USBキーボードをSBCにつなぐ KKBD-USB その3 ～キー入力完成、ハマったところまとめ～

前回（その2）では、TinyUSB によるUSBホスト基盤（Phase 3）まで来ました。今回はその続き。Phase 4〜6 を実装して、USB キーボードからキーを打ったら SBC に届くメインのパスをひと通り完成させました。最後にユーザーマニュアルも整備して、Phase 1〜6 の暫定稼働 OK というところまで来ましたという話です。

Phase 4: 基本キー入力（英数字）

USB HID の Boot Protocol では、キーボードから 8 バイト固定のレポートが届きます。Byte 0 が修飾キー、Byte 2〜7 が最大 6 キーの HID Usage ID です。キーを「押した瞬間」だけ処理するには、前回レポートとの差分検出が必要です。s_prev_report という 8 バイトのバッファを持って、新たに出現した Usage ID だけをキーダウンとして扱うようにしました。

6 キーを超える同時押しが発生すると、HID Boot Keyboard は Byte 2〜7 を全部 0x01（ErrorRollOver、いわゆる「Phantom 状態」）で埋めて返してきます。通常の文字入力では 6 キー超えはほぼないので、Phantom のみのレポートはスキップする処理を入れて対処しました。

Phase 5: 修飾キー対応

Shift/Ctrl に対応するにあたって、keymap.c を if-else からテーブル方式に書き直しました。256 バイトの静的テーブルを 3 つ（normal/shift/ctrl）用意して、C99 の designated initializer で初期化しています。keymap_convert(usage_id, modifier) の中で Ctrl → Shift → Normal の優先度で変換します。Ctrl+Shift+A は Ctrl が優先されて ^A（0x01）になります。

実機検証で使ったキーボードが JIS 配列でした。KKBD-USB の keymap は US 配列基準なので、JIS キーボードを使うと刻印と送信内容がずれます。P の右の @ キーを押すと [ が送信されるし、Shift+2 で @ が出てきます。最初はびっくりしますが、US 配列として打てば OK です。JIS 配列の完全対応は別 Issue として積み残しています。

Phase 6: 行末コード・キーリピート・LED

キーリピートは「500ms 初回遅延 + 50ms 間隔」で実装しました。時刻判定を keyrepeat_decide(now_us, last_fire_us, initial_fired) という純粋関数に切り出したので、ホスト PC でそのままユニットテストが書けます。Enter のリピートは意図的に無効にしています。

LED は 5 状態（BOOT/WAIT_DEVICE/MOUNTED/TX/ERROR）の状態機械です。TX 状態（30ms 点灯）から戻るとき、WAIT_DEVICE の点滅位相を保存・復元してチカチカが乱れないようにしています。行末コード CR/LF/CRLF はジャンパー JP1/JP2 で切替、python3 -m serial.tools.miniterm -f hexlify で 16 進確認しました。

ハマりまとめ

VBUS と VSYS の違い: VBUS は USB 入力専用で、Pico 内部では D1（ショットキーダイオード）経由で VSYS につながっています。外部 5V を追加したい場合は VSYS（ピン 39）にショットキーダイオード経由で入れるのが正解です。最初「VBUS 直接給電」と書いてしまいレビューで修正されました。Raspberry Pi Pico 公式ドキュメントに書いてある話なので、ちゃんと読んでおくべきでした。

JIS キーボードの US 配列基準動作: P の右の @ を押したら [ が出た。最初はびっくりしますが仕様です。US 配列として打てば OK。

次にやりたいこと

Phase 7（異常系処理）：tuh_init 失敗時セーフモード、受信失敗リトライ、watchdog 導入
Phase 8（総合実機検証）：複数キーボード互換性、24 時間連続動作
JIS 配列対応（別 Issue）
SBC6800 / KZ80 への実接続テスト
最終目標はスタンドアロン構成：MC6800 ROM モニタの SBC6800 + K68-VDG（画面）+ KKBD-USB（キーボード）でスタンドアロン構成を組んで、PC なしで BASIC を動かせるところまで持っていきたいです

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