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简介：一个Dactyl外壳的人体工程学键盘，但是使用了瀚文固件。

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好的，作为一名高级嵌入式软件开发工程师，我将针对您提供的Dactyl-瀚文固件人体工程学键盘项目，详细阐述最适合的代码设计架构，并提供具体的C代码实现。
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项目背景理解

首先，我们需要理解Dactyl键盘和瀚文固件的背景：

  • Dactyl 键盘: 是一种人体工程学分体式键盘，以其独特的3D打印外壳和优化的键位布局而闻名，旨在提供更舒适和高效的打字体验。它通常采用矩阵键盘布局，需要固件来扫描按键、处理输入并与主机通信。
  • 瀚文固件: 这是一个假设的固件名称，根据上下文推测，它应该是一个为Dactyl键盘定制的固件，可能具备高效、可靠、可扩展等特点。

嵌入式系统开发流程概述

一个完整的嵌入式系统开发流程通常包括以下阶段：

  1. 需求分析: 明确键盘的功能需求、性能需求、用户体验需求等。例如，需要支持哪些按键、是否需要宏功能、背光控制、多层布局、固件升级等。
  2. 系统设计: 确定硬件平台（MCU选型）、软件架构、模块划分、接口定义、数据结构、算法选择等。
  3. 详细设计: 细化每个模块的设计，包括流程图、状态机、数据流图、算法详细描述等。
  4. 编码实现: 根据详细设计，编写C代码实现各个模块的功能。
  5. 单元测试: 对每个模块进行独立测试，验证其功能是否正确。
  6. 集成测试: 将各个模块集成在一起进行测试，验证模块之间的协同工作是否正常。
  7. 系统测试: 进行全面的系统测试，包括功能测试、性能测试、稳定性测试、兼容性测试、用户体验测试等。
  8. 验证与确认: 根据需求文档，验证系统是否满足所有需求，并得到用户或客户的确认。
  9. 维护与升级: 发布软件，并根据用户反馈进行bug修复和功能升级。

最适合的代码设计架构：分层架构

对于嵌入式系统，尤其是键盘固件这种实时性要求较高的应用，分层架构是最为适合且经过实践验证的设计模式。分层架构的主要优点包括：

  • 模块化: 将系统分解为多个独立的模块，每个模块负责特定的功能，降低了系统的复杂性，提高了代码的可读性、可维护性和可重用性。
  • 抽象化: 每一层只与其相邻的上下层交互，隐藏了内部实现的细节，降低了层与层之间的耦合度，使得修改和替换某一层的功能变得更容易，而不会影响到其他层。
  • 可扩展性: 当需要增加新功能或修改现有功能时，只需要修改或增加相应的模块，而不需要修改整个系统。
  • 可移植性: 通过硬件抽象层（HAL），可以将上层代码与具体的硬件平台解耦，使得固件更容易移植到不同的MCU平台。

Dactyl-瀚文固件分层架构设计

根据分层架构的思想，我们可以将Dactyl-瀚文固件系统划分为以下几个层次：

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

    • 负责直接与硬件交互，包括GPIO控制（按键扫描、LED控制）、定时器配置（扫描周期、去抖动）、USB通信控制等。
    • 为上层提供统一的硬件接口，屏蔽不同MCU平台之间的硬件差异。

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

    • 负责MCU的初始化，包括时钟配置、外设初始化（GPIO、定时器、USB等）、中断配置等。
    • 提供特定于硬件平台的驱动程序和启动代码。

  3. 键盘矩阵扫描层 (Keyboard Matrix Scan Layer):

    • 负责扫描键盘矩阵，检测按键按下和释放事件。
    • 实现按键去抖动算法，消除机械按键的抖动干扰。

  4. 按键处理层 (Key Processing Layer):

    • 将扫描到的按键原始数据转换为键码 (Keycode)。
    • 处理组合键 (Modifier Keys - Shift, Ctrl, Alt, etc.) 和功能键 (Function Keys)。
    • 实现键盘布局 (Keymap) 和层 (Layer) 功能，支持多层按键映射。
    • 实现宏 (Macro) 功能，支持自定义按键序列。

  5. USB HID 设备层 (USB HID Device Layer):

    • 实现USB HID (Human Interface Device) 协议，将处理后的键码数据打包成HID报告。
    • 通过USB接口将HID报告发送给主机，模拟标准USB键盘设备。

  6. 应用层 (Application Layer) 或 固件核心层 (Firmware Core Layer):

    • 负责系统的初始化和整体流程控制。
    • 协调各个模块的工作，处理事件循环，响应按键事件，控制LED等。
    • 可以实现更高级的功能，例如背光模式控制、自定义配置加载等。

代码实现 (C语言)

为了演示分层架构，并提供3000行以上的代码量，我们将尽可能详细地实现上述各个层次的关键功能。以下代码示例将基于一个假想的MCU平台，并假设使用标准的GPIO和定时器外设。

1. 硬件抽象层 (HAL)

hal.h

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#ifndef HAL_H
#define HAL_H

#include <stdint.h>
#include <stdbool.h>

// GPIO 定义
typedef enum {
    GPIO_PIN_0,
    GPIO_PIN_1,
    GPIO_PIN_2,
    GPIO_PIN_3,
    GPIO_PIN_4,
    GPIO_PIN_5,
    GPIO_PIN_6,
    GPIO_PIN_7,
    GPIO_PIN_8,
    GPIO_PIN_9,
    GPIO_PIN_10,
    GPIO_PIN_11,
    GPIO_PIN_12,
    GPIO_PIN_13,
    GPIO_PIN_14,
    GPIO_PIN_15,
    // ... 更多GPIO引脚定义
    GPIO_PIN_COUNT // GPIO引脚数量
} gpio_pin_t;

typedef enum {
    GPIO_MODE_INPUT,
    GPIO_MODE_OUTPUT
} gpio_mode_t;

typedef enum {
    GPIO_PULL_NONE,
    GPIO_PULL_UP,
    GPIO_PULL_DOWN
} gpio_pull_t;

// 定时器定义
typedef enum {
    TIMER_1,
    TIMER_2,
    // ... 更多定时器定义
    TIMER_COUNT
} timer_id_t;

typedef void (*timer_callback_t)(void);

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

// GPIO 设置输出
void hal_gpio_set_output(gpio_pin_t pin, bool value);

// GPIO 读取输入
bool hal_gpio_read_input(gpio_pin_t pin);

// 定时器 初始化
void hal_timer_init(timer_id_t timer_id, uint32_t period_ms, timer_callback_t callback);

// 定时器 启动
void hal_timer_start(timer_id_t timer_id);

// 定时器 停止
void hal_timer_stop(timer_id_t timer_id);

// 延时函数 (毫秒级)
void hal_delay_ms(uint32_t ms);

// USB 初始化 (简化，实际USB初始化更复杂)
void hal_usb_init(void);

// USB 发送数据 (HID报告)
bool hal_usb_send_report(const uint8_t *report, uint16_t report_len);

#endif // HAL_H

hal.c (示例实现，需要根据具体的MCU平台修改)

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#include "hal.h"
#include "mcu_platform.h" // 假设的MCU平台头文件，包含寄存器定义等

// GPIO 初始化
void hal_gpio_init(gpio_pin_t pin, gpio_mode_t mode, gpio_pull_t pull) {
    // 根据 pin, mode, pull 配置 MCU 的 GPIO 寄存器
    // 示例 (假设使用寄存器直接操作):
    if (mode == GPIO_MODE_OUTPUT) {
        // 设置为输出模式
        GPIO_REG->MODER |= (1 << (pin * 2)); // 设置对应位为输出
        GPIO_REG->MODER &= ~(1 << (pin * 2 + 1));
    } else { // GPIO_MODE_INPUT
        // 设置为输入模式
        GPIO_REG->MODER &= ~(1 << (pin * 2));
        GPIO_REG->MODER &= ~(1 << (pin * 2 + 1));
    }

    if (pull == GPIO_PULL_UP) {
        // 使能上拉
        GPIO_REG->PUPDR |= (1 << (pin * 2));
        GPIO_REG->PUPDR &= ~(1 << (pin * 2 + 1));
    } else if (pull == GPIO_PULL_DOWN) {
        // 使能下拉
        GPIO_REG->PUPDR &= ~(1 << (pin * 2));
        GPIO_REG->PUPDR |= (1 << (pin * 2 + 1));
    } else { // GPIO_PULL_NONE
        // 无上拉下拉
        GPIO_REG->PUPDR &= ~(1 << (pin * 2));
        GPIO_REG->PUPDR &= ~(1 << (pin * 2 + 1));
    }
}

// GPIO 设置输出
void hal_gpio_set_output(gpio_pin_t pin, bool value) {
    if (value) {
        GPIO_REG->BSRR = (1 << pin); // 设置为高电平
    } else {
        GPIO_REG->BSRR = (1 << (pin + 16)); // 设置为低电平 (假设BSRR寄存器结构)
    }
}

// GPIO 读取输入
bool hal_gpio_read_input(gpio_pin_t pin) {
    return (GPIO_REG->IDR & (1 << pin)) != 0; // 读取输入数据寄存器
}

// 定时器 初始化
void hal_timer_init(timer_id_t timer_id, uint32_t period_ms, timer_callback_t callback) {
    // 根据 timer_id, period_ms, callback 配置 MCU 的定时器寄存器
    // 示例 (假设使用定时器 1):
    if (timer_id == TIMER_1) {
        TIMER1_REG->PSC = MCU_CLOCK_FREQ_MHZ - 1; // 预分频，假设 MCU_CLOCK_FREQ_MHZ 为 MHz 单位
        TIMER1_REG->ARR = period_ms * 1000; // 自动重载值，单位us (假设定时器计数单位为 us)
        TIMER1_REG->DIER |= TIM_DIER_UIE; // 使能更新中断
        // 设置中断回调函数 (需要根据具体的MCU中断向量表和中断处理方式实现)
        timer1_callback_function = callback; // 假设定义全局变量 timer1_callback_function
    }
    // ... 其他定时器初始化
}

// 定时器 启动
void hal_timer_start(timer_id_t timer_id) {
    if (timer_id == TIMER_1) {
        TIMER1_REG->CR1 |= TIM_CR1_CEN; // 使能定时器
    }
    // ... 其他定时器启动
}

// 定时器 停止
void hal_timer_stop(timer_id_t timer_id) {
    if (timer_id == TIMER_1) {
        TIMER1_REG->CR1 &= ~TIM_CR1_CEN; // 禁用定时器
    }
    // ... 其他定时器停止
}

// 延时函数 (毫秒级) - 简单轮询延时，实际应用中可能需要更精确的延时方法
void hal_delay_ms(uint32_t ms) {
    volatile uint32_t count;
    for (uint32_t i = 0; i < ms; i++) {
        for (count = 0; count < DELAY_LOOP_COUNT_MS; count++); // DELAY_LOOP_COUNT_MS 需要根据MCU时钟频率调整
    }
}

// USB 初始化 (简化)
void hal_usb_init(void) {
    // 初始化 USB 外设，配置时钟，使能中断等
    // 具体实现根据 MCU 的 USB 外设驱动和协议栈而定
    // 这里仅做占位符，实际需要调用 USB 驱动库的初始化函数
    // ... USB 初始化代码
}

// USB 发送数据 (HID报告) - 简化
bool hal_usb_send_report(const uint8_t *report, uint16_t report_len) {
    // 将 report 数据通过 USB 端点发送出去
    // 具体实现根据 MCU 的 USB 外设驱动和协议栈而定
    // 这里仅做占位符，实际需要调用 USB 驱动库的发送函数
    // ... USB 发送代码
    return true; // 假设发送成功
}

// 定时器 1 中断处理函数 (示例，需要根据具体的MCU中断向量表配置)
void TIMER1_IRQHandler(void) {
    if (TIMER1_REG->SR & TIM_SR_UIF) { // 检查更新中断标志
        TIMER1_REG->SR &= ~TIM_SR_UIF; // 清除更新中断标志
        if (timer1_callback_function != NULL) {
            timer1_callback_function(); // 调用注册的回调函数
        }
    }
}

2. 板级支持包 (BSP)

bsp.h

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#ifndef BSP_H
#define BSP_H

#include "hal.h"

// 初始化系统时钟
void bsp_init_clock(void);

// 初始化所有外设 (GPIO, 定时器, USB)
void bsp_init_peripherals(void);

// 初始化中断
void bsp_init_interrupts(void);

#endif // BSP_H

bsp.c (示例实现)

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#include "bsp.h"
#include "mcu_platform.h" // 假设的MCU平台头文件

// 初始化系统时钟
void bsp_init_clock(void) {
    // 配置 MCU 的系统时钟，例如设置主频，配置PLL等
    // 示例 (假设使用 System Clock Configuration 寄存器):
    RCC_REG->CR |= RCC_CR_HSEON; // 使能 HSE 外部高速晶振 (假设使用外部晶振)
    while (!(RCC_REG->CR & RCC_CR_HSERDY)); // 等待 HSE 准备就绪

    RCC_REG->CFGR |= RCC_CFGR_SW_HSE; // 选择 HSE 作为系统时钟源
    while ((RCC_REG->CFGR & RCC_CFGR_SWS) != RCC_CFGR_SWS_HSE); // 等待切换完成

    // ... 其他时钟配置，例如 PLL 配置，分频系数设置等
}

// 初始化所有外设 (GPIO, 定时器, USB)
void bsp_init_peripherals(void) {
    // 初始化 GPIO
    // 示例: 初始化键盘矩阵的行和列引脚，以及 LED 控制引脚
    hal_gpio_init(ROW1_PIN, GPIO_MODE_OUTPUT, GPIO_PULL_NONE);
    hal_gpio_init(ROW2_PIN, GPIO_MODE_OUTPUT, GPIO_PULL_NONE);
    // ... 初始化所有行引脚
    hal_gpio_init(COL1_PIN, GPIO_MODE_INPUT, GPIO_PULL_UP); // 列引脚通常上拉
    hal_gpio_init(COL2_PIN, GPIO_MODE_INPUT, GPIO_PULL_UP);
    // ... 初始化所有列引脚
    hal_gpio_init(LED_PIN, GPIO_MODE_OUTPUT, GPIO_PULL_NONE); // LED 控制引脚

    // 初始化 定时器
    // 示例: 初始化定时器 1 用于键盘扫描和去抖动
    hal_timer_init(TIMER_KEYSCAN, KEYSCAN_PERIOD_MS, keyscan_timer_callback); // keyscan_timer_callback 是键盘扫描定时器回调函数 (在键盘矩阵扫描层实现)

    // 初始化 USB
    hal_usb_init();
}

// 初始化中断
void bsp_init_interrupts(void) {
    // 使能全局中断
    __enable_irq();

    // 配置定时器中断优先级 (如果需要)
    // NVIC_SetPriority(TIM1_IRQn, ...); // 根据具体的 NVIC 寄存器和优先级定义设置

    // 使能定时器中断
    // NVIC_EnableIRQ(TIM1_IRQn); // 根据具体的 NVIC 寄存器和中断使能定义设置
}

// 系统初始化函数
void bsp_init(void) {
    bsp_init_clock();
    bsp_init_peripherals();
    bsp_init_interrupts();
}

3. 键盘矩阵扫描层

keyboard_scan.h

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#ifndef KEYBOARD_SCAN_H
#define KEYBOARD_SCAN_H

#include <stdint.h>
#include <stdbool.h>
#include "hal.h"

// 键盘矩阵行和列定义 (根据实际硬件连接配置)
#define KEYBOARD_ROWS     6  // Dactyl键盘通常有6行
#define KEYBOARD_COLS     12 // Dactyl键盘通常有12列

// 键盘矩阵引脚定义 (需要根据实际硬件连接修改)
#define ROW_PINS {GPIO_PIN_0, GPIO_PIN_1, GPIO_PIN_2, GPIO_PIN_3, GPIO_PIN_4, GPIO_PIN_5}
#define COL_PINS {GPIO_PIN_6, GPIO_PIN_7, GPIO_PIN_8, GPIO_PIN_9, GPIO_PIN_10, GPIO_PIN_11, GPIO_PIN_12, GPIO_PIN_13, GPIO_PIN_14, GPIO_PIN_15, GPIO_PIN_16, GPIO_PIN_17}

// 键盘扫描周期 (毫秒)
#define KEYSCAN_PERIOD_MS 5

// 按键状态定义
typedef enum {
    KEY_RELEASED,
    KEY_PRESSED,
    KEY_HOLDING // 按键保持状态 (用于长按检测)
} key_state_t;

// 键盘扫描初始化
void keyboard_scan_init(void);

// 获取按键状态 (二维数组形式)
key_state_t keyboard_scan_get_state(uint8_t row, uint8_t col);

// 定时器回调函数 (用于键盘扫描) - 在 keyboard_scan.c 中实现
extern void keyscan_timer_callback(void);

#endif // KEYBOARD_SCAN_H

keyboard_scan.c

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#include "keyboard_scan.h"

// 键盘矩阵行和列引脚
static const gpio_pin_t row_pins[] = ROW_PINS;
static const gpio_pin_t col_pins[] = COL_PINS;

// 当前按键状态矩阵
static key_state_t current_key_state[KEYBOARD_ROWS][KEYBOARD_COLS];

// 上次按键状态矩阵 (用于去抖动)
static key_state_t last_key_state[KEYBOARD_ROWS][KEYBOARD_COLS];

// 按键去抖动计数器
static uint8_t debounce_count[KEYBOARD_ROWS][KEYBOARD_COLS];
#define DEBOUNCE_THRESHOLD 3 // 去抖动阈值，连续扫描到相同状态多少次才认为状态稳定

// 键盘扫描初始化
void keyboard_scan_init(void) {
    // 初始化所有按键状态为 KEY_RELEASED
    for (uint8_t row = 0; row < KEYBOARD_ROWS; row++) {
        for (uint8_t col = 0; col < KEYBOARD_COLS; col++) {
            current_key_state[row][col] = KEY_RELEASED;
            last_key_state[row][col] = KEY_RELEASED;
            debounce_count[row][col] = 0;
        }
    }
}

// 获取按键状态
key_state_t keyboard_scan_get_state(uint8_t row, uint8_t col) {
    if (row < KEYBOARD_ROWS && col < KEYBOARD_COLS) {
        return current_key_state[row][col];
    } else {
        return KEY_RELEASED; // 超出范围的按键返回释放状态
    }
}

// 键盘扫描定时器回调函数
void keyscan_timer_callback(void) {
    // 逐行扫描键盘矩阵
    for (uint8_t row = 0; row < KEYBOARD_ROWS; row++) {
        // 设置当前行为输出低电平，其余行为输出高电平 (假设行驱动为低电平有效)
        for (uint8_t r = 0; r < KEYBOARD_ROWS; r++) {
            hal_gpio_set_output(row_pins[r], (r != row)); // 当前行低，其他行高
        }
        hal_delay_ms(1); // 稍微延时，等待电平稳定

        // 逐列读取按键状态
        for (uint8_t col = 0; col < KEYBOARD_COLS; col++) {
            bool key_pressed_raw = !hal_gpio_read_input(col_pins[col]); // 列引脚低电平表示按键按下 (假设上拉)

            // 去抖动处理
            if (key_pressed_raw) {
                if (debounce_count[row][col] < DEBOUNCE_THRESHOLD) {
                    debounce_count[row][col]++;
                }
                if (debounce_count[row][col] == DEBOUNCE_THRESHOLD) {
                    if (current_key_state[row][col] == KEY_RELEASED) {
                        current_key_state[row][col] = KEY_PRESSED;
                        // 可以添加按键按下事件处理 (例如，发送按键事件到按键处理层)
                        // ...
                    } else {
                        current_key_state[row][col] = KEY_HOLDING; // 长按状态
                    }
                }
            } else { // 按键释放
                if (debounce_count[row][col] > 0) {
                    debounce_count[row][col]--;
                }
                if (debounce_count[row][col] == 0) {
                    if (current_key_state[row][col] != KEY_RELEASED) {
                        current_key_state[row][col] = KEY_RELEASED;
                        // 可以添加按键释放事件处理
                        // ...
                    }
                }
            }
        }
    }
}

4. 按键处理层

key_processing.h

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#ifndef KEY_PROCESSING_H
#define KEY_PROCESSING_H

#include <stdint.h>
#include <stdbool.h>
#include "keyboard_scan.h"

// 键码定义 (HID Usage ID for Keyboard)
typedef enum {
    KEYCODE_NONE = 0x00,
    KEYCODE_A = 0x04,  // 'a' and 'A'
    KEYCODE_B = 0x05,  // 'b' and 'B'
    KEYCODE_C = 0x06,  // 'c' and 'C'
    // ... 定义所有需要的键码 (A-Z, 0-9, Symbols, Function Keys, etc.)
    KEYCODE_SPACE = 0x2C, // Spacebar
    KEYCODE_ENTER = 0x28, // Enter (Return)
    KEYCODE_ESCAPE = 0x29, // Escape
    KEYCODE_BACKSPACE = 0x2A, // Backspace
    KEYCODE_TAB = 0x2B, // Tab
    KEYCODE_LEFT_CONTROL = 0xE0, // Left Control
    KEYCODE_LEFT_SHIFT = 0xE1,  // Left Shift
    KEYCODE_LEFT_ALT = 0xE2,    // Left Alt
    KEYCODE_LEFT_GUI = 0xE3,    // Left GUI (Windows/Command)
    KEYCODE_RIGHT_CONTROL = 0xE4, // Right Control
    KEYCODE_RIGHT_SHIFT = 0xE5,  // Right Shift
    KEYCODE_RIGHT_ALT = 0xE6,    // Right Alt
    KEYCODE_RIGHT_GUI = 0xE7,    // Right GUI
    // ... Modifier keys
    KEYCODE_LAYER_SWITCH_1, // 自定义层切换键
    KEYCODE_MACRO_1,       // 自定义宏键
    KEYCODE_BACKLIGHT_TOGGLE // 背光开关键
    // ... 自定义功能键
} keycode_t;

// 键盘布局 (Keymap) 定义 - 可以使用二维数组表示，对应键盘矩阵
// 示例：第一层布局
extern const keycode_t keymap_layer_0[KEYBOARD_ROWS][KEYBOARD_COLS];
// 示例：第二层布局 (Layer 1)
extern const keycode_t keymap_layer_1[KEYBOARD_ROWS][KEYBOARD_COLS];
// ... 可以定义更多层

// 当前激活的层
extern uint8_t current_layer;

// 按键处理初始化
void key_processing_init(void);

// 处理按键事件 (从键盘扫描层接收按键状态)
void key_processing_process_key(uint8_t row, uint8_t col, key_state_t state);

// 获取要发送的 HID 报告 (键盘报告)
bool key_processing_get_hid_report(uint8_t *report_buffer, uint16_t *report_len);

#endif // KEY_PROCESSING_H

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#include "key_processing.h"
#include "usb_hid.h" // 假设 USB HID 设备层头文件

// 键盘布局 (Keymap) 定义
// 示例：第一层布局 (Layer 0) -  QWERTY 布局简化示例
const keycode_t keymap_layer_0[KEYBOARD_ROWS][KEYBOARD_COLS] = {
    {KEYCODE_ESCAPE, KEYCODE_1, KEYCODE_2, KEYCODE_3, KEYCODE_4, KEYCODE_5, KEYCODE_6, KEYCODE_7, KEYCODE_8, KEYCODE_9, KEYCODE_0, KEYCODE_BACKSPACE},
    {KEYCODE_TAB, KEYCODE_Q, KEYCODE_W, KEYCODE_E, KEYCODE_R, KEYCODE_T, KEYCODE_Y, KEYCODE_U, KEYCODE_I, KEYCODE_O, KEYCODE_P, KEYCODE_ENTER},
    {KEYCODE_LEFT_CONTROL, KEYCODE_A, KEYCODE_S, KEYCODE_D, KEYCODE_F, KEYCODE_G, KEYCODE_H, KEYCODE_J, KEYCODE_K, KEYCODE_L, KEYCODE_SEMICOLON, KEYCODE_QUOTE},
    {KEYCODE_LEFT_SHIFT, KEYCODE_Z, KEYCODE_X, KEYCODE_C, KEYCODE_V, KEYCODE_B, KEYCODE_N, KEYCODE_M, KEYCODE_COMMA, KEYCODE_DOT, KEYCODE_SLASH, KEYCODE_RIGHT_SHIFT},
    {KEYCODE_LEFT_GUI, KEYCODE_LEFT_ALT, KEYCODE_SPACE, KEYCODE_SPACE, KEYCODE_SPACE, KEYCODE_SPACE, KEYCODE_SPACE, KEYCODE_SPACE, KEYCODE_SPACE, KEYCODE_SPACE, KEYCODE_RIGHT_ALT, KEYCODE_RIGHT_GUI},
    {KEYCODE_NONE, KEYCODE_NONE, KEYCODE_NONE, KEYCODE_NONE, KEYCODE_NONE, KEYCODE_NONE, KEYCODE_NONE, KEYCODE_NONE, KEYCODE_NONE, KEYCODE_NONE, KEYCODE_NONE, KEYCODE_NONE} // 示例：最后一行空置
};

// 示例：第二层布局 (Layer 1) - 功能键层简化示例
const keycode_t keymap_layer_1[KEYBOARD_ROWS][KEYBOARD_COLS] = {
    {KEYCODE_ESCAPE, KEYCODE_F1, KEYCODE_F2, KEYCODE_F3, KEYCODE_F4, KEYCODE_F5, KEYCODE_F6, KEYCODE_F7, KEYCODE_F8, KEYCODE_F9, KEYCODE_F10, KEYCODE_F11},
    {KEYCODE_TAB, KEYCODE_NONE, KEYCODE_NONE, KEYCODE_NONE, KEYCODE_NONE, KEYCODE_NONE, KEYCODE_NONE, KEYCODE_NONE, KEYCODE_NONE, KEYCODE_NONE, KEYCODE_NONE, KEYCODE_F12},
    {KEYCODE_LEFT_CONTROL, KEYCODE_NONE, KEYCODE_NONE, KEYCODE_NONE, KEYCODE_NONE, KEYCODE_NONE, KEYCODE_NONE, KEYCODE_NONE, KEYCODE_NONE, KEYCODE_NONE, KEYCODE_NONE, KEYCODE_NONE},
    {KEYCODE_LEFT_SHIFT, KEYCODE_NONE, KEYCODE_NONE, KEYCODE_NONE, KEYCODE_NONE, KEYCODE_NONE, KEYCODE_NONE, KEYCODE_NONE, KEYCODE_NONE, KEYCODE_NONE, KEYCODE_NONE, KEYCODE_RIGHT_SHIFT},
    {KEYCODE_LEFT_GUI, KEYCODE_LEFT_ALT, KEYCODE_NONE, KEYCODE_NONE, KEYCODE_NONE, KEYCODE_NONE, KEYCODE_NONE, KEYCODE_NONE, KEYCODE_NONE, KEYCODE_NONE, KEYCODE_RIGHT_ALT, KEYCODE_RIGHT_GUI},
    {KEYCODE_NONE, KEYCODE_NONE, KEYCODE_NONE, KEYCODE_NONE, KEYCODE_NONE, KEYCODE_NONE, KEYCODE_NONE, KEYCODE_NONE, KEYCODE_NONE, KEYCODE_NONE, KEYCODE_NONE, KEYCODE_NONE}
};

// ... 可以定义更多层布局

// 当前激活的层
uint8_t current_layer = 0; // 默认启动层为 Layer 0

// 当前按下的 Modifier Keys 状态 (位掩码)
static uint8_t modifier_keys = 0;
#define MODIFIER_LEFT_CTRL_MASK  (1 << 0)
#define MODIFIER_LEFT_SHIFT_MASK (1 << 1)
#define MODIFIER_LEFT_ALT_MASK   (1 << 2)
#define MODIFIER_LEFT_GUI_MASK   (1 << 3)
#define MODIFIER_RIGHT_CTRL_MASK (1 << 4)
#define MODIFIER_RIGHT_SHIFT_MASK (1 << 5)
#define MODIFIER_RIGHT_ALT_MASK  (1 << 6)
#define MODIFIER_RIGHT_GUI_MASK  (1 << 7)

// 当前按下的普通按键 (最多支持 6 个普通按键同时按下，符合 HID 键盘规范)
#define MAX_PRESSED_KEYS 6
static keycode_t pressed_keys[MAX_PRESSED_KEYS];
static uint8_t pressed_key_count = 0;

// 按键处理初始化
void key_processing_init(void) {
    current_layer = 0;
    modifier_keys = 0;
    pressed_key_count = 0;
    for (uint8_t i = 0; i < MAX_PRESSED_KEYS; i++) {
        pressed_keys[i] = KEYCODE_NONE;
    }
}

// 处理按键事件
void key_processing_process_key(uint8_t row, uint8_t col, key_state_t state) {
    keycode_t keycode = KEYCODE_NONE;

    // 根据当前层选择 Keymap
    const keycode_t (*current_keymap)[KEYBOARD_COLS];
    if (current_layer == 1) {
        current_keymap = keymap_layer_1;
    } else { // 默认 Layer 0
        current_keymap = keymap_layer_0;
    }

    keycode = current_keymap[row][col];

    if (state == KEY_PRESSED || state == KEY_HOLDING) { // 按下或保持状态
        if (keycode >= KEYCODE_LEFT_CONTROL && keycode <= KEYCODE_RIGHT_GUI) { // Modifier Key
            // 更新 Modifier Keys 状态
            if (keycode == KEYCODE_LEFT_CONTROL) modifier_keys |= MODIFIER_LEFT_CTRL_MASK;
            else if (keycode == KEYCODE_LEFT_SHIFT) modifier_keys |= MODIFIER_LEFT_SHIFT_MASK;
            else if (keycode == KEYCODE_LEFT_ALT) modifier_keys |= MODIFIER_LEFT_ALT_MASK;
            else if (keycode == KEYCODE_LEFT_GUI) modifier_keys |= MODIFIER_LEFT_GUI_MASK;
            else if (keycode == KEYCODE_RIGHT_CONTROL) modifier_keys |= MODIFIER_RIGHT_CTRL_MASK;
            else if (keycode == KEYCODE_RIGHT_SHIFT) modifier_keys |= MODIFIER_RIGHT_SHIFT_MASK;
            else if (keycode == KEYCODE_RIGHT_ALT) modifier_keys |= MODIFIER_RIGHT_ALT_MASK;
            else if (keycode == KEYCODE_RIGHT_GUI) modifier_keys |= MODIFIER_RIGHT_GUI_MASK;
        } else if (keycode == KEYCODE_LAYER_SWITCH_1) { // 层切换键 (示例)
            current_layer = 1; // 切换到 Layer 1
        } else if (keycode == KEYCODE_MACRO_1) { // 宏键 (示例)
            // 执行宏 1 功能 (例如，发送预定义的按键序列)
            // ... 宏处理逻辑
        } else if (keycode == KEYCODE_BACKLIGHT_TOGGLE) { // 背光开关键 (示例)
            // 切换背光状态
            // ... 背光控制逻辑
        } else if (keycode != KEYCODE_NONE) { // 普通按键
            // 添加到 pressed_keys 数组
            if (pressed_key_count < MAX_PRESSED_KEYS) {
                pressed_keys[pressed_key_count++] = keycode;
            }
            // 如果超过最大按键数，可以忽略后续按键或采取其他策略
        }
    } else if (state == KEY_RELEASED) { // 释放状态
        if (keycode >= KEYCODE_LEFT_CONTROL && keycode <= KEYCODE_RIGHT_GUI) { // Modifier Key
            // 清除 Modifier Keys 状态
            if (keycode == KEYCODE_LEFT_CONTROL) modifier_keys &= ~MODIFIER_LEFT_CTRL_MASK;
            else if (keycode == KEYCODE_LEFT_SHIFT) modifier_keys &= ~MODIFIER_LEFT_SHIFT_MASK;
            else if (keycode == KEYCODE_LEFT_ALT) modifier_keys &= ~MODIFIER_LEFT_ALT_MASK;
            else if (keycode == KEYCODE_LEFT_GUI) modifier_keys &= ~MODIFIER_LEFT_GUI_MASK;
            else if (keycode == KEYCODE_RIGHT_CONTROL) modifier_keys &= ~MODIFIER_RIGHT_CTRL_MASK;
            else if (keycode == KEYCODE_RIGHT_SHIFT) modifier_keys &= ~MODIFIER_RIGHT_SHIFT_MASK;
            else if (keycode == KEYCODE_RIGHT_ALT) modifier_keys &= ~MODIFIER_RIGHT_ALT_MASK;
            else if (keycode == KEYCODE_RIGHT_GUI) modifier_keys &= ~MODIFIER_RIGHT_GUI_MASK;
        } else if (keycode == KEYCODE_LAYER_SWITCH_1) { // 层切换键释放 (示例)
            current_layer = 0; // 切换回 Layer 0 (假设层切换键为瞬间切换)
        } else if (keycode != KEYCODE_NONE) { // 普通按键
            // 从 pressed_keys 数组中移除
            for (uint8_t i = 0; i < pressed_key_count; i++) {
                if (pressed_keys[i] == keycode) {
                    // 找到要移除的按键，将后面的按键前移
                    for (uint8_t j = i; j < pressed_key_count - 1; j++) {
                        pressed_keys[j] = pressed_keys[j + 1];
                    }
                    pressed_keys[pressed_key_count - 1] = KEYCODE_NONE; // 最后一个位置置空
                    pressed_key_count--;
                    break; // 找到并移除后跳出循环
                }
            }
        }
    }

    // 在按键状态改变后，可以触发 HID 报告更新
    usb_hid_report_needs_update = true; // 设置标志位，通知 USB HID 设备层需要更新报告
}

// 获取要发送的 HID 报告 (键盘报告)
bool key_processing_get_hid_report(uint8_t *report_buffer, uint16_t *report_len) {
    // 构造 HID 键盘报告
    memset(report_buffer, 0, USB_HID_REPORT_SIZE); // 清空报告缓冲区

    report_buffer[0] = modifier_keys; // Modifier Keys 状态

    // 将 pressed_keys 中的键码填充到报告缓冲区 (从第 3 字节开始，前 2 字节为 Modifier 和 Reserved)
    for (uint8_t i = 0; i < pressed_key_count && i < 6; i++) { // 最多发送 6 个普通按键
        report_buffer[2 + i] = pressed_keys[i];
    }

    *report_len = USB_HID_REPORT_SIZE; // 设置报告长度
    return true;
}

5. USB HID 设备层

usb_hid.h

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#ifndef USB_HID_H
#define USB_HID_H

#include <stdint.h>
#include <stdbool.h>

// USB HID 报告描述符 (Keyboard) -  简化示例，实际描述符更复杂
extern const uint8_t usb_hid_report_descriptor[];
#define USB_HID_REPORT_DESCRIPTOR_SIZE  /* ... 实际描述符大小 */

// USB HID 报告大小 (Keyboard Report - 8 bytes: Modifier + Reserved + 6 Keycodes)
#define USB_HID_REPORT_SIZE 8

// USB HID 初始化
void usb_hid_init(void);

// USB HID 发送键盘报告
bool usb_hid_send_keyboard_report(const uint8_t *report);

// 标志位，指示是否需要更新 USB HID 报告
extern volatile bool usb_hid_report_needs_update;

#endif // USB_HID_H

usb_hid.c

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#include "usb_hid.h"
#include "hal.h"
#include "key_processing.h"

// USB HID 报告描述符 (Keyboard) - 简化示例，实际描述符需要根据 HID 规范详细定义
const uint8_t usb_hid_report_descriptor[] = {
    0x05, 0x01,        // Usage Page (Generic Desktop)
    0x09, 0x06,        // Usage (Keyboard)
    0xA1, 0x01,        // Collection (Application)
    0x05, 0x07,        //   Usage Page (Keyboard/Keypad)
    0x19, 0xE0,        //   Usage Minimum (Keyboard LeftControl)
    0x29, 0xE7,        //   Usage Maximum (Keyboard Right GUI)
    0x15, 0x00,        //   Logical Minimum (0)
    0x25, 0x01,        //   Logical Maximum (1)
    0x75, 0x01,        //   Report Size (1)
    0x95, 0x08,        //   Report Count (8)
    0x81, 0x02,        //   Input (Data,Var,Abs,No Wrap,Linear,Preferred State,No Null Position)
    0x95, 0x01,        //   Report Count (1)
    0x75, 0x08,        //   Report Size (8)
    0x81, 0x03,        //   Input (Const,Var,Abs,No Wrap,Linear,Preferred State,No Null Position)
    0x95, 0x06,        //   Report Count (6)
    0x75, 0x08,        //   Report Size (8)
    0x15, 0x00,        //   Logical Minimum (0)
    0x25, 0xFF,        //   Logical Maximum (255) // 实际应为 0x65 (101 keys) for Boot Keyboard
    0x05, 0x07,        //   Usage Page (Keyboard/Keypad)
    0x19, 0x00,        //   Usage Minimum (Reserved (no event indicated))
    0x29, 0x65,        //   Usage Maximum (Keyboard Application) // 实际应为 0x65 (101 keys) for Boot Keyboard
    0x81, 0x00,        //   Input (Data,Var,Abs,No Wrap,Linear,Preferred State,No Null Position)
    0xC0              // End Collection
};
// 实际描述符大小需要根据定义计算
#define USB_HID_REPORT_DESCRIPTOR_SIZE sizeof(usb_hid_report_descriptor)

// USB HID 报告缓冲区
static uint8_t hid_report_buffer[USB_HID_REPORT_SIZE];

// 标志位，指示是否需要更新 USB HID 报告
volatile bool usb_hid_report_needs_update = false;

// USB HID 初始化
void usb_hid_init(void) {
    // 初始化 USB 设备 (调用 HAL 层 USB 初始化函数)
    hal_usb_init();

    // ... 可以进行其他 USB HID 相关初始化，例如设置报告描述符等
    // (简化示例中略过)
}

// USB HID 发送键盘报告
bool usb_hid_send_keyboard_report(const uint8_t *report) {
    // 调用 HAL 层 USB 发送函数发送 HID 报告
    return hal_usb_send_report(report, USB_HID_REPORT_SIZE);
}

// USB HID 报告处理定时器回调函数 (定期发送 HID 报告)
void usb_hid_report_timer_callback(void) {
    if (usb_hid_report_needs_update) {
        // 获取键盘报告数据
        uint16_t report_len;
        if (key_processing_get_hid_report(hid_report_buffer, &report_len)) {
            // 发送 HID 报告
            usb_hid_send_keyboard_report(hid_report_buffer);
            usb_hid_report_needs_update = false; // 清除更新标志
        }
    }
}

6. 应用层 (固件核心层)

main.c

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#include "bsp.h"
#include "keyboard_scan.h"
#include "key_processing.h"
#include "usb_hid.h"
#include "hal.h"

int main(void) {
    // 初始化系统 (BSP 层)
    bsp_init();

    // 初始化键盘扫描层
    keyboard_scan_init();

    // 初始化按键处理层
    key_processing_init();

    // 初始化 USB HID 设备层
    usb_hid_init();

    // 启动键盘扫描定时器 (HAL 层)
    hal_timer_start(TIMER_KEYSCAN);

    // 启动 USB HID 报告发送定时器 (可选，如果需要定期发送报告)
    hal_timer_init(TIMER_HID_REPORT, HID_REPORT_PERIOD_MS, usb_hid_report_timer_callback); // HID_REPORT_PERIOD_MS 定义报告发送周期
    hal_timer_start(TIMER_HID_REPORT);

    // 主循环
    while (1) {
        // 应用层可以在主循环中执行其他任务，例如 LED 控制，背光模式切换等
        // ...

        // 简单示例：闪烁 LED 指示键盘运行状态
        hal_gpio_set_output(LED_PIN, true);
        hal_delay_ms(100);
        hal_gpio_set_output(LED_PIN, false);
        hal_delay_ms(400);
    }

    return 0; // 理论上不会到达这里
}

代码量说明

以上代码示例，虽然为了演示分层架构，已经尽可能详细地展开，但仍然只是一个基础框架。要达到3000行以上的代码量，还需要在以下方面进行扩展和完善：

  • 更完整的HAL层实现: 针对具体的MCU平台，HAL层需要实现更全面的硬件驱动，包括更复杂的定时器配置、更完整的USB驱动（包括端点配置、数据传输、中断处理、USB协议栈等）、Flash驱动（用于固件升级和配置存储）、EEPROM驱动（用于配置存储）等。
  • 更丰富的按键处理功能: 实现更高级的宏功能（例如，支持复杂的按键序列、变量、条件判断等）、更灵活的层切换机制、RGB背光控制、多媒体按键支持、消费者控制按键支持、鼠标按键模拟、自定义配置加载和保存、在线配置工具支持等。
  • 更完善的USB HID 设备层实现: 实现完整的USB协议栈，处理USB枚举、配置、数据传输、错误处理等，支持不同的USB设备类（例如，组合设备、多接口设备）。
  • 固件升级功能: 实现可靠的固件升级机制，例如通过USB DFU (Device Firmware Upgrade) 协议或自定义的Bootloader。
  • 详细的错误处理和异常处理机制: 在各个层次添加错误检测和处理代码，提高系统的鲁棒性和可靠性。
  • 全面的单元测试和集成测试代码: 编写测试用例，验证各个模块的功能和模块之间的协同工作。
  • 详细的代码注释和文档: 为了提高代码的可读性和可维护性，需要编写详细的代码注释和项目文档。
  • 更复杂的键盘布局和层定义: Dactyl键盘通常具有复杂的布局，需要定义更详细的Keymap和Layer，支持自定义布局。
  • 电源管理功能: 实现低功耗模式，例如睡眠模式、休眠模式，延长电池续航时间（如果键盘是无线的）。
  • 音频反馈功能: 如果硬件支持，可以添加按键音、系统提示音等音频反馈功能。
  • 蓝牙无线连接支持: 如果需要支持无线连接，需要添加蓝牙协议栈和相关驱动。

总结

这个Dactyl-瀚文固件项目，采用分层架构进行设计，从硬件抽象层到应用层，每个层次都有明确的职责和接口。这种架构使得系统模块化、可维护、可扩展，并且易于移植到不同的硬件平台。提供的C代码示例虽然只是一个框架，但已经展示了分层架构的基本思想和实现方式。通过在各个层次添加更丰富的功能和细节实现，可以构建一个可靠、高效、可扩展的Dactyl键盘固件系统。为了达到3000行以上的代码量，需要在各个方面进行深入的开发和完善，特别是HAL层和更高级的功能实现。

希望这个详细的解答能够满足您的需求，并对您的Dactyl-瀚文固件项目开发有所帮助。

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