简介：简单的 KVM 控制卡，

好的，作为一名高级嵌入式软件开发工程师，我将根据你提供的嵌入式产品图片（简单的 KVM 控制卡）和需求，详细说明最适合的代码设计架构，并提供具体的 C 代码实现方案。这个方案将涵盖嵌入式系统开发的完整流程，从需求分析到系统实现，再到测试验证和维护升级，旨在建立一个可靠、高效、可扩展的系统平台。
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项目背景：简单的 KVM 控制卡

KVM (Keyboard, Video, Mouse) 控制卡允许用户通过一套键盘、显示器和鼠标控制多台计算机。简单的 KVM 控制卡，如图片所示，通常用于家庭或小型办公室环境，方便用户管理少量服务器或电脑。

需求分析

1. 功能性需求:

   • 键盘鼠标控制: 能够捕获 USB 键盘和鼠标的输入，并将这些输入信号传输到目标计算机。同时，能够接收来自目标计算机的键盘和鼠标反馈信号，并传递给本地的键盘和鼠标。
   • 视频信号切换: 能够切换不同目标计算机的视频信号输出到本地显示器。支持常见的视频接口，例如 HDMI 或 VGA（根据实际硬件设计）。
   • 目标计算机选择: 提供一种机制来选择当前要控制的目标计算机。这可以通过按钮、拨码开关或更复杂的软件界面实现。
   • 热键切换 (可选): 允许用户通过特定的键盘快捷键组合来切换目标计算机。
   • 音频支持 (可选): 如果硬件支持，可以考虑音频信号的切换和传输。
   • 即插即用: 用户连接设备后应能快速识别并开始工作，无需复杂的配置。

2. 非功能性需求:

   • 可靠性: 系统必须稳定可靠，能够长时间无故障运行。
   • 高效性: 输入输出延迟要尽可能低，保证良好的用户体验。
   • 低功耗: 作为嵌入式设备，功耗应控制在合理范围内。
   • 可扩展性: 代码架构应易于扩展，方便未来添加新功能或支持更多目标计算机。
   • 易维护性: 代码应结构清晰，注释完善，方便维护和升级。
   • 安全性: 虽然是简单的 KVM，但也要考虑基本的安全性，例如防止未授权访问 (如果未来考虑网络功能)。

系统架构设计

为了满足以上需求，并考虑到嵌入式系统的特点，我将采用分层架构来设计 KVM 控制卡的软件系统。分层架构具有良好的模块化特性，易于理解、开发、测试和维护。

系统架构可以分为以下几个层次：

1. 硬件抽象层 (HAL - Hardware Abstraction Layer):

   • 作用：屏蔽底层硬件差异，向上层提供统一的硬件接口。
   • 模块：
     • GPIO 驱动: 控制 GPIO 引脚，用于按钮检测、LED 控制等。
     • USB 驱动: 处理 USB 接口的通信，包括 USB Host 和 USB Device 模式。
     • 视频接口驱动: 处理视频输入和输出，例如 HDMI 或 VGA 控制器驱动。
     • 定时器驱动: 提供定时器功能，用于系统时钟、延时等。
     • 中断控制器驱动: 管理中断，响应硬件中断事件。
     • 存储器驱动: 如果需要，管理 Flash 或其他存储器。

2. 板级支持包 (BSP - Board Support Package):

   • 作用：为特定的硬件平台提供基础支持，包括芯片初始化、时钟配置、外设初始化等。
   • 模块：
     • 系统初始化: 芯片启动代码，初始化系统时钟、中断向量表等。
     • 外设初始化: 初始化 GPIO、USB、视频接口等外设。
     • 时钟管理: 配置和管理系统时钟。
     • 电源管理: 如果需要，实现低功耗模式管理。

3. 操作系统层 (OS Layer - 可选，对于简单 KVM 可以使用裸机系统):

   • 作用：提供任务调度、资源管理、进程间通信等功能。

   • 模块：

     • 任务调度器 (Scheduler): 如果使用 RTOS，负责任务的调度和切换。
     • 内存管理 (Memory Management): 分配和释放内存资源。
     • 同步机制 (Synchronization): 提供互斥锁、信号量等同步机制，用于任务间同步。
     • 消息队列 (Message Queue): 用于任务间消息传递。

   • 对于简单的 KVM 控制卡，为了降低复杂度和资源占用，可以使用裸机系统 (Bare-metal system) 而不使用 RTOS。 在裸机系统中，程序直接运行在硬件之上，没有操作系统的任务调度和资源管理，但需要开发者自己管理任务的调度和资源。对于简单的实时性要求不高的 KVM，裸机系统是可行的。 如果未来功能复杂化，可以考虑迁移到 RTOS。

4. 核心服务层 (Core Service Layer):

   • 作用：实现 KVM 控制卡的核心功能，包括 USB 输入处理、视频切换控制、目标计算机管理等。
   • 模块：
     • USB 输入处理模块:
       • 键盘输入处理: 解析 USB 键盘数据，识别按键事件，并将按键事件转发到目标计算机或本地系统。
       • 鼠标输入处理: 解析 USB 鼠标数据，识别鼠标移动和按键事件，并将鼠标事件转发到目标计算机或本地系统。
     • 视频切换控制模块:
       • 视频输入捕获: 从视频输入接口（例如 HDMI 输入）捕获视频数据。
       • 视频输出控制: 控制视频输出接口（例如 HDMI 输出）的显示内容，实现视频切换。
     • 目标计算机管理模块:
       • 目标计算机状态管理: 记录当前连接的目标计算机状态。
       • 目标计算机切换逻辑: 根据用户输入（按钮、热键等）切换目标计算机。
     • 配置管理模块:
       • 系统配置加载: 从 Flash 或其他存储器加载系统配置参数。
       • 配置参数存储: 存储系统配置参数。

5. 应用层 (Application Layer):

   • 作用：提供用户交互界面和系统控制逻辑。
   • 模块：
     • 用户界面模块: 处理用户输入，例如按钮按下、热键检测等。
     • 系统控制模块: 协调各个核心服务模块，实现 KVM 的整体功能。
     • 状态指示模块: 控制 LED 指示灯，显示系统状态和目标计算机状态。

技术选型与实践方法

• 微控制器 (MCU): 根据 KVM 的功能需求和成本考虑，可以选择基于 ARM Cortex-M 系列的 MCU，例如 STM32 系列、NXP LPC 系列、或国产 MCU 如 GD32 系列。这些 MCU 具有丰富的外设接口（USB Host/Device, HDMI/VGA 控制器, GPIO, 定时器等），性能足够满足简单的 KVM 需求，并且成本相对较低。
• USB 控制器: MCU 需要带有 USB Host 和 USB Device 控制器。USB Host 用于连接键盘和鼠标，USB Device 用于连接到目标计算机（作为 USB 设备）。
• 视频接口: 根据硬件设计，选择合适的视频接口，例如 HDMI 或 VGA。如果选择 HDMI，则需要 MCU 带有 HDMI 控制器或外接 HDMI 芯片。
• 开发工具:
  • 集成开发环境 (IDE): Keil MDK, IAR Embedded Workbench, STM32CubeIDE (如果选择 STM32) 等。
  • 编译器: ARM GCC 或 IDE 自带的编译器。
  • 调试器: JTAG/SWD 调试器。
  • 版本控制: Git。
• 编程语言: C 语言 (嵌入式系统开发的首选语言)。
• 开发方法:
  • 模块化开发: 按照分层架构进行模块化设计和开发。
  • 迭代开发: 从小功能开始，逐步迭代增加功能，并进行测试和验证。
  • 代码审查: 进行代码审查，保证代码质量。
  • 单元测试: 对关键模块进行单元测试，确保模块功能的正确性。
  • 集成测试: 进行模块集成测试，验证模块之间的协同工作。
  • 系统测试: 进行系统级测试，验证 KVM 的整体功能和性能。
  • 实践验证: 所有技术和方法都应经过实践验证，例如 USB 通信、视频切换、按键处理等都需要在实际硬件上进行测试和验证。

详细 C 代码实现 (框架和关键模块示例)

为了达到 3000 行代码的目标，并详细展示嵌入式 KVM 的实现，我将提供以下 C 代码示例，涵盖各个层次的关键模块，并添加详细的注释。 由于篇幅限制，我无法在此处完整提供 3000 行代码，但我会尽力提供详细的框架和关键模块的实现，并解释代码逻辑。

1. 硬件抽象层 (HAL)

hal_gpio.h:

#ifndef HAL_GPIO_H
#define HAL_GPIO_H

typedef enum {
    GPIO_PIN_0,
    GPIO_PIN_1,
    GPIO_PIN_2,
    // ... 定义更多 GPIO 引脚
    GPIO_PIN_MAX
} gpio_pin_t;

typedef enum {
    GPIO_MODE_INPUT,
    GPIO_MODE_OUTPUT
} gpio_mode_t;

typedef enum {
    GPIO_LEVEL_LOW,
    GPIO_LEVEL_HIGH
} gpio_level_t;

// 初始化 GPIO 引脚
void hal_gpio_init(gpio_pin_t pin, gpio_mode_t mode);

// 设置 GPIO 引脚输出电平
void hal_gpio_write(gpio_pin_t pin, gpio_level_t level);

// 读取 GPIO 引脚输入电平
gpio_level_t hal_gpio_read(gpio_pin_t pin);

#endif // HAL_GPIO_H

hal_gpio.c:

#include "hal_gpio.h"
#include "platform_hardware.h" // 假设 platform_hardware.h 中定义了硬件相关的寄存器地址

void hal_gpio_init(gpio_pin_t pin, gpio_mode_t mode) {
    // 根据 pin 和 mode 配置 GPIO 寄存器
    // 具体的寄存器操作需要参考 MCU 的 datasheet 和硬件平台定义
    if (mode == GPIO_MODE_INPUT) {
        // 配置为输入模式，例如设置方向寄存器
        // ... (硬件相关的寄存器操作)
        platform_gpio_set_input_mode(pin);
    } else if (mode == GPIO_MODE_OUTPUT) {
        // 配置为输出模式，例如设置方向寄存器
        // ... (硬件相关的寄存器操作)
        platform_gpio_set_output_mode(pin);
    }
}

void hal_gpio_write(gpio_pin_t pin, gpio_level_t level) {
    // 设置 GPIO 输出电平
    if (level == GPIO_LEVEL_HIGH) {
        // 设置为高电平，例如设置输出数据寄存器
        // ... (硬件相关的寄存器操作)
        platform_gpio_set_high(pin);
    } else if (level == GPIO_LEVEL_LOW) {
        // 设置为低电平，例如设置输出数据寄存器
        // ... (硬件相关的寄存器操作)
        platform_gpio_set_low(pin);
    }
}

gpio_level_t hal_gpio_read(gpio_pin_t pin) {
    // 读取 GPIO 输入电平
    // ... (硬件相关的寄存器操作)
    if (platform_gpio_is_high(pin)) {
        return GPIO_LEVEL_HIGH;
    } else {
        return GPIO_LEVEL_LOW;
    }
}

hal_usb.h:

#ifndef HAL_USB_H
#define HAL_USB_H

// USB Host 相关定义
typedef enum {
    USB_HOST_STATE_IDLE,
    USB_HOST_STATE_ENUMERATING,
    USB_HOST_STATE_READY,
    USB_HOST_STATE_ERROR
} usb_host_state_t;

usb_host_state_t hal_usb_host_init();
usb_host_state_t hal_usb_host_get_state();
// ... 其他 USB Host 相关函数，例如发送/接收数据等

// USB Device 相关定义
typedef enum {
    USB_DEVICE_STATE_DISCONNECTED,
    USB_DEVICE_STATE_CONFIGURED,
    USB_DEVICE_STATE_ERROR
} usb_device_state_t;

usb_device_state_t hal_usb_device_init();
usb_device_state_t hal_usb_device_get_state();
// ... 其他 USB Device 相关函数，例如发送/接收数据等

#endif // HAL_USB_H

hal_usb.c:

#include "hal_usb.h"
#include "platform_hardware.h" // 假设 platform_hardware.h 中定义了硬件相关的 USB 寄存器地址

// USB Host 初始化
usb_host_state_t hal_usb_host_init() {
    // 初始化 USB Host 控制器
    // ... (硬件相关的寄存器操作，例如使能时钟，配置寄存器)
    platform_usb_host_enable_clock();
    platform_usb_host_reset();
    platform_usb_host_configure();

    // 返回初始状态
    return USB_HOST_STATE_IDLE;
}

usb_host_state_t hal_usb_host_get_state() {
    // 获取 USB Host 状态
    // ... (读取 USB Host 状态寄存器)
    return USB_HOST_STATE_READY; // 假设已经初始化完成
}

// USB Device 初始化
usb_device_state_t hal_usb_device_init() {
    // 初始化 USB Device 控制器
    // ... (硬件相关的寄存器操作)
    platform_usb_device_enable_clock();
    platform_usb_device_reset();
    platform_usb_device_configure();

    // 返回初始状态
    return USB_DEVICE_STATE_DISCONNECTED;
}

usb_device_state_t hal_usb_device_get_state() {
    // 获取 USB Device 状态
    // ... (读取 USB Device 状态寄存器)
    return USB_DEVICE_STATE_CONFIGURED; // 假设已经配置完成
}

hal_video.h:

#ifndef HAL_VIDEO_H
#define HAL_VIDEO_H

// 视频接口相关定义 (以 HDMI 为例)
typedef enum {
    VIDEO_RESOLUTION_1080P,
    VIDEO_RESOLUTION_720P,
    // ... 其他分辨率
} video_resolution_t;

typedef enum {
    VIDEO_INPUT_SOURCE_1,
    VIDEO_INPUT_SOURCE_2,
    // ... 其他输入源
} video_input_source_t;

typedef enum {
    VIDEO_OUTPUT_DEST_DISPLAY,
    // ... 其他输出目的地
} video_output_dest_t;

void hal_video_init();
void hal_video_set_resolution(video_resolution_t resolution);
void hal_video_select_input_source(video_input_source_t source);
void hal_video_set_output_destination(video_output_dest_t dest);

#endif // HAL_VIDEO_H

hal_video.c:

#include "hal_video.h"
#include "platform_hardware.h" // 假设 platform_hardware.h 中定义了硬件相关的视频寄存器地址

void hal_video_init() {
    // 初始化视频控制器 (例如 HDMI 控制器)
    // ... (硬件相关的寄存器操作)
    platform_video_enable_clock();
    platform_video_reset();
    platform_video_configure();
}

void hal_video_set_resolution(video_resolution_t resolution) {
    // 设置视频分辨率
    // ... (根据 resolution 设置视频控制器的分辨率寄存器)
    switch (resolution) {
        case VIDEO_RESOLUTION_1080P:
            platform_video_set_1080p_resolution();
            break;
        case VIDEO_RESOLUTION_720P:
            platform_video_set_720p_resolution();
            break;
        // ... 其他分辨率处理
        default:
            // 默认分辨率处理
            break;
    }
}

void hal_video_select_input_source(video_input_source_t source) {
    // 选择视频输入源
    // ... (根据 source 设置视频控制器的输入源选择寄存器)
    switch (source) {
        case VIDEO_INPUT_SOURCE_1:
            platform_video_select_input_source_1();
            break;
        case VIDEO_INPUT_SOURCE_2:
            platform_video_select_input_source_2();
            break;
        // ... 其他输入源处理
        default:
            // 默认输入源处理
            break;
    }
}

void hal_video_set_output_destination(video_output_dest_t dest) {
    // 设置视频输出目的地
    // ... (根据 dest 设置视频控制器的输出目的地选择寄存器)
    if (dest == VIDEO_OUTPUT_DEST_DISPLAY) {
        platform_video_set_output_to_display();
    }
    // ... 其他输出目的地处理
}

2. 板级支持包 (BSP)

bsp.h:

#ifndef BSP_H
#define BSP_H

void bsp_init(); // 初始化所有板级资源

#endif // BSP_H

bsp.c:

#include "bsp.h"
#include "hal_gpio.h"
#include "hal_usb.h"
#include "hal_video.h"
#include "platform_hardware.h" // 假设 platform_hardware.h 中定义了硬件平台相关的配置

void bsp_init() {
    // 系统时钟初始化 (根据具体 MCU 和硬件平台配置)
    platform_system_clock_init();

    // GPIO 初始化
    hal_gpio_init(GPIO_PIN_LED1, GPIO_MODE_OUTPUT); // 假设 LED1 连接到 GPIO_PIN_LED1
    hal_gpio_init(GPIO_PIN_BUTTON1, GPIO_MODE_INPUT); // 假设 BUTTON1 连接到 GPIO_PIN_BUTTON1

    // USB Host 初始化
    hal_usb_host_init();

    // USB Device 初始化
    hal_usb_device_init();

    // 视频接口初始化
    hal_video_init();
    hal_video_set_resolution(VIDEO_RESOLUTION_1080P); // 默认分辨率

    // 其他外设初始化...
}

3. 核心服务层 (Core Service Layer)

kvm_input.h:

#ifndef KVM_INPUT_H
#define KVM_INPUT_H

// 键盘和鼠标输入处理相关函数声明

void kvm_input_init();
void kvm_keyboard_process_data(uint8_t *data, uint32_t len); // 处理键盘输入数据
void kvm_mouse_process_data(uint8_t *data, uint32_t len);    // 处理鼠标输入数据

#endif // KVM_INPUT_H

kvm_input.c:

#include "kvm_input.h"
#include "hal_usb.h"
#include "usb_host_keyboard.h" // 假设有 USB Host 键盘驱动
#include "usb_host_mouse.h"    // 假设有 USB Host 鼠标驱动
#include "usb_host.h"         // 假设有通用的 USB Host 驱动接口

void kvm_input_init() {
    // 初始化 USB Host 键盘和鼠标驱动
    usb_host_keyboard_init();
    usb_host_mouse_init();
}

void kvm_keyboard_process_data(uint8_t *data, uint32_t len) {
    // 解析键盘数据 (需要根据 USB HID 键盘协议进行解析)
    usb_keyboard_report_t keyboard_report;
    if (usb_host_keyboard_parse_report(data, len, &keyboard_report) == USB_HOST_OK) {
        // 将键盘事件转发到目标计算机 (通过 USB Device 发送)
        // ... (将 keyboard_report 转换为 USB Device 键盘报告并发送)
        usb_device_send_keyboard_report(&keyboard_report);
    } else {
        // 解析错误处理
        // ...
    }
}

void kvm_mouse_process_data(uint8_t *data, uint32_t len) {
    // 解析鼠标数据 (需要根据 USB HID 鼠标协议进行解析)
    usb_mouse_report_t mouse_report;
    if (usb_host_mouse_parse_report(data, len, &mouse_report) == USB_HOST_OK) {
        // 将鼠标事件转发到目标计算机 (通过 USB Device 发送)
        // ... (将 mouse_report 转换为 USB Device 鼠标报告并发送)
        usb_device_send_mouse_report(&mouse_report);
    } else {
        // 解析错误处理
        // ...
    }
}

// 假设的 USB Host 键盘驱动 (usb_host_keyboard.h 和 usb_host_keyboard.c)
// 这部分代码需要根据实际的 USB Host 驱动实现，这里仅为示例
// ... (USB Host 键盘驱动的头文件和源文件)

// 假设的 USB Host 鼠标驱动 (usb_host_mouse.h 和 usb_host_mouse.c)
// 这部分代码需要根据实际的 USB Host 驱动实现，这里仅为示例
// ... (USB Host 鼠标驱动的头文件和源文件)

// 假设的 USB Device 键盘和鼠标报告发送函数 (usb_device.h 和 usb_device.c)
// 这部分代码需要根据实际的 USB Device 驱动实现，这里仅为示例
// ... (USB Device 驱动的头文件和源文件，包含 usb_device_send_keyboard_report 和 usb_device_send_mouse_report 函数)

kvm_video.h:

#ifndef KVM_VIDEO_H
#define KVM_VIDEO_H

// 视频切换控制相关函数声明

void kvm_video_init();
void kvm_video_switch_input(uint8_t input_index); // 切换视频输入源

#endif // KVM_VIDEO_H

kvm_video.c:

#include "kvm_video.h"
#include "hal_video.h"

void kvm_video_init() {
    // 初始化视频控制模块
    hal_video_init();
}

void kvm_video_switch_input(uint8_t input_index) {
    // 根据 input_index 切换视频输入源
    switch (input_index) {
        case 0:
            hal_video_select_input_source(VIDEO_INPUT_SOURCE_1);
            break;
        case 1:
            hal_video_select_input_source(VIDEO_INPUT_SOURCE_2);
            break;
        // ... 其他输入源处理
        default:
            // 默认输入源处理
            hal_video_select_input_source(VIDEO_INPUT_SOURCE_1);
            break;
    }
}

kvm_target_mgmt.h:

#ifndef KVM_TARGET_MGMT_H
#define KVM_TARGET_MGMT_H

// 目标计算机管理相关函数声明

void kvm_target_mgmt_init();
void kvm_target_mgmt_select_target(uint8_t target_index); // 选择目标计算机
uint8_t kvm_target_mgmt_get_current_target();           // 获取当前目标计算机索引

#endif // KVM_TARGET_MGMT_H

kvm_target_mgmt.c:

#include "kvm_target_mgmt.h"
#include "hal_gpio.h"
#include "hal_video.h"
#include "kvm_input.h"

#define MAX_TARGET_COMPUTERS 2 // 假设最多支持 2 台目标计算机

static uint8_t current_target_index = 0; // 当前目标计算机索引

void kvm_target_mgmt_init() {
    // 初始化目标计算机管理模块
    current_target_index = 0; // 默认选择第一个目标计算机
    kvm_video_switch_input(current_target_index); // 切换视频输入
    // ... 初始化其他目标计算机相关状态
}

void kvm_target_mgmt_select_target(uint8_t target_index) {
    if (target_index < MAX_TARGET_COMPUTERS) {
        current_target_index = target_index;
        kvm_video_switch_input(current_target_index); // 切换视频输入
        // ... 更新其他目标计算机相关状态，例如 USB 连接切换 (如果需要硬件切换 USB 连接)
        // ... 指示 LED 更新
    }
}

uint8_t kvm_target_mgmt_get_current_target() {
    return current_target_index;
}

4. 应用层 (Application Layer)

main.c:

#include "bsp.h"
#include "hal_gpio.h"
#include "kvm_input.h"
#include "kvm_video.h"
#include "kvm_target_mgmt.h"
#include "usb_host.h" // 假设有通用的 USB Host 驱动接口
#include "usb_device.h" // 假设有通用的 USB Device 驱动接口

int main() {
    // 初始化板级支持包
    bsp_init();

    // 初始化 KVM 输入处理模块
    kvm_input_init();

    // 初始化 KVM 视频控制模块
    kvm_video_init();

    // 初始化目标计算机管理模块
    kvm_target_mgmt_init();

    // 初始化 USB Host 驱动
    usb_host_init();

    // 初始化 USB Device 驱动
    usb_device_init();

    // 主循环
    while (1) {
        // 检测按钮输入 (目标计算机切换)
        if (hal_gpio_read(GPIO_PIN_BUTTON1) == GPIO_LEVEL_HIGH) {
            // 按钮按下，切换目标计算机
            uint8_t current_target = kvm_target_mgmt_get_current_target();
            uint8_t next_target = (current_target + 1) % MAX_TARGET_COMPUTERS;
            kvm_target_mgmt_select_target(next_target);
            hal_gpio_write(GPIO_PIN_LED1, GPIO_LEVEL_HIGH); // 指示 LED 亮
            // 简单的软件去抖动延时
            for(volatile int i=0; i<100000; i++);
            hal_gpio_write(GPIO_PIN_LED1, GPIO_LEVEL_LOW); // 指示 LED 灭
        }

        // 处理 USB Host 事件 (键盘和鼠标输入)
        usb_host_process_events(); // 需要在 USB Host 驱动中实现事件处理，并调用 kvm_input_keyboard_process_data 和 kvm_input_mouse_process_data

        // 处理 USB Device 事件 (目标计算机数据接收)
        usb_device_process_events(); // 需要在 USB Device 驱动中实现事件处理

        // 其他系统任务...
    }

    return 0;
}

5. 其他模块 (示例框架)

• platform_hardware.h 和 platform_hardware.c: 平台相关的硬件定义和寄存器操作函数，需要根据具体的 MCU 和硬件平台实现。
• usb_host 驱动 (usb_host.h, usb_host.c, usb_host_keyboard.h, usb_host_keyboard.c, usb_host_mouse.h, usb_host_mouse.c): USB Host 驱动，包括通用 USB Host 驱动框架，以及 USB HID 键盘和鼠标驱动的实现。可以使用现有的 USB Host 库，或者根据 USB 协议自行实现。
• usb_device 驱动 (usb_device.h, usb_device.c): USB Device 驱动，用于模拟 USB 键盘和鼠标设备连接到目标计算机。可以使用现有的 USB Device 库，或者根据 USB 协议自行实现。

代码行数说明:

以上代码框架和示例代码虽然远未达到 3000 行，但这只是一个基础的框架。要达到 3000 行代码，需要：

• 完善 HAL 层: HAL 层需要根据具体的 MCU 和硬件外设，编写详细的寄存器操作代码，以及错误处理、超时机制等。
• 实现完整的 USB Host 和 USB Device 驱动: USB 驱动是嵌入式 KVM 的核心，需要实现 USB 总线枚举、设备识别、数据传输、协议解析等复杂逻辑。这部分代码量会很大，特别是如果需要自行实现 USB 协议栈。
• 实现视频信号处理: 如果需要更复杂的视频处理功能，例如分辨率转换、帧率转换、视频叠加等，视频处理模块的代码量也会增加。
• 添加更多功能: 例如热键切换、音频支持、网络控制 (如果未来扩展网络功能)、更复杂的配置管理、用户界面 (例如 OLED 显示屏上的菜单) 等，这些都会增加代码量。
• 完善注释和文档: 为了代码的可读性和可维护性，需要添加详细的注释，并编写相关的开发文档。
• 添加测试代码和测试用例: 为了保证代码质量，需要编写单元测试、集成测试和系统测试代码。

测试验证和维护升级

1. 测试验证:

   • 单元测试: 针对 HAL 层、BSP 层、核心服务层中的关键函数和模块进行单元测试，例如 GPIO 驱动、USB 驱动的单元测试。
   • 集成测试: 测试各个模块之间的协同工作，例如 USB 输入处理模块和视频切换控制模块的集成测试。
   • 系统测试: 进行完整的 KVM 功能测试，包括键盘鼠标控制、视频切换、目标计算机选择等功能的测试。
   • 性能测试: 测试 KVM 的输入输出延迟、视频切换速度等性能指标。
   • 稳定性测试: 进行长时间的运行测试，验证系统的可靠性和稳定性。
   • 兼容性测试: 测试 KVM 与不同品牌、型号的键盘、鼠标、显示器和目标计算机的兼容性。

2. 维护升级:

   • 模块化设计: 分层架构和模块化设计方便代码的维护和升级。
   • 版本控制: 使用 Git 进行代码版本控制，方便管理代码变更和回溯。
   • 固件升级机制: 预留固件升级接口，例如 USB DFU (Device Firmware Upgrade) 或 OTA (Over-The-Air) 升级 (如果支持网络功能)。
   • 错误日志记录: 添加错误日志记录功能，方便排查和解决问题。
   • 用户反馈收集: 收集用户反馈，了解用户需求和问题，持续改进产品。

总结

这个简单的 KVM 控制卡项目，虽然功能看似简单，但涉及到的嵌入式系统开发技术和流程是完整的。从需求分析、系统架构设计、详细的 C 代码实现框架、技术选型、实践方法、测试验证到维护升级，我都进行了详细的说明。

通过分层架构的设计，我们可以构建一个可靠、高效、可扩展的 KVM 系统平台。代码示例虽然只是框架，但展示了关键模块的实现思路和方法。在实际开发中，需要根据具体的硬件平台和功能需求，进一步完善代码实现，并进行充分的测试和验证。

希望这个详细的方案能够帮助你理解嵌入式 KVM 控制卡的开发过程，并为你提供一个良好的代码设计架构参考。