Как переделать практически любую клавиатуру в PS/2

Цитата:

---

Сообщение от CLR

Я на днях собрал тестовый стенд для беспаечной проверки и настройки контроллера ps2avr, буду проверять свою раскладку и идеи по оптимизации.
Заодно и проверю, как оно будет работать на AVR-ZX и на KarabasPro.

---

Во, хорошая идея. Надо мне будет тоже маркированные pbs-ки припаять, чтоб "клавиши" замыкать было удобнее.

По вчерашним экспериментам у меня выводы такие:
1. Идея сделать все на двух больших кирпичах с разбегу не прокатывает. В Speccy2010 реализация ps/2 грамотная, но это так не везде. В большинстве случаев протокол ps/2 реализован обрезанным и между этими реализациями будут нестыковки. Может и удастся найти более-менее работающий вариант клавиатурного контроллера на атмеге, но он и для обычного спека работает на пределе быстродействия, а для турбо уже опять все будет мимо.
2. В целом идея использовать ps/2 как промежуточный протокол является компромиссом и с очень большой натяжкой, т.к. он предусматривает передачу "событий", то есть цепочек байт вида "клавиша нажата" и "клавиша отпущена". Это диффы к текущему состоянию клавиатуры, если хоть один из них будет каким-то образом потерян, то контроллер не будет адекватно отражать состояние клавиш. Косяк передачи по интерфейсу маловеротен, тут больше играет роль неуспевание его обработки и переписывание следующим байтом. Мне это напоминает MIDI-интерфейс и зависание звучания инструментов, если в передаче или обработке его событий есть потери.
3. Красивым вариантом обхода всего этого безобразия является использование некоторой схемы с регистром на все имеющиеся клавиши, которая "отражает" их спеку при опросе клавиатуры, и при этом состояние этого регистра постоянно рефрешится опросом актуальной матрицы. Есть такие решения для PS/2 у andykarpov
https://github.com/andykarpov/ps2_cpld_kbd
и leonid-z
https://github.com/leonid-z/zxkeyboard
В обоих случаях атмега получает клавишные события по интерфейсу ps/2, обновляет в своем массиве состояние нужных клавиш и постоянно ПОЛНОСТЬЮ передает его по SPI той самой схеме, которая реализована в CPLD. Это всего 6 байт (40 бит клавиши спека и еще один байт может передавать состояния специальных кнопок навроде ресета, мэджика, турбо и т п).
Только в нашем случае нет необходимости вообще как-то привязываться к PS/2, достаточно этой же атмегой опрашивать некую клавишную матрицу, по некоей таблице соответствия генерить массив состояний клавиш спека и передавать его в регистр CPLD.
Посмотрим, насколько мне хватит тямы что-то из этого сделать.

Две последних CPLD-реализации под завязку используют CPLD, первая - EPM7128, вторая - EPM3064. И судя по всему вдвое больше LE требуется более грамотной реализации SPI slave, а т к во втором случае она слишком лаконична и проста, то где-то должна быть подстава )
Собственно, у меня все равно сейчас для игрушек есть только EPM7064, поэтому начну со второго варианта. И с опроса атмегой какой-нибудь простой матрицы клавиш типа 4х4 для отладочной передачи по SPI. Потом можно будет на эту же атмегу поключить большую матрицу.
To be continued...

Цитата:

---

Сообщение от valerium

Две последних CPLD-реализации под завязку используют CPLD, первая - EPM7128, вторая - EPM3064. И судя по всему вдвое больше LE требуется более грамотной реализации SPI slave, а т к во втором случае она слишком лаконична и проста, то где-то должна быть подстава )
Собственно, у меня все равно сейчас для игрушек есть только EPM7064, поэтому начну со второго варианта. И с опроса атмегой какой-нибудь простой матрицы клавиш типа 4х4 для отладочной передачи по SPI. Потом можно будет на эту же атмегу поключить большую матрицу.
To be continued...

---

Всех с наступившим НГ ! Кто как празднует, а мне после елки и шампанского довелось поковырять обе вышеприведенные разработки.
Схема leonid-z у меня работать не захотела ни в каком виде. Не сумел я никакие отладочные наборы данных прокачать по этому упрощенному SPI на epm7064, да и отлаживать там что-либо трудно - CPLD забита под завязку и даже одного триггера под отладочную защелку не выкроить (
Поэтому бросил я ту идею, добыл epm7128 и пересобрал под нее практически без изменений CPLD-версию andykarpov, хоть и напрягало меня, что под какой-то промежуточный клавиатурный регистр тратится CPLD, в которую можно засунуть практически всю логику спека. Запустил все это с ардуинкой на atmega328p и на ps/2-клавиатуре все заработало прям с разбегу.
Потом с некоторыми мелкими изменениями контроллер поменял на atmega32 с его четырьмя 8-разрядными портами (из которых в дальнейшем без SPI и rx/tx остается 26 ног - вполне достаточно для многих клавиатурных матриц). Код пересобрал в том же arduno IDE с модулями для atmega32 - клавиатура PS/2 тоже заработала без проблем, однако есть неприятность - исходная Atmega328p с включенным фьюзом CKOUT дает получить наружу тактовые импульсы своего генератора, которыми тактируется CPLD-часть. А вот Atmega32 такого не имеет и для CPLD пришлось сделать отдельный генератор.
Вопрос к знающим: какие-то еще из богатых ногами атмег умеют раздавать свой генератор наружу ?

Сегодня прошерстил код атмеги (приятно, читабельно - респект andykarpov !), обработку прерывания от PS/2 и обработку принятых кодов заменил на сканирование матрицы - для примера взял ненужную спековскую клавиатуру (5х8) и прицепил на порты C и D атмеги32. Ее клавиши сканятся и мапятся в регистр CPLD вполне успешно, спек с ней работает вполне адекватно, так что если еще "добавим ножек", то уже можно любую клавиатуру до 26 пин включительно читать и перемапливать на спековскую. Алгоритм опроса незнакомой матрицы пока не реализован, но вроде в железяку вписываемся без проблем и должно получиться.
Вложение 74377

Для дальнейших экспериментов нашел клавиатуру от Asus X200 на 24 пина, с ней далее и буду экспериментировать.
Вложение 74376

...продолжение.

Цитата из билайновской рекламы про робота - "ой, а разговоров-то было !".
Все оказалось в разы проще. Дольше всего пришлось МГТФ зачищать.
Нижу привожу гайд по борьбе в клавиатурной матрицей для домохозяек и других аналогичных мне неучей.

Итак, клавиатура от Asus X200, макетка с atmega32 и кварцем, arduino IDE с модулями MightyCore для поддержки atmega32.
С атмеги32 подключены только SPI (PB4-PB7) на CPLD и UART (PD0, PD1) для дебага через USB-UART. Остальные портовые ноги PD2-PD7, PC0-PC7, PA0-PA7, PB0-PB3 свободны для подключения к разъему клавиатурной матрицы.
Вложение 74385
Для дебага/обратной связи с МК нужен USB-TTL-UART навроде такого, но у меня его нет, а садиться и ехать за ним куда-то не позволяет новогоднее состояние настроение. Поэтому вместо него используется ардуинка с залепленным дулом на землю ресетом.
Вложение 74382

Модуль для atmega32 (и других контроллеров, не нативных для плат Ардуино) удобен тем, что мы можем удобно ссылаться на удобно описанные ноги портов соответствующего контролера, а также задав в настройках IDE частоту кварца не заботиться о правильности частоты UART для нужной скорости.
Пакет модулей берется по ссылке https://mcudude.github.io/MightyCore...ore_index.json
Как его добавить в IDE и сделать доступным из менеджера плат, есть картинки тут.

Код, написанный при помощи топора - сразу же после hello world:

Код:

---


//описание алиасов для пинов
#define PINS_MAX 26

#define PIN0 PIN_PD2
#define PIN1 PIN_PD3
#define PIN2 PIN_PD4
#define PIN3 PIN_PD5
#define PIN4 PIN_PD6
#define PIN5 PIN_PD7
#define PIN6 PIN_PC0
#define PIN7 PIN_PC1
#define PIN8 PIN_PC2
#define PIN9 PIN_PC3
#define PIN10 PIN_PC4
#define PIN11 PIN_PC5
#define PIN12 PIN_PC6
#define PIN13 PIN_PC7
#define PIN14 PIN_PA7
#define PIN15 PIN_PA6
#define PIN16 PIN_PA5
#define PIN17 PIN_PA4
#define PIN18 PIN_PA3
#define PIN19 PIN_PA2
#define PIN20 PIN_PA1
#define PIN21 PIN_PA0
#define PIN22 PIN_PB0
#define PIN23 PIN_PB1
#define PIN24 PIN_PB2
#define PIN25 PIN_PB3

//массив номеров пинов для перебора клавиатуры
const uint8_t pins[PINS_MAX] =
{
  PIN0, PIN1, PIN2, PIN3, PIN4, PIN5, PIN6, PIN7, PIN8, PIN9,
  PIN10, PIN11, PIN12, PIN13, PIN14, PIN15, PIN16, PIN17, PIN18, PIN19,
  PIN20, PIN21, PIN22, PIN23, PIN24, PIN25
};


// initial setup
void setup()
{
//все клавиатурные ноги ставим в режим входа с пуллапом
  for (uint8_t i=0; i<PINS_MAX; i++) pinMode (pins[i], INPUT_PULLUP);

//и инициализируем вывод по UART для получения данных о клавишах в "мониторе порта"
  Serial.begin(115200);
  Serial.flush();
  Serial.println(F("Unikeyboard matrix explorer v1.0"));
}

// main loop
void loop()
{
  uint8_t colcount, rowcount;

//перебираем все потенциальные столбцы
  for (colcount=0; colcount<PINS_MAX; colcount++)
  {
    //при опросе очередного столбца переключаем все линии "как бы строк" в режим входа, чтоб не получить конфликт уровней на выходах
    for (rowcount=0; rowcount<PINS_MAX; rowcount++) pinMode (pins[rowcount], INPUT_PULLUP);
   
    //один пин потенциального столбца включаем в режим выхода, даем уровень 0
    pinMode (pins[colcount], OUTPUT);
    digitalWrite (pins[colcount], LOW);

    //перебираем все пины строки, пропуская пин столбца
    for (rowcount=0; rowcount<PINS_MAX; rowcount++)
              // если на входе строки находим 0 (нажата клавиша на пересечении текущих COL/ROW) - выводим ее в консоль
              // в виде двух индексов пинов (меньший+1, больший+1). Плюс единица, т к индексы нумеруются с 0, а контакты на разъеме с 1.
              if ( (rowcount != colcount) and !digitalRead(pins[rowcount]) )
                  {
                  Serial.println ("Pressed key ("+String((colcount<rowcount?colcount:rowcount)+1)+", "+String((colcount<rowcount?rowcount:colcount)+1)+")");
                  delay (300);
                  }
  }
}

---

Этот скетч компиляем, экспортируем и заливаем в атмегу любым удобным способом (avrdude, khazama, и т п), фьюзы у меня на нем LOW=0x0e, HIGH=0xD7, EXT=0xFD, но из них важен по сути только внешний источник CKSEL=1110, а задержки включения SUT и генераторный CKOPT не принципиальны (впрочем, внутренний генератор тоже можно использовать, не забыв в настройке IDE это указать, чтоб частота UART пересчиталась).
Подключаем клавиатуру к атмеге, подключаем USB-UART к компу и запускаем IDE в режиме монитора порта (или любой другой терминал на соответствующем компорте), давим по порядку клавиши, видим вывод следующего характера:
Вложение 74381

Я записал соответствующие сочетания линий для каждой клавиши прямо на самой клавиатуре:
Вложение 74384

Дальше, если верить легенде о 8 столбцах в любой клавиатуре, то надо выделить эти самые 8 столбцовых линий.
Рекомендуют это делать по линиям modifier keys, в моем случае они такие:
LCTRL 4 12
RCTRL 4 6
LALT 2 7
RALT 2 9
LSHIFT 5 11
RSHIFT 5 8
GUI(WIN) 3 13
Fn 1 6
MENU 1 9

В парах "близнецовых" клавиш видим непересекающиеся линии 6,7,8,9,11,12. И у GUI есть линия 13. Это в сумме 7 линий.
Дальше лотерея - надо восьмую линию подобрать как-то наугад, долго глядя в клавиатуру. Я просто предположил, что эта клава имеет столбцовые линии в одной подряд идущей группе, и в ряду 6,7,8,9,11,12,13 пропущена линия 10. Если это не так - далее при построении таблицы вылезет какой-то несходняк и эту итерацию надо будет повторить.
Итак имеем столбцовые линии 6,7,8,9,10,11,12,13. Остальные строковые.
Строим таблицу:
Вложение 74383
Цветом выделены мастхэв-клавиши для спектрума, ненужные строки можно исключить целиком (в целом это означает, что если у клавиатуры больше 26 линий, то не используя некоторые можно ее заюзать с той же атмегой, где их <=26).

Тайна клавиатуры раскрыта.
Если есть идеи, как автоматизировать поиск столбцовых линий - кидайте идеи, я не смог придумать.

Мапить эту клавиатуру в регистр клавиш в CPLD буду немного позже. Но тоже скоро.

Цитата:

---

Сообщение от valerium

для домохозяек и других аналогичных мне неучей.

---

...и это всё о нём (с)
Я так понимаю для стандартной ардуино уно пинов не хватит ? А если в два захода? чисто для сканированийя)))
а для Arduino Mega 2560 ? там вроде как 54 IO. А то есть погибшая при пожаре мини слим усб клава, я бы позаглядывал, что там в унутри.

Цитата:

---

Сообщение от zebest

Я так понимаю для стандартной ардуино уно пинов не хватит ? А если в два захода? чисто для сканированийя)))
а для Arduino Mega 2560 ? там вроде как 54 IO. А то есть погибшая при пожаре мини слим усб клава, я бы позаглядывал, что там в унутри.

---

В несколько заходов можно попробовать, но их будет не два, а больше. Просто потому, что могут оказаться клавиши _между_ теми линиями, которые друг друга исключили в первом и втором заходах, надо будет их еще сколько-то раз вычислять. Может получиться, что и за 10 таких заходов еще останутся "белые пятна".
На мега 2560 - запросто, раз ног хватает и если она уже есть. Надо только разобраться, как именно там именуются ноги соответствующих портов и довнести их в массив пинов. Я позавчера удивлялся, что для atmega32 параллельно существуют разные распиновки arduino, sanguino и bobuino (разная нумерация одних и тех же ног), когда искал, как их указывать в скетче.

Немного поразмыслив, могу предложить такой вариант: в несколько заходов постараться вычислить клавиши-модификаторы (опросом или даже просто тестером протыкивая гребенку разъема), найти 8 линий столбцов (или додумать ненайденную линию), после чего подключать все столбцовые линии и часть строчных, опрашивать часть клавы, затем менять строчные линии и опрашивать остальные клавиши - так мы сможем разделить все на два непересекающихся набора.

Но это получится только если для той клавиатуры справедливо правило 8 столбцовых линий (не знаю, каков процент исключений существует)

Допиливаю рабочую прошивку атмеги, смапил основную часть клавиш, работают цифры-буквы, шифты, курсор, капслок - без косяков и без пропусков клавиши-модификатора.
Вроде бы и все хорошо. Но не удается повторить ту логику, которая была сделана изначально у andykarpov для работы с двойственными клавишами PC, которые меняют назначение в зависимости от состояния шифта - например =/+ или ;/: - просто потому, что это не PS/2 и нажатие шифта для "второго значения" еще можно поймать, но нет события на отпускание клавиши для возврата к "первому значению".
Добавлять глючности в работу простого и приделывать всякие флаги промежуточных состояний я не хочу, поэтому на них вынесу одиночные функции и этого на данный момент хватит.
Кейпада на клавиатуре Asus X200 нет и в шаблон я его добавлять пока не буду, т к проверить толком не на чем.

Еще исходное CPLD-решение имеет 4 регистра для передачи спецфункций (reset, magic, turbo и некий special), их тоже планирую включить, есть ли стандарт на их расположение на PCшной клавиатуре ? Или каждый лепит, как ему нравится ?
Еще по поводу стандарта - не могу привыкнуть к раскладкам, где оба шифта работают как CS, а оба CTRL как SS; мне кажется логичнее сделать все левые модификаторы заменой CS, а все правые - заменой SS. Ну на ALT еще куда ни шло поставить CS+SS.
Что по этому поводу говорится в правилах хорошего тона ?

Цитата:

---

Сообщение от valerium

подключать все столбцовые линии и часть строчных, опрашивать часть клавы, затем менять строчные линии и опрашивать остальные клавиши - так мы сможем разделить все на два непересекающихся набора.

---

ну я как то так и предполагал для ардуинки с малым количеством пинов. Для жирной ардуинки это не существенно.
Ну и раз про жирную ардуинку, типа 2560.
А что, например нельзя сразу сделать, на входе 25 линий с клавы, на выходе 8+5 линий на ZX ? Без CPLD

Так уже было много раз сделано и всегда был достигнут предел быстродействия у такого контроллера, чаше всего он на 20-25 мгц avr-ки успевал обрабатывать клавиатурный опрос спека со стандартными 3,5мгц, а в турбо-режимах это не работало или частично, или вообще.
Именно поэтому CPLD красиво решает эту проблему буферным регистром, который спек опрашивает независимо от жизни МК.

Наверное можно поставить еще один эксперимент и что-то такое написать под очень большую в плане ног атмегу. И получить новый результат, неизвестно, приемлемый или нет. Ну и тут уже будет не си, а ассемблер, для этого нужен человек со знаниями.

Цитата:

---

Сообщение от valerium

добыл epm7128 и пересобрал под нее практически без изменений CPLD-версию andykarpov, хоть и напрягало меня, что под какой-то промежуточный клавиатурный регистр тратится CPLD, в которую можно засунуть практически всю логику спека.

---

это у спека все просто и прозрачно, всего 40 триггеров и немного логики. вот когда я для специалиста такое делал - вот там да...
p.s. впрочем там я даже без контроллера обошелся - хотя этот грязный хак не на всех клавах работает.

Цитата:

---

Сообщение от valerium

Запустил все это с ардуинкой на atmega328p и на ps/2-клавиатуре все заработало прям с разбегу. Потом с некоторыми мелкими изменениями контроллер поменял на atmega32 с его четырьмя 8-разрядными портами (из которых в дальнейшем без SPI и rx/tx остается 26 ног - вполне достаточно для многих клавиатурных матриц). Код пересобрал в том же arduno IDE с модулями для atmega32 - клавиатура PS/2 тоже заработала без проблем, однако есть неприятность - исходная Atmega328p с включенным фьюзом CKOUT дает получить наружу тактовые импульсы своего генератора, которыми тактируется CPLD-часть. А вот Atmega32 такого не имеет и для CPLD пришлось сделать отдельный генератор.
Вопрос к знающим: какие-то еще из богатых ногами атмег умеют раздавать свой генератор наружу ?

---

встречный вопрос - а зачем? если все равно пересобирать CPLD - там без этого клока можно легко обойтись. если не копипастить навернутый полный SPI слейв, от которого нужен банальный сдвиговый регистр - то в качестве клока вполне пойдет сигнал AVR_SS.

Цитата:

---

Сообщение от Serg6845

это у спека все просто и прозрачно, всего 40 триггеров и немного логики. вот когда я для специалиста такое делал - вот там да...
p.s. впрочем там я даже без контроллера обошелся - хотя этот грязный хак не на всех клавах работает.

---

Там вроде матрица больше и разбросана по разным портам ВВ55... Или она опрашивается как-то иначе ?
А можно этот вариант без контроллера посмотреть ? Не, я не специалист в "Специалистах", просто сама идея интересна.

Цитата:

---

встречный вопрос - а зачем? если все равно пересобирать CPLD - там без этого клока можно легко обойтись. если не копипастить навернутый полный SPI слейв, от которого нужен банальный сдвиговый регистр - то в качестве клока вполне пойдет сигнал AVR_SS.

---

Да ответ простой - не смог я этого ) Пока не умею. Я ведь ненастоящий сварщик.
Скопипастить сложный пример было проще, чтобы хоть с чего-то начать.

Как я понимаю, это примерно вот так должно выглядеть на vhdl, если ориентироваться на CPLD-решение Андрея Карпова (вся клава+спецкнопки - 6 слов по 16-бит, режим MSBFIRST, в старшем байте "адрес" кейстатусов в CPLD-регистре, в младшем байте сами кейстатусы):

Код:

---


entity SPI_slave is
    Port ( SCK  : in  STD_LOGIC;
          DATA : in  STD_LOGIC;
          SS  : in  STD_LOGIC);
end SPI_slave;

architecture Behavioral of SPI_slave is
    signal spi_do : STD_LOGIC_VECTOR (15 downto 0);
    signal kb_data : std_logic_vector(39 downto 0) := (others => '0'); -- 40 keys

  -- additional signals
    signal reset  : std_logic := '0';
    signal turbo  : std_logic := '0';
    signal magick  : std_logic := '0';
    signal special : std_logic := '0';

begin

    process (SCK)
    begin
        if (SCK'event and SCK = '1') then
            if (SS = '0') then
                spi_do <= spi_do (14 downto 0) & DATA;
            end if;
        end if;
    end process;

    process (SS)
    begin
        if (SS'event and SS = '1') then
                        case spi_do(15 downto 8) is
                                when X"01" => kb_data(7 downto 0) <= spi_do (7 downto 0);
                                when X"02" => kb_data(15 downto 8) <= spi_do (7 downto 0);
                                when X"03" => kb_data(23 downto 16) <= spi_do (7 downto 0);
                                when X"04" => kb_data(31 downto 24) <= spi_do (7 downto 0);
                                when X"05" => kb_data(39 downto 32) <= spi_do (7 downto 0);       
                                when X"06" => reset <= spi_do(0); turbo <= spi_do(1); magick <= spi_do(2); special <= spi_do(3);
                                when others => null;
                        end case;       
        end if;
    end process;

end Behavioral;

---

Опять же - для собственного развлечения я это сделаю, но будет ли в этом какая-то практическая выгода, неизвестно, т.к. ПЛИСка и 7128, и 3128, и более мелкие *064 стоят одних и тех же 150-200 руб на каждом китайском углу. И цена решения будет одна, хоть 40 триггеров задействовано в CPLD, хоть 100+. Только если генератор сэкономить...


UPD: Собственно, доработал CLPD, убрал жирного SPI slave, убрал генератор.
77 of 128 macrocells. Сильно много не оторвать, в 64 точно не упихать.
Вложение 74407

Serg6845, спасибо за науку )