宅男必备 -- 脚踏键盘
嗯嗯，作为一名宅男，对着电脑吃饭是一种习惯。不过，可能跟别人不一样，我更加喜欢在吃饭的时候看静态的东西，比如长帖子、博文、漫画之类。
吃包子的时候还好，但是如果是吃面什么的话，看两眼就要腾出手来去翻页，那是相当不爽的。现在，终于做了这个，咩哈哈效果不错~
最贵部分就是这个脚踏板，要 60 大洋，淘宝上买的，这个已经是能找到的最不土的了……相比这个，其他部分的成本可以忽略不计了……
电路部分很简单，一块 M48，和一块旧的 PCB 板，上面引出接口刚好可以连接 USB 接口，和键盘引出口。那块 8 脚的小芯片，只是个 MOS 管，给 PCB 搭桥用，上面顺便有个 TVS 管防静电：
脚踏按钮是四线的，量一下确定分组，PCB 上正好有两个按钮的位置，接上去：
软件用 V-USB 模拟一下 USB 传输，做个 HID 设备，就完成了~
完成的连接图，再来根 USB 延长线，插到主机背后的 USB 接口中，请自行忽略地上的脏土 ^ ^b ：
| M48 | 4￥ |
| 二极管 x 2 | 0.3￥ |
| USB 接口 | 0.2￥ |
| MOS 管 | 0.7￥ |
| 其他元件 | 0.2￥ |
电路部分合计只要 5.4￥，可惜那个脚踏板太贵了……
默认的模式是 PageDown 和 PageUp，吃饭的时候看漫画用，此外也可以看 pdf 的时候做连续翻页，Protel 里面的放大和缩小也是 PageDown/Up，在鼠标拖动元件的过程中，通过脚踏板缩放图纸也很方便。
此外，也可以调为 Ctrl+C Ctrl+V 模式，解放左手 
。
因为是 HID 设备，自然 Linux 下也能用，lyanry 出了个好主意，可以做个 Vim 模式，把脚踏调成 Esc 键，这样模式切换踩一下就可以了~
此外，做个老板键也不错~
拿来切换桌面也不错~
玩赛车游戏，设成油门和刹车键也不错~
……
用处很广阔啊~ 
目前的缺点：
1. 太贵，得去找个便宜点的脚踏板。
2. 脚感有点硬，而且声音咔哒咔哒的，夜里估计会很吵，得去找个软的静音踏板。
3. 切换模式得重新烧程序进去，下版搞个切换开关在上面。
单片机项目总结（一）-- 稳定性
以前只写桌面软件和 Web 程序，感觉一个稍有规模的软件要想做到良好的稳定性是要下一番功夫的，更不要说系统软件、内核模块、操作系统了这些了，因为他们确实太复杂了。
与此相对的，初涉单片机的时候，就感觉这东西很简单，也很难出故障，这个感觉和平常的经验也相符，毕竟，你什么时候看到过电子表死机？遥控器死机？刮胡刀死机？电梯死机？因为他们的逻辑就那么简单，根本就不可能死嘛……
不过现在才明白，如果你在实验室里做个电子玩具，那么以上是成立的，当你准备把这个玩具做成产品的时候，那么诸多问题就来了：你的产品也许不会像电 脑主机一样放在桌角就不动了，它也许会被放在 -20 度的户外，也许会被阳光晒到 50 度以上，也许会在湿度经常达到 80% 以上的南方夏天使用，也许会在干燥得一碰就能打出静电火花的北方冬天使用，也许会正好放在冰箱的压缩机旁边，也许会从桌上摔到地上再弹起来……
最初没有认识到这点，以为原型搞定了就算完工，结果之后在稳定性上花了大量的时间。不过也算了解了不少东西，特此记录一下~
1. Watchdog
看门狗，一直以来都知道有这么个东西，但是从来没有用过。第一印象是觉得这个模块的作用怎么这么弱智，不就是个定时的复位器吗，还要在程序中不断” 喂狗“，为啥要这么麻烦……现在明白了，因为你不知道你的程序会在什么地方跑飞，或者进入死循环，即便是设计的 100% 完美的代码，也可能在外部干扰、电压不稳的情况下，到错误的地方执行错误的代码，看门狗给让你的程序至少不会失去响应，大多数还有标志位让你能分辨出看门 狗重启从而做特殊处理。
无奈的是看门狗是要消耗电量的，对电池设备不是那么合适，不过如果你的设备不是要求一节纽扣电池就要运行两三年的话，那么还是把看门狗打开吧~
如果追求更低的功耗，和更健壮的稳定性，那么用专用的外部看门狗芯片也是不错的。除此之外也有不少芯片有看门狗这个附加功能，比如 HT1621，不用白不用~ ：）
2.BOD
BOD 给我的第一感觉，也跟看门狗一样，不就是个低电压复位器嘛，认为在电压很波动的环境中用用还情有可原，一般情况下用不到。其实不然，因为电压过低是造成程 序混乱的一个主要原因，最低电压 1.8V 的处理器，在 1.0V 电压下也可以运行，但是内部已经混乱了。这次就遇到了用电池的设备在低温下莫名其妙跑飞的情况，最后才发现是电池在电量快耗尽的时候，在低温下电压会降得 很厉害，加上 BOD 就 OK 了。
BOD 也有同样的问题，就是一般也是要耗电的，因为为了比较电压，至少要维护一个电压基准。不过比如 MSP430 就有 zero-power BOD 技术做到零功耗的 BOD，新版采用 picoPower 技术的 AVR 处理器也有 Sleeping BOD 功能，同样可以达到睡眠状态下 BOD 无功耗，所以，也是不用白不用啦~ ：D
3.好用的 EPPROM
对于一般功能的设备来说，有 Watchdog 和 BOD 就足够了，但是对于一些要维护状态信息和长期运行的设备，比如数据记录器、监控器，那么程序跑飞，就不能简单的重启了事，更重要的是要恢复现场，接着跑飞前的地方继续运行。
这就需要非易失存储器的帮助了，而 EPPROM 又是其中最好用的一个，100 万次的写入寿命，并且大部分处理器都内置了 EPPROM，又是不用白不用，即便没有，添加一块外置的 EPPROM，比如 24c02，也只需要几毛钱。
虽然 EPPROM 只有几千个字节的存储空间，却足够可以保存运行时的所有变量，配合 Watchdog 的重启中断，可以在处理器被重启前，把重要的运行时参数保存到 EPPROM 里去，重启之后再装载回来。
现在的项目中，把运行时的变量保存在一个 configs 数组中，然后定期把这个数组保存到 EPPROM 中，这样即便掉电重启，也可以快速恢复到最近的一个备份上~
4.插拔和对接
这里主要指运行中设备的插拔，和两个运行中设备的对接，因为在这些情况下会有一些需要注意的问题。
曾经做过一个设备，需要在 3V 和 5V 电源之间无缝切换，当 5V 电源插入的时候，就自动用 5V 电源，5V 拔下就自动用内部的 3V 电池。做好之后却发现一个奇怪的问题，3V 切换到 5V 没有任何问题，当把 5V 拔下来的时候，处理器重启了。一直以为是电源的切换速度不够快，5V 掉电却没有来得及切换到 3V 上去，但是后来发现原因不在这里，原因竟然出在电容上。因为 5V 是外接电源，所以习惯性的在电源入口处放了个大电容（下图 C11），这样当 5V 拔下的时候，这个电容就会瞬间放电，这个瞬时的高压就将处理器复位了，去掉这个大电容，一切正常了~
双系统对接，电压不匹配是主要问题，比如 3V 和 5V 系统之间通过 I2C 总线互联。原来以为，只要 3V 的设备可以耐受 5V 的高压，双方的 VOH 什么的也可以保证逻辑正确的话就可以直接对接了，在实验室里中也经常这样干，但是在产品中用却发现了诸多的问题。比如做 3V 和 5V 设备直接的互联，3V 的设备要插入到 5V 设备上的端口上去，大部分时候插入没有问题，但是少数时候，一插入 3V 的设备就立刻死机了。
原因在于大部分处理器的 IO 口都有钳位二极管的保护（上图中红色框内），让 IO 口的输入电压不会高于 VCC 也不会低于 GND。这也就是为什么3V 和 5V 的系统互联后，即便双方 VCC 没有连接，但是还会发现 3V 系统的 VCC 变成将近 5V 了（其实就是 5V 减一个二极管的压降）；这也是为什么有的芯片，不接电压，直接给它的 IO 口输入驱动也能跑起来。因为电流通过 IO 口的钳位二极管流到 VCC 去了。
但是通常钳位二极管有最大电流的限制，3V 与 5V 之间 2V 的电压差，在设备内阻的配合下，会造成将近 10mA 的电流流过钳位二极管，大部分情况下这个电流已经太大了，会造成设备闭锁失去响应，应该控制在 uA 的等级之内才对。
简易的解决办法就是将双方的电压拉近，比如将 5V 的电压用稳压器降到 3.3V，那么和 3V 之间只有 0.3V 的电压差，造成的影响就会减少很多。
除此之外一个效果不错又省事的办法就是加限流电阻（下图中 Rser），这样可以有效的限制住电流大小，因为双方只要 VCC 不互联，那么电压做到严格一致是不可能的，有了限流电阻，就稳妥得多，并且这个电阻还可以有防止双方高频互扰的效果。负面效果就是电阻会拖慢边沿速度，高 速系统中不是很适用，但对于 I2C 这类只有几百 K 的应用，串联个 100 欧左右的电阻，是非常合适的。
更多的不同电压转换技巧，网上可以搜索到一份 Microchip 的 3V 5V 电压转换技巧手册，非常有参考性。
5. Delay and Try
单片机的固件中，经常看到类似的代码：
... enable_adc(); while((!(ADCSRA & (1<<ADIF))); read_adc_data(); ...
中间用 while 来等待标志位置位，即便不用轮询而用中断方式，也会遇到类似的判断，比如在 I2C 传输中判断 I2C 中断标志位是否已经被清除、循环等待 ACK 信号之类的。
这种无限期的等待就有死循环的风险，如果硬件错误使得标志位置位失败，或者是 I2C 设备意外掉电，ACK 信号丢失，处理器就卡死在 while 这里一直等下去了。
虽说有看门狗可以在这种情况下复位，但是更好的方法是 Delay and Try，让程序稍微有点容错性：
unsigned char i = 10;
do{
_delay_ms(2);
i--;
}while((!(ADCSRA & (1<<ADIF))) && (i != 0));
这样，重试 10 次，在足够长的 20ms 内要是还是没有置位，就不再等了，当然后面的程序要有相应的处理机制。
同样的机制，也可以用在桌面软件中。一些特殊的操作，比如检测硬件、从硬件中读取数据、和驱动交互之类的不是每次都能成功，加个 Delay and Try，会稳定不少：
bool succes = false;
int retry = 10;
do
{
succes = dwObj.FindDeviceFromID(VendorID, ProductID, ref path);
if (succes)
break;
Thread.Sleep(200);
retry -= 1;
} while (retry != 0);
return succes;
虽然方法很迂腐，但是很有效~ ：）
慎用焊锡膏
焊东西都要加点助焊剂，一直以来用松香，便宜又好用，但是焊多脚的 SMD 贴片很不方便，后来换成日本产的一款焊油，相当好用。
但是这个日本焊油太贵了，而且含铅，前两天正好买元件，就顺便买了个国产的焊锡膏，两块钱一大桶，心想可用 n 年了。
结果，就被这桶焊锡膏搞了，晚上焊了几块板子，焊的时候感觉不错，甚至比那款日本的焊油感觉都好用，不过焊完了问题就来了。
先是工作电流应该只有几 uA 的电路，一上电就有三四 mA 的电流，而且还在不断变化，但是电路板上却找不到短路的地方，似乎一切正常。
于是开始一个一个拆元件，排除错误，哪里连焊了？芯片烧了？电容穿了？过孔连了？……
都不是。
最后我就震惊了，因为把所有的原件都拆除，就剩一张空板子，上电还有 1mA 左右的电流……
然后才怀疑到这个新焊锡膏上，测试了一下，果然如此。
拿了张新板子，板子上有一个 QFP 封装的 100pin 芯片，虽然引脚很密，但两个引脚肯定是绝缘的。
但是粘点焊锡膏，然后再拿烙铁烫烫刷刷，再测，竟然两个相邻的引脚有 50K 电阻！引脚相邻越远，电阻也就越大，不过即便很远的两个引脚，也有 2M 左右的电阻。
这下总算知道了为什么测不出短路，但是还有这么大的电流，因为这个焊锡膏，不是完全绝缘的！
可上焊锡膏的壳子上却印着”绝缘性良好“，网上查了一下，也确实有人提到焊锡膏腐蚀性很大，不适合电子焊接。
我也不知道是真不适合，还是国产货的质量太差，还是使用方法不对，也许是焊锡膏把板子腐蚀坏了吧。总之现在还是老老实实用回那个日本焊油和松香了了，虽然贵但是放心啊。
为了贪便宜耗费了一个晚上……
图为罪魁祸首。
USB 的 NRZI 编码
这两天继续看 USB 相关的内容，准备用纯软件实现一下 USB 设备传输，为将来的项目打好基础。
首先碰到的就是这个 NRZI 编码的问题了，基础太薄弱，看了一上午总算明白了大概。
首先，USB 的数据是串行发送的，就像 UART、I2C、SPI 等等，连续的01 信号只通过一根数据线发送给接受者。
但是因为发送者和接收者运行的频率不一样，信号的同步就是个问题，比如，接受者接收到了一个持续一段时间的低电平，无法得知这究竟是代表了 5 个 0 还是 1000 个 0。
一个解决办法，就是在传输数据信号的同时，附加一个时钟信号，用来同步两端的传输，接受者在时钟信号的辅助下对数据信号采样，就可以正确解析出发送的数据了，比如 I2C 就是这样做的，SDA 来传输数据，SCL 来传输同步时钟：
虽然这样解决了问题，但是却需要附加一根时钟信号线来传输时钟。有没有不需要附加的时钟信号，也能保持两端的同步呢？
有的，这就是 RZ 编码（Return-to-zero Code），也叫做归零编码。
在 RZ 编码中，正电平代表逻辑 1，负电平代表逻辑 0，并且，每传输完一位数据，信号返回到零电平，也就是说，信号线上会出现 3 种电平：正电平、负电平、零电平：
从图上就可以看出来，因为每位传输之后都要归零，所以接受者只要在信号归零后采样即可，这样就不在需要单独的时钟信号。实际上， RZ 编码就是相当于把时钟信号用归零编码在了数据之内。这样的信号也叫做自同步（self-clocking）信号。
这样虽然省了时钟数据线，但是还是有缺点的，因为在 RZ 编码中，大部分的数据带宽，都用来传输“归零”而浪费掉了。
那么，我们去掉这个归零步骤，NRZ 编码（Non-return-to-zero Code）就出现了，和 RZ 的区别就是 NRZ 是不需要归零的：
这样，浪费的带宽又回来了，不过又丧失宝贵的自同步特性了，貌似我们又回到了原点，其实这个问题也是可以解决的，不过待会儿再讲，先看看什么是 NRZI：
NRZI 编码（Non-Return-to-Zero Inverted Code）和 NRZ 的区别就是 NRZI 用信号的翻转代表一个逻辑，信号保持不变代表另外一个逻辑。
USB 传输的编码就是 NRZI 格式，在 USB 中，电平翻转代表逻辑 0，电平不变代表逻辑1：
翻转的信号本身可以作为一种通知机制，而且可以看到，即使把 NRZI 的波形完全翻转，所代表的数据序列还是一样的，对于像 USB 这种通过差分线来传输的信号尤其方便~
现在再回到那个同步问题：
的确，NRZ 和 NRZI 都没有自同步特性，但是可以用一些特殊的技巧解决。
比如，先发送一个同步头，内容是 0101010 的方波，让接受者通过这个同步头计算出发送者的频率，然后再用这个频率来采样之后的数据信号，就可以了。
在 USB 中，每个 USB 数据包，最开始都有个同步域（SYNC），这个域固定为 0000 0001，这个域通过 NRZI 编码之后，就是一串方波（复习下前面：NRZI 遇 0 翻转遇 1 不变），接受者可以用这个 SYNC 域来同步之后的数据信号。
此外，因为在 USB 的 NRZI 编码下，逻辑 0 会造成电平翻转，所以接受者在接受数据的同时，根据接收到的翻转信号不断调整同步频率，保证数据传输正确。
但是，这样还是会有一个问题，就是虽然接受者可以主动和发送者的频率匹配，但是两者之间总会有误差。
假如数据信号是 1000 个逻辑 1，经过 USB 的 NRZI 编码之后，就是很长一段没有变化的电平，在这种情况下，即使接受者的频率和发送者相差千分之一，就会造成把数据采样成 1001 个或者 999 个 1了。
USB 对这个问题的解决办法，就是强制插 0，也就是传说中的 bit-stuffing，如果要传输的数据中有 7 个连续的 1，发送前就会在第 6 个 1 后面强制插入一个 0，让发送的信号强制出现翻转，从而强制接受者进行频率调整。
接受者只要删除 6 个连续 1 之后的 0，就可以恢复原始的数据了。
关于 NRZI，大致就是如此了，不知道上面所说的有没有错误。其实这种编码的应用非常广泛，比如串口、CD/DVD 和通讯中，今天才见到还真是惭愧啊……
初步愿望达成
前两天折腾测试的时候还没发觉，今天才觉察到，不知不觉间，当初的一个愿望竟然达成了：
希望有一天，我能够自己制作一个有趣的硬件，再为他写一个 Linux 驱动程序，然后再通过 GUI 前端跑在桌面上～
就是和说的有点出入，是 Windows 的驱动，也是 Windows 的 GUI 前端。
不管怎么样，非常欣慰，因为当初认为能把这三个部分串联在一起，是一件遥不可及的事情。
虽说目前三个部分的水平都是半瓶醋，但是感觉能干的事情多了好多。
相信原来那种不知道写什么软件好的感觉，以后会越来越少。
曾经认为软件无所不能，目前发现他和其他学科结合而产生的事物更能激发自己的兴趣。
尤其期待和生物与机械的结合。前者虽然是专业，但是已基本还给老师，而且也无从下手；后者似乎也是有心无力。
貌似又是一件遥不可及的事情～ 
现在就不 YY 了，有空为目前的硬件写个 Linux 驱动好了～ 
