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2003-2-13 更新

企画

キーボードのプロパティ遠い昔，いにしえのPC-9800シリーズが日本を席巻していた頃，jfkeyというプログラム（手前味噌^^;）がありました。これはキーボードの操作性を細かくカスタマイズするデバイスドライバで，その目玉機能としてキーのオートリピートを高速化することができました。時は過ぎ，PC/AT（互換機）の時代になりましたが，いろいろ面倒くさいPS/2キーボードの仕様に圧倒され（ちょっと誇張），BIOSを乗っ取って実装するだけの技量を欠いており，さらには，Windows時代の到来についていけず，VxDの学習もままならず，PC/AT版jfkeyを作ることはできませんでした。それでもやはり，キーリピート速度の高速化の野望は持ち続けていました。今となっては，DOS/Win95系/WinNT系/Linux/BSD/Solaris等々OSの選択肢も多岐にわたり，ソフトウェアで実現するには無理な状況になってしまいました。そこで，ワンチップマイコンを使ってハードウェアキーボードアクセラレータを作ることにしました。

言うまでもないかもしれませんが，オートリピートについて一応おさらいしておきます。キーを押しっぱなしにして少し待つと，その文字が連続して入力される仕組みです。IBM用語で「タイプマチック」とも呼ばれます。オートリピートの速度は，Windowsではコントロールパネルのキーボードのプロパティで設定できます。Linuxならkbdrateコマンドで設定できます。

リピート速度を決定する値にはディレイとレートがあります。ディレイは１文字目が入力されてから２文字目が入力されるまでの待ち時間で，単位はms（ミリ秒）です。250msから1000msの範囲で４段階で指定します。レートは２文字目以降が入力される速度で，単位はcps（毎秒n文字）です。2cpsから30cpsの範囲で32段階で指定します。PC-9800シリーズでは，ディレイは500msレートは25cpsに固定されており，設定を変更することはできません。

PC互換機のキーボードにおける最高速設定にしても250ms/30cpsしかありません。PC-9800の標準より速いとはいえ，私個人的には200ms/75cpsくらいが理想ですので，まだまだもの足りません。今回制作したQuckey!はPC本体とキーボードを仲介し，キーボードが生成したオートリピートを無視し，Quckey!が内部でリピート処理を行います。

設計

マイコンは日立H8/3664を使用することにします。秋月電子通商のキットAKI-3664ですが，これには２種類あって，試作機ではシュリンクDIP版，本番ではQFP版を使いました。どちらでも全く同じファームウェアで動作するようになっています。それにしてもQFP版，素晴らしいです。基板面積比にして，シュリンクDIP版の約３分の１しかありません。クロックもMAX232も実相済みでこのサイズですから，PICやAVRより使いやすいです。


概要	開発環境	試作機

余談ですが，上の写真のキーボードは，アルプス製ノンクリックメカニカルスイッチを採用した，お気に入りの106キーボードです。i486時代のDELLの製品に付属していたレガシィフェチ御用達のキーボードです。その感触はPC-9801DX/RX/DA/RAやPC-9801VX/VMのキーボードにこそ及びませんが，それでも現在の水準から比較すると，至高の打鍵感が得られる一品です。

さらに余談ですが，上の写真のPCは，秋葉原の露店(?)で購入したパナソニックの古いノート，PRONOTE CF-35です。このマシンは高速CPU Pentium133MHz（笑）を搭載し，PCカードスロットも２基，さらにUSBまで付いていて，マイコン工作の開発に必須のシリアルポートも付いている，ある意味理想的な実験用使い倒しマシンです。最新のPCはUSB化が進んでいて，特にノートではシリアルポートもPS/2コネクタもついてないこともあり，レガシィフェチとしては行く末に不安が募ります。

回路図

制作

H8/3664キットを組み立てます。と言っても，基板は完成品ですので，ピンヘッダをハンダ付けするだけです。親基板には裏返して装着しますので，ピンヘッダは部品面に取り付けます。

親基板の加工は少し面倒です。ケースにあわせて不要な部分をハンドニブラで切除します。キーボードコネクタの取り付け穴は電動ルータやダイヤモンドヤスリを使いました。


H8/3664キット	基板全貌	配線

ケースは前回の作品で使ってみて大変気に入った，タカチ電気工業製のSS-N90を今回も採用します。加工も前回とほとんど同じです。

ケーブルの基板用コネクタはシングルラインICソケットにハンダを流し込んで作った，お手軽コネクタです。

ケースの板厚が3mmもあるので，これにぴったり合うゴムブッシュが入手困難で，手持ちが１個しかなかったため，悩んだ末，２台目は自己融着テープを太巻きにしてゴムブッシュ代わりにしました。


ケースの加工	ケーブルの末端処理	ケーブルの結線	ケーブルの引き出し

ファームウェア

開発環境はLinuxを使用します。コンパイルと書き込みに使う開発用PCのほかに，書き込み中に電源を供給するため，PS/2コネクタを有したPCが必要です。１台しか無い場合は別途電源を用意する必要があります。

参考：LinuxでH8開発に関する情報

quckey.tar.gz (2003-02-13)

IBM 5576-002キーボードを接続したとき，普通の106キーボードとしてエミュレーションするようにしました。（解説はこちら）

旧バージョン

quckey/quckey.motというファイルがコンパイル済みファームウェアです。これをH8/3664に書き込んでください。改造する場合には再コンパイルのためにh8300-hms-gcc一式が必要となります。同梱のMakefileはDebian GNU/Linuxでコンパイルする場合しか考慮していませんので，それ以外では修正が必要だと思います。Debianなら binutils-h8300-hms と gcc-h8300-hms と，関連パッケージをインストールし，/usr/h8300-hitachi-hms/binにPATHを通しておけばコンパイルできると思います。

解説

初めて使うと，猛烈な違和感を感じると思いますが，１～２時間も使っているうちに，これ無くては生きていけない体質になってしまいます。とても中毒性が高いので，自宅用と会社用の２台を作らざるを得なくなります。それが嫌ならこんなものはに手を出すべきではありません。（笑）

とりあえず現バージョンのファームウェアでは，ディレイ200msレート77cps固定になっています。ファームウェアを再コンパイルして書き込まない限り，リピート速度を変更することはできません。コントロールパネル等で設定した値を（例えば）３倍するなどして，ホストPCから24cpsにするという要求を受け取ったとき72cpsで処理するといった方法も考えましたが，しばらく使ってみた結果，速度を可変にする必要を感じないという結論に達しました。

活線挿抜も何とか動いているようですが，たまに動かなくなることもあります。こればかりは本物のキーボードでも時々動かなくなることがあるので，仕方ないのかもしれません。

それにしてもPS/2インターフェース。どんな歴史的事情があったのか知りませんが，過剰にインテリジェント化されていて面倒臭すぎます。可変長スキャンコードのデコードやエンコード，制御コマンドのハンドリングなど。まぁ，適当に手を抜く実装はできるんですが，少しでも本物のキーボードの動きに近づけたいと思ったので，プログラムやテーブルが長めになってしまいました。クロック線とデータ線で半二重通信する方式も，賢いと言えば賢いのかもしれないけど，PC-9800やSunのように調歩同期式シリアル通信のほうが制御は簡単です。これではマザーボードやBIOSやキーボードの相性問題が発生しそうな予感がします。実際にキーボードやマウスの切り替え機で問題を抱えたものが結構あるようで，開発者の皆さん苦労しているのかもしれません。過去の遺物との互換性を保つのも大変です。