LazyBoard双轨迹球一体式键盘设计方案

一体化设计，相当于同一个USB物理端口上的两个HID设备。与单一的键盘或鼠标相比，发送的报文需要在最前面添加一个报告ID字节，以指明该报文来自键盘还是鼠标。两种设备的报文格式分别如下：

键盘HID报文格式

鼠标HID报文格式

为了分别声明2种设备类型和对应的报文格式，在初始化阶段，还需向PC发送一定格式的报告描述符。限于篇幅，这里不列出具体内容。

（4）手势识别算法设计

所谓鼠标手势，可以理解为鼠标指针移动方向的一系列特定序列。我们对每个轨迹球的划分了8种运动方向，分别用数字1~8表示，如图2.4。如果位移量没有超过某个阈值，则标签为0。

轨迹球方向划分

目前，系统能够识别出轨迹球左右、上下摇动的手势。对每个轨迹球，维护一个数组，存储最近0.5s内每隔10ms的动作历史。进行手势识别时，从前到后遍历数组，若遇到方向0则忽略；若遇到方向1、5之间的跳变，则向水平方向摇动的计数器增加1；垂直方向依此类推。若最终计数值大于某个阈值，则认为发生了相应的鼠标手势。类似的算法还能应用于轨迹球顺、逆时针转动等手势的识别。

为了避免同一次手势被多次识别，我们引入了"不应期"机制，即当一个鼠标手势发生时，向某个变量装载一个初值，并在以后的访问中逐次减1，直到其值重新为0前都不再进行手势识别。

2.2.3 系统软件流程

系统的软件运行流程如图2.5所示。

上电复位后，首先对单片机的时钟、GPIO、USB通信模块和定时器进行初始化；接着以查询方式分别与3个PS/2设备通信，完成相应的配置；再通过USB与上位PC通信，声明HID设备类型；最后，使能PS/2通信涉及的GPIO中断和定时器中断，进入休眠模式，系统开始正常工作。

共有3种中断可将CPU唤醒。其中，GPIO的下降沿中断与定时器中断用于实现PS/2驱动，已在前面说明。本系统的USB工作在高速模式下，在此模式下，上位PC每隔1ms查询一次USB设备，在下位单片机引发一个中断。该中断响应函数调用联络层的函数，识别键盘键值和轨迹球的手势，并启动HID报文发送。

双轨迹球键盘软件运行流程

2.2.4 系统实现效果

硬件方面，我们改造完成了一个双轨迹球键盘（图2.6左），键盘及轨迹球通过PS/2协议发送数据到EVK1100开发板，开发板再通过USB接口与上位机相连（图2.6右）。

双轨迹球键盘硬件系统

USB接头插入计算机后，可以看到设备管理器中在只增加一个USB输入设备的同时增加了一个鼠标和一个键盘（图2.7）。

插入双轨迹球键盘前后设备管理器对比

左：未插入Lazyboard；右：插入Lazyboard

软件方面，除了可以正常的实现键盘的文本输入及控制，还可以通过轨迹球实现如下基本功能：

（1）单独滚动任意一个轨迹球可进行光标的移动；

（2）左球按下相当于单击左键，右球按下相当于单击右键；

（3）按下左球同时滚动右球，相当于按下左键进行拖拽；

（4）按下右球同时滚动左球，相当于按下右键进行拖拽；

（5）两球同时向下是向下滚动滚轮，反之向上滚动滚轮；

（6）两球同时向外侧是放大，同时向内侧是缩小；

（7）左球左右摇动，打开Windows搜索框；

（8）左球上下摇动，打开"我的电脑"；

（9）右球左右摇动，切换到桌面；

（10）右球上下摇动，打开"任务管理器"。

除了以上基本功能，我们还将进一步增加轨迹球手势，如转动（rolling）等，并实现更多诸如双击、刷新、启动任务管理器乃至关机等常用计算机功能的便捷操作。