↓だいぶ前の記事ですが、この記事の続きです。
久々の投稿です。
ゴールデンウイークに入って時間ができましたので、今日は調子の悪いPC-88VA2のキーボードを分解して掃除…ではなく、キーボード変換器を作っていこうと思います。
はい、前回は、黒井電波さんから発売されていた(現在品切れ中。再販予定は不明。)『かんたんUSBホスト (HIDキーボード用)』を使ったら、比較的簡単にUSBキーボードをつなげられるんじゃないかな？
という話でした。
1. 環境構築
記事の中では、そのうちソースコードを公開する予定と書いてありますが、既に公開されています。
q61org/CH559_EasyUSBHost: Firmware for CH559 that converts USB keyboard inputs to ASCII text, with USB hub support.
ソースコードは、Ubuntu上で、SDCCというCコンパイラ向けに書かれているので、私のように普段Linuxを使わない人は、まず環境を作成するところから始めなければなりません。
Linux環境の構築って、今までも何度か挑戦しましたが、誰かが書いた記事をなぞって、違いがあるとお手上げの繰り返しでした。
でも大丈夫。今の世の中、チャッピーくんという、(よく嘘つくけど)頼れる味方がいます。
誰かが書いた記事と多少違っても、お手上げにはならなくなりました。
いい時代になりましたね！
で、方法は色々とあるのですが、今回はMSYS2のMinGW64環境を構築しました。
Linux用に書かれたソースコードを再コンパイルして、同じ挙動をするWindows上の実行ファイル(*.exe)を作成する環境です。(違っていたらご指摘ください。)
bash.exeもあって、Linuxの基本ツール類もWindows形式の実行ファイル(*.exe)になってそろっています。
つまり、完全なるWindows環境なのですが、何となくLinuxを使っているような気分になれる、という代物です。
「かんたんUSBホスト」は、中国の半導体メーカーである南京沁恒(WCH)のワンチップマイコンCH559Lが使われています。
このMPUは、キーボードコントローラ等でよく使われているインテル8051のCPUコア(MCS51)を採用していますが、機能・性能共に、大幅に改良・拡張されたものになっています。
拡張メモリもチップに内蔵されており、「かんたんUSBホスト」ではスタックを拡張メモリに配置しています。
ここで1つ問題があります。スタックを拡張メモリに配置すると、C言語の関数呼び出しインタフェースが変わってしまいます。しかし、そのインタフェースのライブラリはバイナリで提供されておらず、必要ならば自分でソースファイルをコンパイルして作成しなければなりません。
これがなかなかたいへんでした。
やりたいことはライブラリのソースコードをコンパイルしたいだけなのですが、.configureを実行すると、コンパイラ本体からすべてコンパイルしようとしてしまい、そうするとgccが無いとか、なんちゃらライブラリが無いとか、色々と文句を言われます。
Makefileを作ってもらうために.configureの実行は必須なので、困ったものです。
しかし、コンパイラ本体のコンパイルは通らなくてもOK。そんなのは公式から実行形式をダウンロードしてくればよいのです。
ただし、ここで注意しなければならないことがあります。
公開されたSDCCの最新の実行形式ファイルと、最新のソースコードのバージョンが微妙に違っていたのです。
というか、そもそもコンパイルエラーが出ていたのはこれが原因だったようです。
ソースコードの最新版Ver.4.5.0に合わせて実行形式もVer.4.5.0を探して再インストール。これでやっとライブラリをコンパイルする環境が整いました。
どこに説明があるのかサッパリわかりませんでしたが、拡張メモリスタック配置版のライブラリをコンパイルするには、
make model-mcs51-xstack-auto
とターゲット指定してビルドすると良いそうです。
コンパイルが完了したら、sdcc-4.5.0/build/device/lib/build/large-xstack-autoディレクトリに所望のライブラリが作成されるので、これを/msys64/mingw64/share/sdcc/lib/large-xstack-autoディレクトリに格納すれば完了なのだそうです。
…って、そんなのわかるかよ(怒)！
こんなの自力では到底たどり着けなかったと思います。チャッピー様様です。
ちなみに、MSYS2には「～環境のbash」を実行するラッパーアプリが、何種類も用意されています。
でも、今回はVS Codeを使って編集をするので、ラッパーからではなく、VS Codeのコンソールから実行できるとベストです。はい、そしてここでもチャッピー登場！
コンソールでCtrl+Shift+Pでユーザー設定(*.json)を開いて、
"MSYS2 MINGW64": {
"path": "C:\\msys64\\usr\\bin\\bash.exe",
"args": ["--login"],
"env": {
"MSYSTEM": "MINGW64",
"CHERE_INVOKING": "1"
},
"overrideName": true
}
を適切な場所に追加すればよいそうで…。
こちらも以前だったら間違いなく諦めていた内容ですね。
これで無事、VS Codeのコンソールからmakeできるようになりました。
2. ソースコード
さて、やっとソースコードの内容を見る段階に入りました。
元々「かんたんUSBホスト」はUSBキーボードから入力したデータをシリアルポートにテキストで出力するというものです。
USBキーボードは一定の時間間隔で、以下の8バイトのデータを垂れ流してきます。
| ofs. |
val. |
| 0 |
modifier |
| 1 |
reserved |
| 2 |
usageID 0 |
| 3 |
usageID 1 |
| : |
| 7 |
usageID 5 |
modifierは、いわゆるシフトキー、Ctrlキー等の状態です。ビット毎に以下のようになっています。
| bit |
7 |
6 |
5 |
4 |
3 |
2 |
1 |
0 |
| key |
GUI(R) |
Alt(R) |
Shift(R) |
Ctrl(R) |
GUI(L) |
Alt(L) |
Shift(L) |
Ctrl(L) |
reservedは使われていません。0が入っています。
usageIDはキースキャンコードです。6バイトあるので、6つまでキーの同時押しを検出できます。
対して、PC-88VAのキーボードの方は、キーのMake/Breakのタイミングで、1バイトのデータを送ります。
1バイトデータの内容は、bit0～6が、7ビットのキースキャンコードで、bit7はMake=0/Break=1です。
つまり、変換器は、USBキーボードから送られてくるキー状態を前回値と比較して、状態の変化分をPC-88VA本体に送信する必要があります。
因みに、PC-88VAでは、modifierのキーも他のキーと変わりません。
なので、modifierキーも同様にMake/Breakを検出してキースキャンコードを送ればよいということになります。
ちょっと考えなければならないのは、[CapsLock]キーと[かな]キーです。
PC-88VAではこれらのキーはメカニカルロックになっていて、1回押すとMakeコードが発生して押しっ放しの状態になります。もう1回押すとBreakコードが発生してキーが解放されます。
対してUSBキーボードでは、キーを押す度にLEDがON/OFFしてロック状態を変化させます。キーの押下状態からMake/Breakを監視するのは変わりませんが、Makeの時にLED状態をトグルして、LED状態に応じてキースキャンコードを送信します。
あとはキーマップですが、これはクラシックPC研究会さんのクラシックキーボード88VAを参考にさせていただきました。
PC-88VAにあるのにUSBキーボードに無くて困るのは、テンキーの[,]と[=]ですね。
これらはちょうどファンクションキーが2個余っているので、F11, F12に割り当てられています。
まあ、正直、私はテンキーを使わない人なのでどうでも良いのですが…
主なキー変換は以下の通りです。
| USBキーボード |
PC-88VAキーボード |
| 半角/全角 |
全角 |
| Windowsキー |
PC |
| Alt |
GRPH |
| 無変換 |
決定 |
| 変換 |
変換 |
| カタカナ/ひらがな |
かな |
| Menuキー |
PC |
| F11 |
テンキー[,] |
| F12 |
テンキー[=] |
| Print Screen |
画面コピー |
| Scroll Lock |
(割当て無し) |
| Pause Break |
停止 |
| Insert |
挿入 |
| Delete |
削除 |
| Home |
画面消去 |
| End |
説明 |
| Page Up |
ROLL DN |
| Page Down |
ROLL UP |
| Num Lock |
(Num Lock) |
LEDの方は、CapsがそのままCAPS状態、Scrollが[かな]キー状態としています。
Num Lockについては、クラシックPC研究会さんの変換器ではNum Lockキーがテンキー[,]に割当てられていますが、私はそのままNum Lockキーとしました。
実は私が持っているUSBキーボードはコンパクト系ばかりで、Num Lockキーが使えないとテンキー入力に困るからです。困るキーボードもあるということで、そのままNum Lockキーとして残します。本体にキーコードは送りません。
あと、クラシックPC研究会さんのキーバインドでは、Scroll LockキーもPCキーに割り当てていますが、私はちょっと違和感を感じるので、割当て無しにしています。こちらも本体にキーコードを送りません。
3.進捗状況
まだ時々止まっちゃうことがあるので、何かバグがあるのだと思いますが、普通の操作をする限りにおいては、だいたい問題なく動作しているようです。
電源ON時にWindowsキーを押しながら起動すれば、ちゃんと初期設定画面にも移行します。
とりあえずもう少しデバッグは継続する予定です。
冒頭の写真の通り、まだブレッドボード状態なので、子亀基板化とか作って、ちゃんとした変換器にしたいな…。
反応の悪い元のキーボードの掃除とかスイッチの交換も真面目に考えてみてもいいかもしれませんが、物理的に形の合うような、都合のいい交換部品は無いかもしれません。
そんな時にこれがあれば、キー入力の問題は解決です。
既にハードウェアが入手困難なので皆さんに使ってもらうのは難しいかもしれませんが、誰かが同じことをしようとした時の参考になれば幸いです。
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