Solution: Multi Model Mouse 4K¶
重要
此例程仅存在于特殊版本的SDK中，如有需要请联系Panchip。
1 功能概述¶
此sample为pan108xxb5(64pin芯片)或者pan108xxa3(48pin芯片)在实体鼠标板下的应用
基于1k鼠标，4k鼠标提高了TRX转换时间，去除了部分线程操作等延时操作，应用层使用高速的底层接口以加快收发包速度，并对payload长度有一定限制
需要配合4k Dongle使用，4K Dongle端包含了一颗高速USB芯片（CH32V30x）
具体支持的feature如下：
通用功能：
光电传感：通过sensor进行鼠标基础坐标获取，可以通过按键进行切换Sensor DPI切换（PAW3325 800-1600（默认）-2400-3200-6400-12000）
QDEC滚轮模块：支持去抖的正交解码器，反馈鼠标滚轮变化情况
按键模块：
a. 基础按键左中右，中键长按1s切换2.4G上报率（4000-3000-2000-1000-500-250-125），左中右长按进行强制对码
b. 底部具有模式切换键
LED模块：反馈对码情况（2.4G未对码/强制对码快闪黄灯，已存储配对信息慢闪黄灯，已连接RB紫色灯呼吸）
电量检测：ADC采集电量信息，通过串口反馈电量情况
供电及模式切换：
a. 电池供电：底部按键可以切换2.4G模式与蓝牙模式，开关拨到中间中间为断电状态，USB接入PC时为优先级最高的USB模式
b. USB仅供电：底部按键可以切换2.4G模式与蓝牙模式，中间为保电状态
c. USB插入PC：USB接入PC时为优先级最高的USB模式
2.4G模式（PRF增强型模式）
跳频：在信号质量不好(连续
FREQ_HOP_NOACK_THREHOLD=30个ack未收到)/对码前在8个频点进行跳频对码：上电跳频找到dongle端的频点后，通信互发对端的MAC地址后2字节，之后切换到私有地址进行通信
重传：丢包时会进行重传，以最快速度进行重传直到收到对端回复
ACK：可解析的ACK，具有演示代码
4k性能：默认上报率4100的情况下，近距离稳定在3900包以上，6米稳定在3800包以上；近距离可以切换上报率进行测试（可选）
测试模式（可选）：宏控制自动画圈；关闭PWM灯测试功耗；设置功率测试；ACK测试
BLE模式
蓝牙白名单，分时连接
配对，保存
连接，重连功能：
OTA（未使能）：与mcuboot配合通过NRF工具进行升级
性能：133HZ上报率
性能：兼容性
USB模式
性能：USB2.0最高速率1000hz
电脑的休眠唤醒（未做）
升级：与mcuboot配合通过USB工具进行升级
EMI测试
2 环境要求¶
board:
pan108xxb5或者pan108xxa3（芯片型号）鼠标板uart (option): overlay中默认P24显示串口log
USB升级工具（USB升级工具获取：https://docs.panchip.com/pan1080dk-doc/latest/docs-zdk/06_dev_tools/pan108x_toolbox_intro.html）
4K鼠标测试工具：
05_TOOLS\dev-tools\MouseSupportTool\Polling Rate Tester App_v1.02.00.exe
3 编译和烧录¶
例程位置：zephyr\samples_panchip\solutions\multimode_mouse_4K
使用 ZAL 工具可以对其进行编译、烧录、打开 VS Code 调试等操作。关于 ZAL 工具的详细介绍请参考：Zephyr APP Launcher 工具介绍。
4 演示说明¶
芯片全部擦除还原默认状态，准备好烧录multimode_mouse_dongle_4K的接收器
4.1 电池供电模式¶
电池上电，鼠标端默认中键关闭状态
鼠标端开关拨到左边为2.4G模式，黄色灯快闪，插入接收器至PC，黄色灯变为紫色呼吸灯，可以测试鼠标基础功能，最大上报率近距离达到4000，远距离6m达到3800+，通过按DPI键切换DPI，通过长按中键测试上报率
鼠标端开关拨到右边为蓝牙模式，浅蓝色灯效，可以在开启蓝牙的PC端搜索到名为
Pan_Mouse的蓝牙设备，连接后进行控制，最大可以达到133hz左右拔出dongle，鼠标端通过拨动模式切换键再次进入2.4G模式，黄色灯慢闪，插入dongle变为呼吸灯，鼠标功能恢复
鼠标端通过拨动模式切换键再次进入BLE模式，等待蓝牙重新连接至PC，鼠标功能恢复
不拔出dongle，鼠标端再次通过拨动模式切换键进入2.4G模式，黄色灯慢闪，随后变为呼吸灯，鼠标功能恢复
长按左中右3键，黄色灯快闪，进入强制对码模式，此时重新复位dongle，鼠标对码成功呼吸灯启动，鼠标功能恢复
4.2 USB仅供电模式¶
USB供电与鼠标供电区别在于模式切换键在中间档位不断电，灯的状态暂时未固定，验证非断电模式切换正常即可
模式切换键在中间状态下，插入USB供电，参考电池步骤5.6，测试2.4G与蓝牙下鼠标功能恢复
4.3 USB模式（USB插入PC）¶
在以上任何情况下（电池供电下任何模式或者关闭/电池未供电），插入USB，鼠标变为USB功能，深蓝色灯效，拔出USB退出到插入之前的状态
USB模式下，上报率不支持1000以上，因此1000以上的上报率默认为1000上报率
4.4 测试模式¶
4.4.1 组合按键测试¶
按键线程每50ms扫描一次键值
#define KEY_SCAN_INTERVAL_MS 50
void key_analysis(void)
{
uint8_t key_value = 0;
key_get_value(&key_value);
#if EVB64_TEST
evb_test_key();
#endif
if (mouse_work_mode == mouse_prf_mode) {
combo_key_detect(key_value);
unpair_key_detect(key_value);
report_rate_key_detect(key_value);
} else if (mouse_work_mode == mouse_usb_mode) {
combo_key_detect(key_value);
report_rate_key_detect(key_value);
} else if (mouse_work_mode == mouse_ble_mode) {
combo_key_detect(key_value);
unpair_key_detect(key_value);
ble_multi_dev_detect(key_value);
}
dpi_key_detect(key_value);
long_press_key_detect(key_value);
}
void thread_key(void *dummy1, void *dummy2, void *dummy3)
{
printk("T key %d\n", KEY_THREAD_PRIORITY);
while (1) {
k_msleep(KEY_SCAN_INTERVAL_MS);
key_analysis();
}
}
组合按键说明
按键 |
检测时间 |
2.4G模式 |
USB模式 |
蓝牙模式 |
|---|---|---|---|---|
DPI |
0 |
切换传感器灵敏度 |
切换传感器灵敏度 |
切换传感器灵敏度 |
DPI + L |
0 |
Reboot |
Reboot |
Reboot |
DPI + M |
0 |
显示电压 |
更新USB VID，PID |
显示电压 |
DPI + R |
0 |
擦除配对 + Reboot |
无 |
擦除配对 + Reboot |
M |
1 |
切换上报率 |
切换上报率 |
无 |
L + M + R |
3 |
擦除配对 + Reboot |
无 |
不重启重新配对 |
M + R |
3 |
自动画圈 |
自动画圈 |
自动画圈 |
R + 4 |
3 |
关闭灯效 |
关闭灯效 |
关闭灯效 |
R + 5 |
3 |
切换彩虹灯效 |
无 |
空闲进入Deepsleep |
4 + 5 |
3 |
键鼠套件模式下 |
无 |
无 |
L |
0 |
键鼠套件模式下 |
无 |
无 |
5 |
0 |
正常模式下 |
正常键值 |
正常键值 |
底部按键 |
0 |
无 |
无 |
切换蓝牙多设备 |
4.4.2 ACK回包统计¶
默认开启了回包打印1s统计，方便记录实际的成功上报率
5 开发说明¶
5.1 架构说明¶
multi_model_mouse基于zephyr架构，进行多线程编程，线程静态初始化后，根据优先级进行先后初始化，之后各个线程运行至while（1）等待相应的信号量，以此通过控制信号量控制各个线程的调度关系
架构中应用层主要包含
6个线程
电量检测（包含WDT喂狗）
灯控线程
USB发包（根据信号量，取出缓存包发送）
蓝牙线程（监测蓝牙状态）
EMI线程（根据emi flag处理定时发包等逻辑）
按键检测（实际产品中可以移除）
3个中断
TIMER1中断（1ms刷新灯效）
USB中断
PRF中断
3个重要接口
BLE接口（Zephyr API）：FRAME组包后通过调用蓝牙接口进入HOST层进行发包，非阻塞接口，会为ble host填充最多6包数据
/** @brief Notify attribute value change no wait. * * Send notification of attribute value change, if connection is NULL notify * all peer that have notification enabled via CCC otherwise do a direct * notification only the given connection. * * The attribute object on the parameters can be the so called Characteristic * Declaration, which is usually declared with BT_GATT_CHARACTERISTIC followed * by BT_GATT_CCC, or the Characteristic Value Declaration which is * automatically created after the Characteristic Declaration when using * BT_GATT_CHARACTERISTIC. * * @param conn Connection object. * @param attr Characteristic or Characteristic Value attribute. * @param data Pointer to Attribute data. * @param len Attribute value length. * * @return 0 in case of success or negative value in case of error. */ static inline int bt_gatt_notify_no_wait(struct bt_conn *conn, const struct bt_gatt_attr *attr, const void *data, uint16_t len)
USB EP3接口（VENDOR DFU）：通过USB中断进入进行DFU升级，EMI测试
void usb_vendor_ep3_out(void)
USB/蓝牙模式组包逻辑
__ramfunc void report_pkt_detect(void)
5.2 线程说明¶
线程定义方式如下，选用静态线程的方式，由于包含多种reboot操作，实际单模式生效可对其他无用线程进行中止操作，线程之间通过信号量进行切换或者挂起
/**
* @brief Statically define and initialize a thread.
*
* The thread may be scheduled for immediate execution or a delayed start.
*
* Thread options are architecture-specific, and can include K_ESSENTIAL,
* K_FP_REGS, and K_SSE_REGS. Multiple options may be specified by separating
* them using "|" (the logical OR operator).
*
* The ID of the thread can be accessed using:
*
* @code extern const k_tid_t <name>; @endcode
*
* @param name Name of the thread.
* @param stack_size Stack size in bytes.
* @param entry Thread entry function.
* @param p1 1st entry point parameter.
* @param p2 2nd entry point parameter.
* @param p3 3rd entry point parameter.
* @param prio Thread priority.
* @param options Thread options.
* @param delay Scheduling delay (in milliseconds), zero for no delay.
*
*
* @internal It has been observed that the x86 compiler by default aligns
* these _static_thread_data structures to 32-byte boundaries, thereby
* wasting space. To work around this, force a 4-byte alignment.
*
*/
#define K_THREAD_DEFINE(name, stack_size, \
entry, p1, p2, p3, \
prio, options, delay) \
K_THREAD_STACK_DEFINE(_k_thread_stack_##name, stack_size); \
struct k_thread _k_thread_obj_##name; \
STRUCT_SECTION_ITERABLE(_static_thread_data, _k_thread_data_##name) = \
Z_THREAD_INITIALIZER(&_k_thread_obj_##name, \
_k_thread_stack_##name, stack_size, \
entry, p1, p2, p3, prio, options, delay, \
NULL, name); \
const k_tid_t name = (k_tid_t)&_k_thread_obj_##name
根据线程定义，定义了如下几个线程，并在common.h统一管理线程优先级及栈大小
#define BATTERY_THREAD_PRIORITY 7
#define BATTERY_THREAD_STACKSIZE 392
#define FRAME_PACK_THREAD_PRIORITY 2
#define FRAME_PACK_THREAD_STACKSIZE 656
#define FREQ_HOP_THREAD_PRIORITY 2
#define FREQ_HOP_THREAD_STACKSIZE 480
#define PRF_THREAD_PRIORITY 1
#define PRF_THREAD_STACKSIZE 512
#define USB_THREAD_PRIORITY 2
#define USB_THREAD_STACKSIZE 376
#define BLE_MONITOR_THREAD_PRIORITY 3
#define BLE_MONITOR_THREAD_STACKSIZE 432
#define EMI_THREAD_PRIORITY 2
#define EMI_THREAD_STACKSIZE 368
#define KEY_THREAD_PRIORITY 8
#define KEY_THREAD_STACKSIZE 800
5.2.1 BATTERY线程¶
电量监测线程，ADC_SCAN_INTERVAL_MS = 100 ms的间隔进行电量采集，并同时进行WDT喂狗，监测到低电量会切换灯效，蓝牙模式会准备电量数据，在不移动鼠标时进行上报
5.2.2 LED线程¶
灯控线程，通过信号量控制主要灯的状态
5.2.3 USB线程¶
USB线程，USB插入PC时进入，获取组包并且上报
5.2.4 BLE监测线程¶
监测蓝牙连接状态并处理进入关灯切换空闲deepsleep并更新latency相关逻辑
5.2.5 EMI线程¶
通过TIMER0触发EMI测试中发包相关逻辑
5.2.6 KEY线程¶
按键检测线程，相对独立，实际应用中可以移除
5.4 主要数据结构说明¶
5.4.1 枚举状态¶
5.4.1.1 配对状态¶
enum prf_pair_stat_t {
prf_pair_start,
prf_pair_comm,
prf_pair_addr,
prf_pair_end,
prf_paired_private,
prf_paired_public,
};
5.4.1.2.连接状态¶
enum ble_connect_stat_t {
ble_disconnect_stat,
ble_connect_stat,
};
5.4.1.3 工作模式¶
enum mouse_work_mode_t {
mouse_null_mode,
mouse_usb_mode,
mouse_prf_mode,
mouse_ble_mode,
};
5.4.1.4 2.4G RF状态¶
enum prf_trx_stat_t {
prf_idle_stat,
prf_tx_done_stat,
prf_rx_done_stat,
prf_rx_timeout_stat,
prf_rx_crc_err_stat,
prf_rx_pid_err_stat,
};
5.4.1.5 跳频状态¶
enum prf_freq_hop_stat_t {
freq_hop_disconnect_stat,
freq_hop_connecting_stat,
freq_hop_done_stat,
};
5.4.1.6 USB状态¶
enum usb_plug_mode_t {
usb_plug_in,
usb_plug_out,
};
5.4.1.7 灯状态¶
enum mouse_led_stat_t {
led_unpair_stat,
led_paired_stat,
led_low_batt_stat,
led_prf_connected,
led_key_stat,
};
5.4.2 全局结构¶
5.4.2.1 组包ring_buf（zephyr）¶
/**
* @brief A structure to represent a ring buffer
*/
struct ring_buf {
uint32_t head; /**< Index in buf for the head element */
uint32_t tail; /**< Index in buf for the tail element */
union ring_buf_misc {
struct ring_buf_misc_item_mode {
uint32_t dropped_put_count; /**< Running tally of the
* number of failed put
* attempts.
*/
} item_mode;
struct ring_buf_misc_byte_mode {
uint32_t tmp_tail;
uint32_t tmp_head;
} byte_mode;
} misc;
uint32_t size; /**< Size of buf in 32-bit chunks */
union ring_buf_buffer {
uint32_t *buf32; /**< Memory region for stored entries */
uint8_t *buf8;
} buf;
uint32_t mask; /**< Modulo mask if size is a power of 2 */
struct k_spinlock lock;
};
5.4.2.2 传感器结构体¶
struct sensor_data_t {
uint8_t motion;
uint8_t observation;
uint8_t x_delta_l;
uint8_t x_delta_h;
uint8_t y_delta_l;
uint8_t y_delta_h;
};
5.4.2.3 packet格式结构体¶
鼠标发送的2.4G帧格式如下
前导码 |
接入地址 |
signal |
payload |
crc |
|---|---|---|---|---|
3B |
5B |
10bit |
10B |
2B |
0x550f71 |
固定的 |
增强型的字段 |
鼠标数据包 |
16bit crc |
其中鼠标Payload为用户可以修改的数据段，Payload 10B格式如下
Type |
sequence num |
reserved |
key |
x_value |
y_value |
roll_value |
|---|---|---|---|---|---|---|
1B |
1B |
1B |
1B |
2B |
2B |
2B |
鼠标包 0x40 |
己端MAC地址后两个字节 |
预留位 |
按键值 |
传感器x变化量 |
传感器y变化量 |
滚轮数据 |
4k鼠标长时间解析超过2B的ACK情况下不能保证上报率，但支持配合dongle进行固定头为0x5a上报长包ACK，最多测试35B数据的解析测试，长包ACK由dongle端CH32 USB OUT端点获取，鼠标端会打印显示数据
5.4.2.4 收包计数结构体¶
struct prf_pkt_cnt_t {
uint32_t tx_cnt;
uint32_t rx_cnt;
uint8_t prf_repeat_cnt;
};
5.4.2.5 配对信息结构体¶
struct pair_ctrl_t {
enum prf_pair_stat_t prf_pair_stat;
uint32_t prf_pair_timeout;
uint8_t pair_own_addr[2];
uint8_t pair_peer_addr[2];
bool paired_flag;
};
5.5 主要逻辑图示¶
6 补充说明¶
补充说明当前功耗测试情况，支持中遇到的问题（供参考）及已知仍可能存在的问题
6.1 功耗说明¶
功耗测试首先进行不开启休眠唤醒的测试，但需要关闭PWM灯进行测试
CONFIG_LED_THREAD_ENABLE=n
之后进行休眠唤醒电流测试。
2.4G模式功耗如下
设备 |
LED灯(clk off) |
ADC配置 |
apb div |
上报率 |
状态1-电流(移动)(mA) |
状态2-关闭rF (mA) |
状态3-deepsleep,关灯 (mA) |
状态4-deepsleep+传感器关闭 uA |
自动画圈mA |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
鼠标D |
OFF |
50ms，空闲关闭 |
4 |
4000 |
16.37 |
4.61 |
0.12 |
35 |
10.31 |
鼠标D |
OFF |
50ms，空闲关闭 |
4 |
3000 |
13.81 |
4.56 |
0.12 |
35 |
8.74 |
鼠标D |
OFF |
50ms，空闲关闭 |
4 |
2000 |
12.28 |
4.51 |
0.11 |
35 |
7.28 |
鼠标D |
OFF |
50ms，空闲关闭 |
4 |
1000 |
10.86 |
4.46 |
0.11 |
35 |
5.87 |
鼠标D |
OFF |
50ms，空闲关闭 |
4 |
500 |
9.99 |
4.44 |
0.11 |
35 |
5.17 |
鼠标D |
OFF |
50ms，空闲关闭 |
4 |
250 |
9.6 |
4.43 |
0.11 |
35 |
4.82 |
鼠标D |
OFF |
50ms，空闲关闭 |
4 |
125 |
9.38 |
4.41 |
0.11 |
35 |
4.65 |
蓝牙模式功耗如下：
设备 |
LED灯(clk off) |
ADC配置 |
apb div |
上报率 |
状态1-电流(移动)(mA) |
状态2-关灯，idle deepsleep (uA) |
状态3-deepsleep(uA) |
状态4-deepsleep+传感器关闭 uA |
自动画圈mA |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
鼠标D |
OFF |
50ms，空闲关闭 |
4 |
133 |
9.73 |
573 |
56.6 |
35 |
5.07 |
6.2 待完善内容¶
硬件就绪后，可以对Sensor 3395进行适配
7 RAM/Flash资源使用情况¶
FLASH部分包含蓝牙controller固定资源120K，不包含初始位置开始的60K MCUBOOT程序
默认开启了调试log（flash占用11K左右），并且需要CONFIG_SPEED_OPTIMIZATIONS=y及中断ramfunc处理，会消耗一定资源
ramfunc可以后续进行一部分裁剪优化（参考1k）
Memory region |
Used Size |
Region Size |
%age Used |
|---|---|---|---|
FLASH |
142636 B |
152 KB |
91.64% |
SRAM |
45656 B |
50 KB |
89.17% |