華為“天才少年”稚暉君又出新作，從零開始造“客製化”智慧鍵盤

導讀：效能、效率拉滿。

本文經授權轉自公眾號程式人生（ID：coder _life）

整理：於軒

時隔四個多月，打破拖更記錄的華為“天才少年”，有著“野生鋼鐵俠”之稱的稚暉君，終於在不久前釋出了他的最新專案影片。

在本次影片中，稚暉君打造了一把模組化機械鍵盤，並稱其為“很實用的生產力工具”。稚暉君將這把理想鍵盤命名為“瀚文”，由自己從頭設計，並加入了智慧互動模組，不僅可以安裝各種APP，還可以實現指紋解鎖等功能。

隨後，這一影片還被華為官方轉發，並評論“太厲害了！”

01 不滿“客製化”鍵盤，稚暉君選擇自己做

稚暉君表示，此次專案的想法源於幾個月前的居家辦公經歷。對於程式設計師和打遊戲的這一類群體，往往對鍵盤的要求非常高，甚至可以稱為“吃飯的傢伙”。正因如此，市場上一部分玩家對於電腦外設的效能和外觀的極致追求，也就催生了一種叫做“客製化”的圈子。

但接觸下來，他發現很多“客製化”總是以“換殼為本”，還有很大的進步空間。於是，稚暉君決定自己從零構思，設計一把真正的“客製化”鍵盤。

稚暉君認為，無論想做什麼樣的新概念鍵盤，首先要保證它打字作用的基本屬性，所以他的第一步是把鍵盤本身的效能做到極致。相較於“客製化”的圈子裡一般以工業設計為大頭，軟硬體方面都是採用現成的參考設計和開源韌體，稚暉君為了保證能夠有最大程度的開發度自由，於是選擇自己從頭設計電路硬體以及韌體程式碼。

02 硬體設計三步走

首先從硬體來說，鍵盤的原理其實很簡單，每個鍵軸就是一個獨立的開關，按下導通為0，彈起斷開為1，透過控制器晶片檢測按鍵的高低電平就可以知道按鍵是否被按下。

雖然聽起來很簡單，然而稚暉君表示，真實的情況卻有點複雜，他在設計中就遇到不少問題：

1. 常規的鍵盤有100個左右的按鍵，如果每個按鍵都接一根導線到MCU的引腳，那麼就需要MCU有100多個引腳，這顯然是極其浪費且不太現實的。正因如此，所以市面上的鍵盤基本都使用一種叫做矩陣鍵盤的形式來檢測按鍵。

比如說對於4行×4列、共16個按鍵組成的矩陣，單獨連線的話需要16個IO，而矩陣掃描只需要4+4=8個IO。

2. 如果採用矩陣掃描的方式設計電路，那麼由於按鍵之間不再是獨立連線，而是存在一定的耦合，就會出現沒被按下的按鍵也會被觸發的情況，也就是俗稱的“鬼鍵”問題。

為了解決這個問題，稚暉君設想在按鍵下面再新增一個二極體，可以有效防止誤觸發的問題。

3. 想要提升鍵盤的手感，PCB設計的時候就要做減震處理，因此需要在PCB鍵軸之間挖出很多長槽。那麼矩陣鍵盤和一堆二極體的模式就會使PCB走線變得很麻煩。

所以為了從硬體根本上重構鍵盤掃描電路，稚暉君設計了一個相當完美的方案，那就是使用移位暫存器來實現按鍵掃描。

他使用1×n的矩陣，即基於移位暫存器的並行輸入轉序列輸出功能，把每個按鍵都看作暫存器的一位，這樣每載入一個時鐘訊號都可以依次讀出每個按鍵的狀態。

基於這個方案，稚暉君的設計就有了以下優勢：

極其節省IO。不管掃描多少按鍵都只需要一根資料線、一根時鐘線以及一根鎖存線、3個IO。
掃描速度極快。74HC165系列晶片的最高時鐘速度超過50MHz，也就是理論上每秒能掃描5千萬個按鍵。由於用不了那麼高，稚暉君在實際使用中透過硬體SPI介面模擬時序，掃描頻率為4MHz。
電路極其簡單。減去了所有二極體。

03 韌體設計，效能拉滿

鍵盤硬體問題解決了，下面就來到了韌體。目前市面上絕大多數的客製化鍵盤都是使用像QMK、ZMK這樣的開源韌體，但它們往往為了適配大量的鍵盤型號，導致存在程式碼臃腫、效能最佳化不足、擴充套件性不太好等問題。

因此，基於高效能的ARM主控，稚暉君自己開發了一套鍵盤韌體，基本上把全速HID裝置的效能都拉到了頂。他在韌體中實現了HID裝置列舉、1kHz的硬即時報文以及1ms的超低延遲。