Funpack第三季第一期-基于 XG24-EK2703A 的蓝牙鼠标+键盘复合设备

内容介绍

板卡介绍

XG24-EK2703A是一款功能强大的开发套件，其核心是EFR32MG24B210F1536IM48无线SoC芯片。该套件设计紧凑、成本效益高，并特别适用于需要低功耗和无线通信功能的应用。除了基本的USB接口、LED指示灯和按钮外，它还支持多种无线协议，如蓝牙LE、蓝牙mesh等，并配备了用于调试和数据跟踪的接口。其强大的处理能力和丰富的内存资源使得它成为物联网和嵌入式AI应用的理想选择。

完成任务

短按上键，触发滚轮上滚一行。
短按下键，触发滚轮下滚一行。
长按按键，触发键盘事件，输出EETREE.CN
中按按键，触发音量减事件，类似于自拍杆，触发拍照事件。

蓝牙协议介绍

蓝牙协议是一种无线通讯标准，它使得电子设备之间能够在短距离内进行数据传输。自蓝牙技术问世以来，它已经经历了多个版本的迭代，不断提升性能、降低功耗并扩展应用范围。

蓝牙协议栈分为几个主要层次，包括物理层、链路层、网络层、传输层和应用层。物理层负责在无线信道上传输原始数据比特流。链路层负责设备之间的连接建立和数据传输的可靠性。网络层处理设备之间的通信路由和拓扑结构。传输层提供数据传输的服务，确保数据的完整性和顺序。应用层则定义了各种蓝牙应用程序使用的协议和规范。

在蓝牙协议中，低功耗蓝牙（BLE）是一个重要的分支，它专注于在保持通信功能的同时降低功耗。BLE通过优化连接间隔、降低数据传输速率和使用高效的编码方式来减少功耗。这使得BLE成为物联网（IoT）设备和可穿戴设备等低功耗应用的理想选择。

BLE引入了属性协议（ATT）和通用属性配置文件（GATT）等概念，用于定义设备之间的数据交换格式和服务发现机制。GATT配置文件定义了设备可以提供的服务和特征（Characteristics），以及与之相关的属性和操作。这些配置文件使得BLE设备能够以一种标准化的方式与主机设备进行通信。

在实现蓝牙鼠标+键盘复合设备的过程中，BLE的HID over GATT配置文件起着关键作用。它定义了如何将鼠标的移动、点击和滚轮等事件转换为HID报告格式，并通过BLE连接发送给主机设备。主机设备上的蓝牙驱动程序会识别这些HID报告，并将其转换为操作系统可以理解的输入事件。

HID协议介绍

HID（Human Interface Device）协议是一种用于定义计算机与外部输入设备（如键盘、鼠标、游戏控制器等）之间通信的标准。HID协议规定了设备如何向计算机报告其状态变化，以及计算机如何控制这些设备。通过HID协议，设备制造商可以确保其产品与各种操作系统和硬件平台兼容。

HID协议定义了设备描述符（Device Descriptor）、报告描述符（Report Descriptor）和报告（Report）等关键概念。设备描述符提供了设备的基本信息，如厂商ID、产品ID和用途等。报告描述符描述了设备支持的各种报告格式和用途。报告则是设备向主机发送的数据包，其中包含了设备的状态信息和事件。

在实现蓝牙鼠标+键盘复合设备时，需要编写代码以处理鼠标的移动、点击和滚轮等事件，并将这些事件转换为HID报告格式。HID报告通常包括报告ID、字段和值等信息。报告ID用于标识报告的类型，字段定义了报告中各个数据的含义和格式，值则是实际的数据内容。

为了将HID报告发送给主机设备，需要使用BLE的HID over GATT配置文件。该配置文件定义了如何将HID报告封装在BLE数据包中，并通过BLE连接进行传输。主机设备上的蓝牙驱动程序会识别这些BLE数据包，并将其解析为HID报告，然后将其传递给操作系统进行处理。

需要注意的是，在实现蓝牙鼠标+键盘复合设备时，还需要考虑设备的电源管理和连接稳定性等方面的问题。例如，可以优化设备的休眠和唤醒机制以降低功耗，同时调整BLE连接参数以提高连接的稳定性和可靠性。此外，还需要进行充分的测试和调试，以确保设备在各种场景下都能正常工作。

实现思路

在XG24-EK2703A板卡上实现蓝牙鼠标+键盘复合设备的主要思路是利用其支持的BLE功能，通过编程将板卡配置为一个HID设备。具体步骤包括：

配置XG24-EK2703A的BLE协议以支持HID over GATT配置文件。
编写代码以处理按键事件，这些事件将触发HID报告。
通过BLE连接将HID报告发送到配对的主机设备。
在手机上进行配对以识别和处理来自XG24-EK2703A的HID报告。

实现方法

配置XG24-EK2703A的BLE协议以支持HID over GATT配置文件。

首先配置 XG24-EK2703A 的设备名称。由于名称无法直接输入中文，需要提前转换为十六进制编码进行填写。如图所示，就是中文“万能遥控”的编码值。

点击“添加”按钮，添加一个 HID 项。

在“Report Map”中按照HID协议要求，填写硬件识别符。这里的硬件识别符包括了键盘+鼠标+自拍杆三个设备。在一个数据包内存放了三个设备的标识符。

0x05, 0x01,        // Usage Page (Generic Desktop Ctrls)
0x09, 0x06,        // Usage (Keyboard)
0xA1, 0x01,        // Collection (Application)
0x85, 0x01,        //   Report ID (1)
0x05, 0x07,        //   Usage Page (Kbrd/Keypad)
0x19, 0xE0,        //   Usage Minimum (0xE0)
0x29, 0xE7,        //   Usage Maximum (0xE7)
0x15, 0x00,        //   Logical Minimum (0)
0x25, 0x01,        //   Logical Maximum (1)
0x75, 0x01,        //   Report Size (1)
0x95, 0x08,        //   Report Count (8)
0x81, 0x02,        //   Input (Data,Var,Abs,No Wrap,Linear,Preferred State,No Null Position)
0x95, 0x01,        //   Report Count (1)
0x75, 0x08,        //   Report Size (8)
0x81, 0x01,        //   Input (Const,Array,Abs,No Wrap,Linear,Preferred State,No Null Position)
0x95, 0x06,        //   Report Count (6)
0x75, 0x08,        //   Report Size (8)
0x15, 0x00,        //   Logical Minimum (0)
0x25, 0x65,        //   Logical Maximum (101)
0x05, 0x07,        //   Usage Page (Kbrd/Keypad)
0x19, 0x00,        //   Usage Minimum (0x00)
0x29, 0x65,        //   Usage Maximum (0x65)
0x81, 0x00,        //   Input (Data,Array,Abs,No Wrap,Linear,Preferred State,No Null Position)
0xC0,              // End Collection
0x05, 0x01,        // Usage Page (Generic Desktop Ctrls)
0x09, 0x02,        // Usage (Mouse)
0xA1, 0x01,        // Collection (Application)
0x09, 0x01,        //   Usage (Pointer)
0xA1, 0x00,        //   Collection (Physical)
0x85, 0x02,        //     Report ID (2)
0x05, 0x09,        //     Usage Page (Button)
0x19, 0x01,        //     Usage Minimum (0x01)
0x29, 0x05,        //     Usage Maximum (0x05)
0x15, 0x00,        //     Logical Minimum (0)
0x25, 0x01,        //     Logical Maximum (1)
0x75, 0x01,        //     Report Size (1)
0x95, 0x05,        //     Report Count (5)
0x81, 0x02,        //     Input (Data,Var,Abs,No Wrap,Linear,Preferred State,No Null Position)
0x75, 0x03,        //     Report Size (3)
0x95, 0x01,        //     Report Count (1)
0x81, 0x03,        //     Input (Const,Var,Abs,No Wrap,Linear,Preferred State,No Null Position)
0x05, 0x01,        //     Usage Page (Generic Desktop Ctrls)
0x09, 0x30,        //     Usage (X)
0x09, 0x31,        //     Usage (Y)
0x09, 0x38,        //     Usage (Wheel)
0x15, 0x81,        //     Logical Minimum (-127)
0x25, 0x7F,        //     Logical Maximum (127)
0x75, 0x08,        //     Report Size (8)
0x95, 0x03,        //     Report Count (3)
0x81, 0x06,        //     Input (Data,Var,Rel,No Wrap,Linear,Preferred State,No Null Position)
0x05, 0x0C,        //     Usage Page (Consumer)
0x0A, 0x38, 0x02,  //     Usage (AC Pan)
0x15, 0x81,        //     Logical Minimum (-127)
0x25, 0x7F,        //     Logical Maximum (127)
0x75, 0x08,        //     Report Size (8)
0x95, 0x01,        //     Report Count (1)
0x81, 0x06,        //     Input (Data,Var,Rel,No Wrap,Linear,Preferred State,No Null Position)
0xC0,              //   End Collection
0x05, 0x0C,        //   Usage Page (Consumer)
0x09, 0x01,        //   Usage (Consumer Control)
0xA1, 0x01,        //   Collection (Application)
0x85, 0x03,        //     Report ID (3)
0x15, 0x00,        //     Logical Minimum (0)
0x25, 0x01,        //     Logical Maximum (1)
0x75, 0x01,        //     Report Size (1)
0x95, 0x01,        //     Report Count (1)
0x09, 0x94,        //     Usage (Quit)
0x81, 0x06,        //     Input (Data,Var,Rel,No Wrap,Linear,Preferred State,No Null Position)
0x09, 0x95,        //     Usage (Help)
0x81, 0x06,        //     Input (Data,Var,Rel,No Wrap,Linear,Preferred State,No Null Position)
0x09, 0xEA,        //     Usage (Volume Decrement)
0x81, 0x06,        //     Input (Data,Var,Rel,No Wrap,Linear,Preferred State,No Null Position)
0x09, 0xE9,        //     Usage (Volume Increment)
0x81, 0x06,        //     Input (Data,Var,Rel,No Wrap,Linear,Preferred State,No Null Position)
0x09, 0xCB,        //     Usage (Tracking Decrement)
0x81, 0x06,        //     Input (Data,Var,Rel,No Wrap,Linear,Preferred State,No Null Position)
0x09, 0xCA,        //     Usage (Tracking Increment)
0x81, 0x06,        //     Input (Data,Var,Rel,No Wrap,Linear,Preferred State,No Null Position)
0x09, 0xB6,        //     Usage (Scan Previous Track)
0x81, 0x06,        //     Input (Data,Var,Rel,No Wrap,Linear,Preferred State,No Null Position)
0x09, 0xB5,        //     Usage (Scan Next Track)
0x81, 0x06,        //     Input (Data,Var,Rel,No Wrap,Linear,Preferred State,No Null Position)
0x09, 0xB1,        //     Usage (Pause)
0x81, 0x06,        //     Input (Data,Var,Rel,No Wrap,Linear,Preferred State,No Null Position)
0x09, 0xB0,        //     Usage (Play)
0x81, 0x06,        //     Input (Data,Var,Rel,No Wrap,Linear,Preferred State,No Null Position)
0x75, 0x01,        //     Report Size (1)
0x95, 0x06,        //     Report Count (6)
0x81, 0x07,        //     Input (Const,Var,Rel,No Wrap,Linear,Preferred State,No Null Position)
0xC0,              //   End Collection
0xC0,              // End Collection

// 179 bytes

// best guess: USB HID Report Descriptor

此时，应该能在手机中识别到名为“万能遥控”的HID设备了。

编写代码以处理按键事件，这些事件将触发HID报告。

首先加入“Button Press”库，用于自动化处理按钮事件。

然后在配置页面中设置按钮时间长度。

在主函数中启用按钮中断。

void app_init() { app_button_press_enable(); }

重写中断回调函数，处理按钮事件。

void app_button_press_cb(uint8_t button, uint8_t duration) {
  sl_bt_external_signal((duration > APP_BUTTON_PRESS_DURATION_SHORT) << 1 |
                        button);
  return;
}

通过BLE连接将HID报告发送到配对的主机设备。

case sl_bt_evt_system_external_signal_id:
  memset(inputReportData, 0, sizeof(inputReportData));
  if ((evt->data.evt_system_external_signal.extsignals >> 1 & 0x1) == 1) {
    if ((evt->data.evt_system_external_signal.extsignals & 0x1) == 0) {
      char c[] = {0x08, 0x08, 0x17, 0x15, 0x08, 0x08, 0x37, 0x06, 0x12, 0x10, 0x28};
      for (unsigned int i = 0; i < sizeof(c) / sizeof(c[0]); i++) {
        if (i > 0 && c[i - 1] == c[i]) {
          sl_bt_gatt_server_notify_all(gattdb_report, 8, emptyData);
        }
        inputReportData[0] = c[i] > 0x1d ? 0x00 : 0x02;
        inputReportData[2] = c[i];
        sl_bt_gatt_server_notify_all(gattdb_report, 8, inputReportData);
      }
      memset(inputReportData, 0, sizeof(inputReportData));
      sl_bt_gatt_server_notify_all(gattdb_report, 8, inputReportData);
      app_log_info("send keyboard\r\n");
    } else {
      inputReportData[0] = 0x04;
      sl_bt_gatt_server_notify_all(gattdb_report_2, 2, inputReportData);
      sl_bt_gatt_server_notify_all(gattdb_report_2, 2, emptyData);
      app_log_info("send volume\r\n");
    }

  } else if ((evt->data.evt_system_external_signal.extsignals >> 2) == 0) {
    inputReportData[3] =
        evt->data.evt_system_external_signal.extsignals & 0x1 ? 0x1 : 0xFF;
    sl_bt_gatt_server_notify_all(gattdb_report_1, 5, inputReportData);
    app_log_info("send mouse\r\n");
  } else {
    app_log_info("unknown routine: %lX\r\n",
                 evt->data.evt_system_external_signal.extsignals);
  }

  break;

在BLE协议栈中加入对信号量的判断。如果为长按信号，则调用键盘事件；如果为短按信号，则调用鼠标滚轮事件。最后，统一使用 notify 将数据发送到手机。

实物展示

使用手机配对 XG24-EK2703A。

Screenrecorder-2024-03-03-11-12-34-955.mp4_20240303_120127.586_看图王.jpg

长按触发蓝牙键盘输入。

Screenrecorder-2024-03-03-11-12-34-955.mp4_20240303_120132.178_看图王.jpg

短按触发鼠标滚轮事件，上下翻行。

支持抖音视频翻页。

遇到问题

在实现过程中，遇到以下问题：HID报告格式错误或不被主机识别。通过仔细检查HID报告的格式是否符合规范，并确保手机正确配对蓝牙以支持HID over GATT配置文件。此外，可以使用调试工具来跟踪和分析BLE通信中的数据流。通过检查发现是由于仅进行连接，而没有进行第二步配对。

总结感想

首先，我要衷心感谢硬禾学堂举办的这次活动，为我提供了一个宝贵的机会，让我能够深入探索和实践蓝牙技术在HID设备中的应用。这次活动不仅让我收获了丰富的知识和经验，还激发了我对物联网和嵌入式系统开发的浓厚兴趣。

通过这次活动，我深刻体会到了蓝牙技术的强大和灵活性。蓝牙作为一种广泛使用的无线通讯标准，在连接和传输数据方面表现出了出色的性能。特别是低功耗蓝牙（BLE）的引入，使得蓝牙技术在低功耗应用领域中大放异彩。在实现蓝牙鼠标+键盘复合设备的过程中，我亲身感受到了BLE的高效和便捷，它能够快速稳定地传输鼠标事件数据，为用户提供了流畅的操作体验。

同时，我也对HID协议有了更深入的了解。HID协议作为一种标准化的输入设备通信协议，为设备和计算机之间的通信提供了清晰的规范。通过遵循HID协议，我可以轻松地将鼠标事件转换为计算机能够识别的输入信号，实现了设备与手机之间的无缝连接。

最后，我要再次感谢硬禾学堂提供的这次宝贵的学习机会。我相信，在未来的学习和工作中，我会将这次活动的经验和知识运用到实际项目中，不断提升自己的技能和能力，为物联网和嵌入式系统的发展贡献自己的力量。