ComProc PC/キーボード入力方式の検討

方式の検討

ソフトウェアでダイナミックスキャン

ソフトウェアでROW1～ROW8を順に走査し、COL1～COL8を読む

前回のスキャンとの差分を計算し、make/breakを検知

周辺回路は単純だが、ソフトウェア実装が面倒

単に「キー入力」したいだけなのに、やけに回路に密結合したソフトウェアを書く必要がある。

ソフトウェアで、キー位置（スキャンコードに相当）から文字（アルファベットや記号）に変換する必要がある

印字するために文字（ASCIIコード）が必要

専用回路でダイナミックスキャン

PC/AT互換機のキーボードコントローラ（KBC）的なもの

make/breakを専用回路が検出し、そのキーコードをキューに貯め、ソフトウェアが取得する

ダイナミックスキャンを行い、差分を検出する回路を作る必要があるが、ソフトウェアは単純化される

ただし、スキャンコードから文字に変換するソフトウェア機能は依然として必要

同一キーでも文字として異なるケースがあるので、スキャンコード=ASCIIコードとはできない

例えばASCIIコードでは「3」と「#」は異なる値だが、キーとしては同一

Shiftを押しながら「3」キーを押すと「#」となったり、ならなかったりする

どうしたいかはソフトウェアの都合なので、回路の方で勝手にShiftを解釈すべきではない

Shiftなどの修飾キーを完全に無視すればスキャンコード=ASCIIコードとすることは可能か？

専用回路を追加するなら、チャタリング抑制機能も組み込める

ソフトウェアでスキャンするなら、「連続N回オンならオン、N回オフならオフ」というようなロジックを（毎回）組む必要がある

多くのソフトウェアで共通で使う機能は基盤側（OSやハード）に持たせたい

スキャンコード=ASCIIコードとする試み

ASCIIコードは7ビット

未使用のビット8をmake/breakフラグとして使える

0=make

1=break

table:スキャンコード as ASCII

ASCIIコード 文字 キー

00 NUL

01 SOH

02 STX

03 ETX

04 EOT

05 ENQ

06 ACK

07 BEL

08 BS BS

09 HT Tab

0A LF Enter

0B VT

0C FF

0D CR

0E SO Shift

0F SI Caps Lock

10 DLE E/J

11 DC1 Ctrl

12 DC2 Alt

13 DC3 変換

14 DC4 無変換

15 NAK Kana

16 SYN

17 ETB

18 CAN

19 EM

1A SUB

1B ESC

1C FS Up

1D GS Down

1E RS Right

1F US Left

20 SPA Space

21 !

22 "

23 #

24 $

25 %

26 &

27 '

28 (

29 )

2A *

2B +

2C , ,

2D - -

2E . .

2F / /

30 0 0

31 1 1

32 2 2

33 3 3

34 4 4

35 5 5

36 6 6

37 7 7

38 8 8

39 9 9

3A : :

3B ; ;

3C <

3D =

3E >

3F ?

40 @ @

41 A A

42 B B

43 C C

44 D D

45 E E

46 F F

47 G G

48 H H

49 I I

4A J J

4B K K

4C L L

4D M M

4E N N

4F O O

50 P P

51 Q Q

52 R R

53 S S

54 T T

55 U U

56 V V

57 W W

58 X X

59 Y Y

5A Z Z

5B [ [

5C \ '\\' \ |（JIS配列「￥」）

5D ] ]

5E ^ ^

5F _ \ _（JIS配列「ろ」）

60 `

61 a

62 b

63 c

64 d

65 e

66 f

67 g

68 h

69 i

6A j

6B k

6C l

6D m

6E n

6F o

70 p

71 q

72 r

73 s

74 t

75 u

76 v

77 w

78 x

79 y

7A z

7B {

7C |

7D }

7E ~

7F DEL

KBC（キーボードコントローラ）の設計

一定時間ごとにROW1～ROW8を走査

1つのROWだけ0出力、その他はHi-Z

COL1～COL8はプルアップ入力

1つ前の状態をレジスタに保持しておき、現在の状態と比較

変化があればmake/breakコードをキューに追加

キューの深さは適当に決める

最初はN=1でもいいかも

ソフトがキューを読むたびにトップ値を返し、自動でpopする

キューが空なら0（NUL）を返す

スキャン周期とチャタリング

行と列のダイナミック接続なので、CRフィルタ+シュミットトリガを使ったチャタリング防止回路は組み込みなかった

FPGA側でチャタリングを防止する必要がある

スイッチ→チャタリング防止機構→KBC→ソフトウェア

何回も読んで安定するまで待つ方法

高速に何度も読み、N回連続でONならON、OFFならOFFと判定する方法

ON/OFFが入れ替わる間はKBCの入力を変化させない

ゆっくり読む方法

チャタリング継続時間より長い時間間隔でスイッチを読めばチャタリングに惑わされない

例えばチャタリングが8msくらいで収まるとすれば、10ms周期でスイッチを読む

仮にチャタリング中にスイッチを読んでしまったとき

スイッチを押した直後

1回目にONが読めた→2回目以降もONが読めるはず

1回目にOFFが読めた→2回目はチャタリングが収まっておりONが読めるはず→3回目以降もONが読めるはず

スイッチを離した直後

1回目にOFFが読めた→2回目以降もOFFが読めるはず

1回目にONが読めた→2回目はチャタリングが収まっておりOFFが読めるはず→3回目以降もOFFが読めるはず

ということで、最大20msは入力が遅延するものの、読んだ値がパタつくことはない

遅延が大きいと言っても数10ms程度なので、まあ許容範囲か

メタステーブル

スイッチはFPGAのクロックに同期せず押されるので、メタステーブル対策が必要

チャタリングとは全然別の話

レジスタを列数分（8個）用意し、クロックに同期してCOLnの信号を取り込む

チャタリング防止機構はこのレジスタから値を読む

スイッチ→レジスタ→チャタリング防止機構→KBC→ソフトウェア