w0 B$ t上面的宏定义另写在 translate.h 头文件中。HK_NONE是没有实际按键的位置，HK_MODE是我另外加的一个键，用来切换两个键盘布局。这个“一键切换”的键加装，可以用原来键盘上的AT/XT开关，也可以用我预留的User I/O，做到后来发现用键盘矩阵的空闲位置更方便。
0 T" l7 w4 E, ]. v. ]
HID报告的8个字节，第一个是8个特殊键的状态(Shift, Alt, Ctrl, GUI)，第二个保留，后6个每个非0值是一个按下的键的Usage ID. 产生HID报告的子程序：

* \7 Z: ]+ t; }/ V7 @void update_key_matrix(char row, char col, char onoff)
; l6 y+ ~5 \1 u( a- Z  l3 W{
    static uint16_t hid_report[4]={0,0,0,0};
    static char (*hid_keymap)[8]=hid_keymap_dvorak;
2 t8 q( w9 P/ W. H9 p, q

    unsigned char key=hid_keymap[row][col];
    unsigned char *report =(unsigned char *)hid_report;
    char i;

6 b& g# x5 P! X0 b0 y+ d* ?4 X
    if(key==HK_MODE)
    {
        if(!onoff)
* T- n6 Y3 _$ h" P! L        {
            if(hid_keymap==hid_keymap_dvorak)
& C' F3 h( G! x! v) G2 W+ K+ D            {
- T8 W9 s0 O( F! e) t                hid_keymap=hid_keymap_qwerty;
" Q5 I1 f5 z1 i! t: W8 d; k                GPIOB->BSRR = (1<<2);
            }
            else
            {
8 a% M& P2 @1 _" J9 L                hid_keymap=hid_keymap_dvorak;
4 i2 d1 I/ G" z1 w% z                GPIOB->BRR = (1<<2);
+ v+ o: @/ A/ `# A9 a            }
) W) O; c9 E# C) X7 q1 r, H        }
7 _. I* |8 ~/ I9 K4 e  P" q        return;
    }

: [& f$ |- N+ ?' R& P
    if(key>=0x80)   // Alt, Ctrl, Shift
    {
; n% M: U" U" H- M7 ]2 V+ v        uint8_t bitset = 1<<(key&7);
        if(onoff)   // non-zero is key up
) M) r: s4 {0 u) @4 U            report[0] &= (~bitset);
# T  `4 P" P; \$ g( Y        else
; p9 a- B: t9 ?# ~) ~            report[0] |= bitset;
    }
, s7 [  F2 e8 q* f$ |) n' H& ]9 Y    else
    {
% M0 E6 P( T# a        if(onoff)   // non-zero is key up
        {
* h- q+ H( q! @& P            for(i=2;i<8;i++)
3 y, h1 ?1 t" j/ U5 S            {
                if(report==key)
! d5 W5 b, W+ y/ ^+ H+ H& [4 ?                {
$ }, E- T: j5 R1 `1 d. R* L6 Y# u                    report=0;
* h+ E: w: i' t  ~: U  }0 B                    break;
2 t$ {6 T$ V1 z3 f/ _                }
# E, L' v; |2 r. Y' w            }
        }
        else
0 K( Z/ {9 B: b3 v# D2 [        {
            for(i=2;i<8;i++)
            {
' H/ e% j' ~0 E  R% f2 Q0 X4 K2 t                if(report==key)
! ^' c" z* N1 E                    break;
; q# }& ]$ e# `. g& @) w' f                if(report==0)
                {
, e" U  L9 K4 }* m! ~+ a1 k7 T4 J                    report=key;
# l" n* D- P8 f- j$ M0 z                    break;
& o  I2 S8 L7 M                }
            }
( o4 `! p% w. }8 w! t        }
    }
    for(i=0;i<4;i++)
& Y! a# m: v+ ~3 U        USB_PMA[192+i]=hid_report;
' p8 ]% e; U7 ^, n6 M7 ?    USB_PMA[5]=8;   //COUNT1_TX
    if(ep1_wait==0)
- [) }  Q- w1 W1 o    {
        USB->EP1R = USB_EP_TYPE_INTERRUPT|USB_EP_STAT_TX0|1;
        ep1_wait=1;
2 b+ w, }" p' }# C0 K2 Z    }
}
. L/ _6 F  I3 R! p4 G& ^% k( H4 c7 |
" X7 b$ B+ @' N% G4 \
0 X" d1 b8 L* ^( E$ w% S完整的程序在附件中。我这个程序没有使用任何USB的库函数，完全是从底层操作，这样对USB的工作细节可以了解得比较清楚，当然，也费了很多工夫啦。
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2016-9-21 21:01 上传

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( E3 A0 ?7 z; M6 p- x
7 O2 M+ ^+ R- l  Y! d, V4 {

* ]3 B1 e  u  I

miaozhuang

在电子论坛上看到的，这对于改造键盘的小伙伴来说，提供了很大的帮助，步骤很详细，拆解换主控，设计pcb板，编写固件，看的是很过瘾。

网络孤客

刚开始我以为要把打字机改造成电脑键盘
不过楼主也很厉害！

miaozhuang

网络孤客 发表于 2016-9-22 13:48
, d  [* p" h6 X8 P4 F刚开始我以为要把打字机改造成电脑键盘
不过楼主也很厉害！

- B" I* H* P$ @' ~/ n% t2 f哈哈  是有点像奥

Mr.Prince

很厉害
6 E6 W' |3 Z* R% Q. {4 q

thermoer

这个看着真硬核