拡張性/自由度の高いキー押下検出システムを作った話

Transcript

1. 拡張性/自由度の高い
 キー押下検出システムを
 作った話

2. ・コロナ禍の前頃に作っていた実証機を紹介します
 
 ・少し技術的な話が多くなってしまうかも・・・
 
 ・眠くならないように頑張ります
 ざっくり

3. 自己紹介
 ・ハンドルネーム：すら
 ・仕事：都内でSEやってます
 ・趣味：音楽とかプログラミングとか電子工作とか
 ・ほか
 　・回路周りは正直素人レベルです.. 😭 お手柔らかに..

4. キッカケ
 ・2018年頃に友人から自作キーボードの世界を知ることに
 ・一緒にイベントに回ったり色んなキボボを見て回ったり
 ・次第に・・・
 　・自分も一から設計してみたい！
 　・でも既存の設計をなぞるだけだと面白みに欠ける..
 　・見た目がユニークで､技術的にも面白くて､
 　　それでいてコミュニティに貢献できそうなもの..

5. そうだ

6. 配線を超単純化して
 どんな形のキーボードでも
 自由自在に作れるシステムを作ろう...

7. 結果､生まれたもの
 ・技術実証用のデモボード
 
 ・二本の電源線を接続していくだけで
 　キー押下を拾えるシステム
 
 ・スキャンレートは100キーあたり
 　1000Hz以上(たしか)
 
 ・仕組み上､ゴーストや
 　ロールオーバーなし
 

8. ・「接続」の特徴
 　・回路的に完全並列
 　・IN/OUTの概念なし
 ・「回路」の特徴
 　・コンデンサとダイオードで電力を維持
 　・抵抗を挟んだ電力を
 　　マイコンが吸い込んで信号を生成
 ・「通信」の特徴
 　・親マイコンと子マイコンがやり取り
 　・全ての子が一意のIDをもつタイプ
 　・子は親から信号が飛んできた時のみ返答

9. ・C言語とインラインアセンブラで実装
 
 ・通信のコア部分はアセンブラで
 
 ・その他の部分はC言語を使って
 　吐かれるアセンブラを見ながら記述
 
 ・プロトコルは自前で
 　少し変わった手法で通信
 ざっくりとした内部実装

10. このシステムによって何を実現出来るか

11. たとえば・・・
 LEDボードのようにキースイッチを
 好きな場所にブスブス刺して
 完全に自由な配置を作れたり...
 出典：https://www.amazon.co.jp/dp/B09MT57M61
12. こういう金属棒を2つだけ繋げていって
 スチームパンク風なキーボードを
 作れたり..
 出典:https://www.netsea.jp/shop/562263/parts-metalcharm161
13. それこそ｢粘土をこねた｣ような
 複雑な形状のキーボードでも
 デザインの制約を受けずに
 並列に繋げるだけで機能したり..

14. つまり・・・
 
 デザインの幅が一気に広がります

15. 公開前後にあったこと
 ・DUMANG DK6 の登場 (2020年1月ごろ)
 　・スイッチを自由な場所に配置できるキーボードが登場
 　・システムがほぼ出来上がっていた頃だったので､
 　　わりと心理的ダメージが大きかった出来事･･･
 　・これは正直､自分がだらだら作業しすぎたせい
 ・コロナ禍の到来 (2020年3月ごろ)
 　・次の大きなイベントでこのシステムをベースにした
 　　キーボードを作って出そうと計画していたところにコロナ禍が直撃
 　・出すはずだったイベントも無くなってしまい計画は自然消滅･･･

16. ついでに､もう少し込み入った技術のお話 ・一般的な通信
 　・信号の立ち上がり/立ち下がりを基準に01を決定
 ・今回のシステムの通信
 　・立ち上がり/下がり時の時間差を基準に01を決定
 ・メリット
 　・同期をとる必要がないため
 　　送信側で任意のレートに動的に可変できる
 　・速度とエラー率を自律的にキャリブレーション可能
 ※イメージ図
17. ・子マイコンの固定IDの長さ
 　・2byte = 16bit
 　・0101010101010101
 親が子マイコンから押下情報を取得するとき
 固定ID(16bit)の信号を都度送るのは無駄が大きい･･･
 そこで・・・
 起動時に子の固定IDをキー個数分のIDに再割り当て
 (キーの数が30個ならID：0～29)
 ・全ての子マイコンでカウント値を保持
 ・親が1パルスを送出して全ての子マイコンがカウント+1
 ・自分の再割り当てIDに一致しているかを確認
 ・押下情報を返答
 ・従来のスキャンレートの10倍近くの速度を達成

18. これからのこと
 ・対応したいもの
 　・エンコーダー類ほか
 　　・もう少し入力の多いマイコンを使えば
 　　　キースイッチに限らず様々な入力を扱えるようになる
 　・LEDを光らせる
 　　・電流の課題があって回路が一気に複雑化する可能性あり
 　・実装の突き詰め
 　　・キーIDの再割当てロジックの改良
 　　・ドキュメント/ソースコードの整備

19. いずれ綺麗に整備して公開できたらな
20. みんなも面白いキーボードを作ってみよう！
21. ご清聴ありがとうございました