Funpack3-1活动基于XG24-EK2703A低功耗蓝牙键盘鼠标复合设备开发

内容介绍

1. 项目简介

项目背景

随着智能设备的普及，对于多功能、便携式输入设备的需求日益增长。传统的鼠标和键盘在使用时往往受限于物理连接，而蓝牙技术的成熟为实现无线输入设备提供了可能。本项目旨在开发一款集成蓝牙鼠标和键盘功能的复合设备，以满足用户在移动设备或桌面环境中对便捷输入的需求。

本项目以硬禾学堂联合DigiKey发起的Funpack第三季第一期“得捷购”活动的任务2为需求使用Silicon Labs的XG24-EK2703A板卡进行鼠标、键盘复合设备进行开发实验项目。

任务实现目标功能

滚轮模拟：设备上的两个按键将模拟鼠标滚轮的上下翻页功能。短按其中一个按键实现向上翻页，短按另一个按键实现向下翻页。
字符输入：同时长按两个按键2秒，设备将通过蓝牙发送预设的字符序列"EETREE.CN"。这一功能可以用于快速输入特定的文本或作为快捷键使用。

2. 硬件设备介绍

XG24-EK2703A板卡：

G24-EK2703A是一款基于EFR32MG24片上系统的开发套件，具备超低成本、低功耗和小巧的特点。该套件支持2.4GHz无线通信，兼容蓝牙LE、蓝牙mesh、Zigbee、Thread和Matter协议，为无线物联网产品的开发和原型制作提供了极大的便利。

整个评估套件最核心部分是EFR32MG24B210F1536IM48无线SoC芯片，是使用蓝牙低功耗和蓝牙网状网络实现物联网无线连接的理想选择，适用于智能家居、照明和便携式医疗设备产品。该芯片是EFR32MG24无线SoC芯片家族系列中的中高端型号，以ARM Cortex-M3为核心、主频为78MHz且支持2.4GHz无线通信，带有1536KB闪存和256KBRAM，并且还搭载了AI/ML硬件加速功能，能够满足在嵌入式系统中部署轻量级AI应用。

该板卡套件所有的例程和相应的板卡资料都集成在了SDK开发包中，辅以配套的Simplicity Studio Version 5工具，只需要将SDK下载进Simplicity Studio Version 5中就可以进行例程的演示，操作方便简单,板卡接口如下图所示：

套件特性：

一个USB接口
一个板载SEGGER J-Link 调试器，支持SWD
两个LED和两个按钮
虚拟COM端口
数据包跟踪接口（PTI）
一个支持外部硬件连接的mikroBus插座和一个Qwiic连接器
32 位 ARM Cortex-M33，78 MHz最高工作频率
1536 kB 闪存和 256 kB RAM

硬件组件 如下图所示：

3. 项目方案

根据项目需求，实现页面滚动和发送字符串功能，其实可以采用两种方案实现，一种是实现基于BLE的蓝牙鼠标复合设备，各单独实现键盘操作和鼠标操作功能，另一方案是只实现键盘设备，发送字符串和PageUP、PageDown按键实现页面滚动功能，本次实现主要采用方案1.

方案1:

方案描述:
根据项目需求，实现基于BLE的蓝牙鼠标复合设备, 算法逻辑功能实现主要按键中断和定时器中断触发，通过访问状态机状态情况，判定用户所触发的操作功能，状态机：键盘按键状态机记录按键状态结合定时器实现状态转移，任务状态机记录所触发的操作任务。

当按键中断发生时，首先判断是单个按键按下，还是第二个按键按下。单个按键按下时，启动定时器1（超时时间1秒），这里默认认定，当一个按键按下1秒时间内，没有第二个按键按下，则认为是只有单个按键按下，触发BTN0按下或BTN1按下的鼠标滚动功能；当定时器1未触发超时中断时即有第二个按键按下，则停定定时器1，启动定时器2进行定时2秒，即按题目要求按下2秒发送EETREE.CN字符串，当定时器2超时满足发送字符串触发条件，进行字符串发送任务状态设定。当两个定时器任意一个超时中断发生时，触发GATT协议报告发送操作，程序流程如下图所示：

程序流程图:

方案2:
算法逻辑功能和定时器中断触发流程与方案1相同，只是在发送操作时，上下翻页功能与发送字符串功能均通过键盘发送，本人做过相关实验，可以实现相关功能。

4. 模块功能实现

4.1 开发环境准备：

首先下载安装Simplicity Studio5，更新安装G24-EK2703A板卡开发所需的SDK，本项目使用SDK为gecko_sdk 最新版本是 4.4，正常在IDE配置过程中，IDE会提示安装最析的SDK组件，但是由于网络环境不佳，可能会自动安装失败，如果遇到安装失败情况，请按离线SDK安装方式进行安装：

进入 sdk 界面下载最新版本SDK，目前 geckosdk 最新版本是 4.4 https://github.com/SiliconLabs/geckosdk
打开 Simplicity Studio，安装 sdk：

扩展应用示例配置加载，如果你要使用到 https://github.com/SiliconLabs/bluetooth_applications里面示例项目，又不能自动化安装SDK，这样你有可能在示例库中找不到示例项目，参照如下流程对示例项目进行手动添加：

4.2 项目初始化：

Step 1.
查看丰富的例程，从示例中选择一个与你所做项目相关的示例创建工程，如下所示：

Step 2.
项目初始化流程参照https://github.com/SiliconLabs/bluetoothapplications/tree/master/bluetoothhid_keyboard步骤进行配置初始化:

4.3 按键功能：

按键硬件连接如下图所示，BTN0和BTN1 分别接PB2和PB3端口，以上拉电阻进行上拉

按键配置，添加BTN1:

[Platform] → [Driver] → [Button] → [Simple Button] → default instance name: btn1.

按键中断及按键状态代码：

4.4 定时器功能：

定时器配置，添加相关服务组件： [Application] → [Utility] → [Timer]

定时器相关代码：

4.5 键盘鼠标报告

技术方案研究，通过阅读低功耗蓝牙设备相关文档，可以找到单独键盘和鼠标REPORT MAP定义方法，找了一些BLOG说的不具体，后来通过ChatGPT4对相关问题进行提问，解决相关问题与疑惑：

GATT配置：

键盘鼠标Report Map:

报告ID是在报告的开始处的一个字节，用来标识单个报告的身份。这个字节的值通常是
唯一的，并且不同的设备（如键盘，鼠标等）将会被分配不同的报告ID。

在Human Interface Device (HID)协议中，Report Map是用来定义设备如何交换数据
的。而Report 1D分配给各个独立的报告，用于辨识该报告代表哪个具体的设备，例如
键盘或鼠标。下面的例子展示了如何在键盘和鼠标的Report Map中指定Report 1D：

键盘Report Map:

0x05, 0x01, // USAGE_PAGE (Generic Desktop)
0x09, 0x06, // USAGE (Keyboard)
0xa1, 0x01, // COLLECTION (Application)
0x85, REPORT_ID, // REPORT ID
... //其他相关定义
Oxc0。 // COLLECTION END

键盘鼠标报告任务发送相关代码:

5. 功能演示

复合设备连接：

单按键上翻与下翻功能：看右侧进度条，实现了上翻功能

双按键字符串发送功能：

6. 活动总结与未来计划建议

首先，感谢硬禾学堂联合DigiKey发起的Funpack第三季第一期“得捷购”活动，让我有机会参与实现有关蓝牙通信功能的开发与实践，在项目开发过程中，遇到一些问题和挑战，也通过咱们的群组得到帮助与处理，再次通过本次项目实践也总结出提高项目开发效率的一些方法：

遇到问题和挑战：先找身边的资源，官方网站，官方GIT项目的ISSUE进行排查解决；
破局方法：要利用更强大的检查工具、网站进行相关资源获取，必要时使用ChatGPT等大语言模型进行提问、分析、推理得出实验方案进行测试，本项目中关于复合设备Report Map的定义和报告发送方面的疑问大语言模型给了我很好的回答；
未来计划建议：尝试使用该设备进行IOT方面开发，Simplicity Studio5开发工具集图形化操作比较方便，当出现深层次问题时不容易了解到内部逻辑以及中断触发调用关系，如果能完善相关文档和流程会更好。

希望硬禾学堂和DigiKey越办越好。