基于RT-Thread和N32G457的迷你鍵盤設計方案

應用背景

機械鍵盤在最近幾年發(fā)展迅猛，功能也逐漸豐富，在開源環(huán)境中也存在幾個發(fā)展迅猛的開源項目，比如QMK。這些項目對STM32之類的芯片雖然有所支持，但是相關資料也會少很多，所以項目之初我是希望可以將QMK作為一個軟件包接入RT-Thread,但是由于對其了解不夠深入，最后項目變成了完成鍵盤為主（主要PCB已經(jīng)畫回來了）。

本次作品，是希望借實現(xiàn)一個小鍵盤接觸QMK之類的開源項目，并將其接入RT-Thread，這樣對于機械鍵盤這個行業(yè)而言，主控芯片的選擇會豐富很多。

實現(xiàn)功能

本項目主要為一個通過USB HID協(xié)議對電腦進行通信的機械鍵盤（30左右鍵+3個編碼器），添加WS2812的燈珠，添加1.14寸OLED顯示屏，均完成基礎功能編寫測試（存在部分不穩(wěn)定的bug）。通過RT-Thread為每一個設備建立線程，實現(xiàn)了互相通訊，實現(xiàn)了部分互動特效。

開發(fā)板和RT-Thread使用情況概述

本次設計對鍵盤部分設計了PCB以及頂部定位板的PCB，使用40P的FPC排線將所有所需引腳引出，通過杜邦線連接到主控板，使用的主控板為國民技術提供的N32G457開發(fā)板，將所有IO引出，考慮之下，作為前期項目，采取了杜邦線的形式。

在設計PCB的時候，考慮到整體鍵盤一體性，有做額外設計，將主控部分放置于頂層定位板處，床層PCB通過FPC排線進行連接。當然由于時間與資源關系并沒有完成該部分，定位板只做定位板使用，是便于調(diào)試的選擇。

在軟件層面該程序使用RT-Thread 4.1.0為主控系統(tǒng)，部分內(nèi)容通過對軟件包的修改完成。

硬件框架

如圖：

實裝了OLED，WS2812b，和鍵盤本體，通過FPC排線接到轉(zhuǎn)接板，通過杜邦線連接到開發(fā)板。
對于機械鍵盤部分，原理圖如下。

軟件框架說明

針對每一個外設都有做線程，USB接收的信息有CapsLock和NumsLock，這類事件通過Event公告。

keyboard線程是10ms掃描一次，先掃描矩陣鍵盤，再掃描旋轉(zhuǎn)編碼器。

當發(fā)現(xiàn)有按鍵需要發(fā)送出去，在線程內(nèi)先打包好，然后通過消息隊列發(fā)送出去。

軟件模塊說明

由于N32G45X的BSP并不支持USB設備，在移植嘗試進行了一些時間后，由于本身并未研究過USB設備，在仍然希望最終結(jié)果相對完整的前提下，選擇了另一種方法。根據(jù)國民技術提供的N32G457的庫函數(shù)，內(nèi)部包含了部分使用USB向電腦發(fā)送數(shù)據(jù)的例程，本次項目將該部分例程魔改，并未初始化USB的device，但對USB設備分配了一個線程，使用RT-Thread的方法進行橋接，發(fā)送所需數(shù)據(jù)到例程中設備向USB主機發(fā)送設備的位置，最終實現(xiàn)了成功枚舉HID設備并正常進行打字輸入。

現(xiàn)階段軟件在打字部分已經(jīng)比較完善，ws2812b部分存在bug，會出現(xiàn)顏色偏差。

對SPI部分驅(qū)動后續(xù)有進行小修復，驗證通過，后續(xù)會提交PR。