新的生活的老合成器。第2部分

键盘矩阵 H5>合成器键盘矩阵是非常相似的普通键盘矩阵，微控制器许多球迷可能已经连接到他们的Arduino。两个从一个设置在其上合成器（在最便宜的机型）每个键（在本体模式）交换机。使用两个相邻的开关，其中一个是通过按压一点点早于其他闭合时，微控制器可确定该条件的力，或者更确切地说，在该键随后向声音压下的速度被再现的音量。它看起来像这样：



在电路板的背面放置二极管防止“假”读书按键同时按下几个键。这里有一个片段概念键盘矩阵，这说明两个开关和二极管连接到他们：


扫描矩阵的微控制器系列拉动柱（示标记为N）的电源，并检查在线路电平（管脚标为B）。如果一行的水平将是高的，从而对应于当前有效组合“列线”键被按下。该图显示键盘的一部分 - 它只有76项（13行和6列×2，提供总共156个可能的变种扫描矩阵25和微控制器引脚使用）。扫描整个键盘进行了几十每秒次，不知道的是执行。

在我的合成器的微控制器负责扫描键盘原本是一个8位的一次性可编程微控制器日立HD63B05V0，主频为8 MHz并具有4 KB ROM和192字节的RAM内存。不幸的是，这个控制器事件与营养，在第一篇文章的开头所述后转身不起作用。不过，幸运的是，他几乎引脚尽我最大的控制器ATmega162的，我照做了，取而代之的是切割和焊接只有2轨道电路板上，其中一个兼容 - 结论RESET，竟然是完全错误的地方，像HD63B05V0。

由于这种包容性的控制器没让我拿内建UART（因为他也是在其他调查结果），则显示有关我用键盘输入的这个双面（只写）串行端口的实现。此外，微控制器已经坐满启动 TinySafeBoot ，还采用软件实现串口的今后可能的固件更新。由于为所有高层次软件合成的快速发展的语言，我选择Python的+ QT5，然后TinySafeBoot我也写为Python模块，使您可以读取和写入固件到微控制器AVR。本人AVR单片机连接于串行端口UART1板EmbedSky E8和由电压3.3V供电，以避免需要进行电平转换。

的固件AVR B> <前>＆LT的源代码;类=＆QUOT; CPP＆QUOT;＆GT;的#include＆LT; AVR / io.h＆GT; ＃包括LT＆; AVR / interrupt.h＆GT; ＃包括LT＆; UTIL / delay.h＆GT; ＃包括LT＆;＆string.h中GT;的#include＆QUOT; dbg_putchar.h＆QUOT; ＃定义MIDI_BASE 18＃定义ZERO_BASE 28＃定义KEYS_COUNT 76＃定义HIZ（端口，DIR）做{\（DIR）= 0; \（端口）= 0; \}在（0）的#define alow（端口，DIR）做{\（DIR）= 0xFF的; \（端口）= 0; \}在（0）uint8_t有键[KEYS_COUNT] / *获取一排状态，其指数*开始从1到13 * / uint8_t的的getRow（uint8_t有IDX）{如果（IDX＆LT; = 8）{回报（PINC及（1＆LT;＆LT;（8 - IDX） ））; }否则如果（IDX＆GT; = 9＆安培;＆安培; idx的＆LT; = 11）{返回（松树及（1＆LT;≤（11 - IDX）））; }否则如果（IDX == 12）{返回（PINA及（1＆LT;＆LT; PIN6））; }否则如果（IDX == 13）{返回（PINA及（1＆LT;＆LT; PIN4））; }返回0; }内嵌无效activateColumn1（uint8_t有IDX）{PORTD = 0×00 |（1＆LT;＆LT;（8 - IDX））; PORTB = 0×00; }空隙activateColumn2（uint8_t有IDX）{如果（IDX＆LT; = 3）{PORTB = 0×00 |（1＆LT;≤（IDX + 4））; PORTD = 0×00; }否则，如果（IDX == 4）{PORTB = 0×00 |（1＆LT;＆LT; PIN4）; PORTD = 0×00; }否则如果（IDX == 5 || IDX == 6）{PORTD = 0×00 |（1＆LT;≤（IDX - 5））; PORTB = 0×00; }}内嵌无效deactivateColumns（无效）{PORTD = 0×00; PORTB = 0×00; }内嵌无效initPorts（无效）{HIZ（PORTA，DDRA）; HIZ（PORTC，DDRC）; HIZ（PORTE，DDRE）; PORTB = 0×00; DDRB = 0xFE的; DDRD = 0xFF的; }虚空resetRows（无效）{/ *输出低电平* / alow（PORTC，DDRC）; alow（PORTE，DDRE）; / *请勿触摸PA7和放大器; PA5 * / DDRA | = 0x5F的; PORTA和放大器; =〜0x5F的; _delay_us（10）; / *返回浮动输入* / HIZ（PORTC，DDRC）; HIZ（PORTE，DDRE）; DDRA与放大器; =〜0x5F的; } / *基MIDI音符编号为25：C＃0 * / INT主要（无效）{uint8_t的行，列，层; uint8_t有笔记，抵消; initPorts（）; memset的（键，0，的sizeof（键））; dbg_tx_init（）; dbg_putchar（'O'）; dbg_putchar（“K”）;而（1）{对于（层= 0;＆层2;一层++）{对于（COL = 1; COL＆LT = 6;山口++）{如果（层！）activateColumn1（COL）;否则activateColumn2（COL）;对于（行= 1;行＆LT; = 13;排++）{注= 6 *行+山坳+ MIDI_BASE;偏移量=注 - ZERO_BASE; （！层），如果（的getRow（行））{如果{/ *增加速度计数器* /如果（键[失调] LT; 254＆安培;＆安培;！（键[失调]放; 0x80的））键[失调] + +; }其他{如果（！（键[失调]放; 0x80的））{/ *生成音通事件* / dbg_putchar（0x90处）; dbg_putchar（注）; / * Dbg_putchar（键[失调]）; * / dbg_putchar（0x7F的）; / *停止计数* /键[失调] | = 0x80的; }}}其他{如果（层）继续;如果（键[失调]放; 0x80的）{/ *产生音符关事件* / dbg_putchar（0x90处）; dbg_putchar（注）; dbg_putchar（0×00）; / *复位键状态* /键[抵销] = 0×00; }}} DeactivateColumns（）; resetRows（）; }}}返回0; }＆中尉; /码＆GT; PRE>
在Python模块TinySafeBoot B> <前>＆LT;代码级=＆QUOT;蟒蛇＆QUOT;＆GT;进口系列进口binascii进口结构进口intelhex进口SYS类TSB（对象）：'！'CONFIRM = REQUEST ='？“高清__init __（个体经营，端口）：self.port = serial.Serial（端口，波特率= 9600，超时= 1）self.flashsz = 0闪避检查（个体经营）：如果不是self.flashsz：提高异常（＆QUOT;未激活＆QUOT ;）高清激活（个体经营）：self.port.write（＆QUOT; @＆QUOT;）（self.tsb，self.version，self.status，self.sign，self.pagesz，self.flashsz，self.eepsz ）= \ struct.unpack（QUOT;＆LT; 3sHB3sBHH＆QUOT;，self.port.read（14））self.port.read（2）self.pagesz * = 2 self.flashsz * = 2 self.eepsz + = 1断言（self.port.read（）== self.CONFIRM）高清rflash（自我，进步=无，大小= 0）：self.check（）self.port.write（＆QUOT; F＆QUOT;）self.addr = 0的自.flash =＆QUOT;＆QUOT;大小= self.flashsz如果没有其他的大小尺寸，同时self.addr＆LT;大小：如果进展不无！进度（QUOT;读＆QUOT;，self.addr，大小）self.port.write（self.CONFIRM）页= self.port.read（self.pagesz）如果len（页）= self.pagesz：引发异常（＆QUOT;接收页面太短：％D＆QUOT;％LEN（页））self.addr + = LEN（页）self.flash + =页面返回self.flash.rstrip（'\ XFF“）高清wflash（个体经营，数据，进度=无）：如果len（数据）％self.pagesz = 0：数据=数据+＆QUOT; \ XFF＆QUOT; *（Self.pagesz - （LEN（数据）％self.pagesz））断言（LEN（数据）％self.pagesz == 0）self.check（）self.port.write（＆QUOT; F＆QUOT;）self.addr = 0，断言（self.port.read（）== self.REQUEST）而self.addr＆LT; LEN（数据）：若进展不无：前进（＆QUOT;写＆QUOT;，self.addr，LEN（数据））self.port.write（self.CONFIRM）self.port.write（数据[self.addr：自我.addr + self.pagesz]）self.addr + = self.pagesz断言（self.port.read（）== self.REQUEST）self.port.write（self.REQUEST）返回self.port.read（）= = self.CONFIRM高清的vFlash（个体经营，数据，进度=无）：FW = self.rflash（进度，LEN（数据））返回FW ==数据DEF信息（个体经营）：打印＆QUOT;微小的安全引导程序：％S＆QUOT; ％Self.tsb打印＆QUOT;页面大​​小：％D＆QUOT; ％Self.pagesz打印＆QUOT;闪存大小：％D＆QUOT; ％Self.flashsz打印＆QUOT; EEPROM大小：％D＆QUOT; ％Self.eepsz如果__name__ ==＆QUOT; __ __主要与QUOT;：进口argparse高清进步（OP，地址，总数）：sys.stdout.write函数（＆QUOT; \ r％s地址：$ 0.4倍％/ $％＆0.4倍QUOT;％ （OP，地址，总））sys.stdout.flush（）语法分析器= argparse.ArgumentParser（）parser.add_argument（＆QUOT;文件名＆QUOT;，帮助=＆QUOT;而在Intel HEX格式＆QUOT固件文件;）parser.add_argument（＆QUOT; - -device＆QUOT;，帮助=＆QUOT;串口用于编程和QUOT;，默认=＆QUOT;为/ dev / ttyUSB0＆QUOT;）的args = parser.parse_args（）TSB = TSB（args.device）tsb.activate（）tsb.info（ ）FW = intelhex.IntelHex（args.filename）断言（tsb.wflash（fw.tobinstr（），进度））断言（tsb.vflash（fw.tobinstr（），进度））的打印和QUOT; \ NOK \ñ＆QUOT;和中尉; /码＆GT; PRE>
作为一个程序员的AVR我第一次使用基于MSP430的Launchpad 中的程序员，其中我可以在几件，然后这种自制的奇迹（正常工作，顺便说一句），让位给来自中国的程序员TL866CS MiniPro。新编程的感觉是非常积极的。

很详细的关于设备的键盘合成器，以及如何进行扫描，包括通过AVR单片机的接口为外部存储器芯片扫描一个非常原始的方式告诉在线<一href="http://www.openmusiclabs.com/learning/digital/input-matrix-scanning/xmem/">OpenMusicLabs

烹饪内核的实时抢占 H5>支持天色获得更多的控制权，调度和播放音频时减少延迟（潜伏期），部分为了好玩，我决定用一个内核的的патчемPREEPMT RT 时，主要功能，它的是，中断也变得“过程”，可推出通过基于优先级的调度器中的一个。原来的核心，由三星S5PV210处理器提供，在此基础上，系统构建，基于内核版本3.0.8，显然是从Android系统。无补丁RT_PREEMPT，可在项目网站，专为内核版本（3.0.8）的，不想没​​有冲突的根源上进行叠加，但最终，解决手工管理到应用补丁版本3.0.8-RT23所有冲突。

由于这样的事实，在修改，使得核也被修改的基本结构如螺旋锁和互斥，它不再与编译对象的形式提供的链接文件专有驱动一些外围设备：摄像机，电容式触摸屏控制器，以及，最糟糕的是音频编解​​码器。回到那里去以后，但现在禁用它们，并尝试以新鲜收获的内核实时运行的第一次董事会，并收到即时...内核崩溃。他来到即使启动调试器的kgdb前（其中，因为它横空出世，仍然是行不通的，即使开始），所以它不得不将调试的printf-S文件中的

 <代码>的init / main.c中代码> 预>，功能<预类=“prettyprint”> <代码>的start_kernel 代码>  PRE>，以确定这里的一切分崩离析的地方。因此，很显然，过去的事情了内核管理做的是调用函数<预类=“prettyprint”> <代码> hrtimers_init（）代码>  PRE>，初始化高分辨率定时器和中断。此代码依赖于平台，并在我们的例子是在<预类=“prettyprint”> <代码>弓/ ARM /开发平台 -  S5P /小时时，rtc.c 代码>  PRE>。正如我刚才所说，用一个补丁PREEMPT RT内核的主要特点之一是，中断流量。这是可能的，在通常的内核，但PREEMPT RT默认内核试图使这些几乎全部中断。代码的进一步分析表明，这些流被使用的任务kthreadd_task，这是在功能的

 <代码>的结束初始化的start_kernel 代码>  PRE>  - 远远晚于初始化定时器。的减少，是因为还到一个事实，即一个定时器中断已试图使芯流，同时仍kthreadd_task NULL。我们解决这个问题通过设置单独的中断，你不应该做的流媒体，在任何情况下，它被添加到定时器中断标志在<预类=“prettyprint”> <代码> HR-时间rtc.c标志IRQF_NO_THREAD 代码> 预>。耶！内核启动，但是这仅仅是个开始...... 



正如我上面提到的，副作用之一是负责音频输入/输出模块，再与新的内核相连。这部分是因为内核的支持PREEMPT RT（版本3.0.8），只读存储器管理SLAB，并初步模块是与包容的机制竹节，这是不支持的新内核编译。不过，我很幸运地工作在卡巴斯基实验室，和我说服我的同事反编译驱动程序文件，并使用六角射线反编译为ARM编解码器，然后设法几乎完全重新创建的源代码。几乎 - 因为作为“新”的音频接口驱动的结果开始然而，应当确定，由于低级初始化过程中一些差异寄存器芯片WM8960播放声音用的工件。有一段时间，我试图调整你的驱动程序，但后来选择了一个更简单的方法 - 我给技术支持的中国企业EmbedSky技术，在那里买一个小型的电脑，与PREEMPT_RT补丁，并要求他们编译为我和发送音频驱动程序文件。这些家伙反应迅速，并寄给我的声音终于获得预期的文件。



顺便说一句，当我正忙着与他的反编译司机，我发现，调试器的kgdb不与我的工作，也不能与原来的内核。事实证明，对于需要他的工作，以支持同步（查询）查询串行端口，这是没有的串口设备驱动程序的三星（<预类=“prettyprint”> <代码>驱动器/ TTY /串口/ samsung.c 代码> 预>）。我添加所需的驱动程序支持的基础上， 这个补丁，然后获得一个调试器。



进一步挖掘。新的内核的另一个副作用是极其低，具有大的“滞后”时，所有四个串行端口患的SoC S5PV210，其结果是不是该终端的正常操作，通过一个串行端口，和不工作，因为它应该重写控制器的AVR的速度，询问键盘合成器。我想明白其中的道理，但我注意到的是，在终端的每个字符导致了数百万串口中断的产生 - 内核似乎并没有放慢来处理它们。最后，我的事实，由上述标志IRQF_NO_THREAD做所有中断串口非流解决了这个问题。这一决定并没有变成很漂亮，因为除了司机，三星不得不做出更改文件<预类=“prettyprint”> <代码> serial_core.c 代码>  PRE>和<预类=“prettyprint”> <代码> serial_core.h 代码>  PRE>，一般影响所有串行端口。因为与PREEMPT RT内核不能使用谁NO_THREAD spin_lock_t驱动程序，并且应使用raw_spinlock_t。



在原核，其中，因为我上面所说的，支持的512 MB的RAM的各种外围设备，例如摄像机，硬件编解码器，HDMI等的，是可利用的仅约390 MB，而其余的是保留给上述装置始终（即使在配置内核，他们已被禁用的过程）。非常浪费，特别是考虑到额外的120 MB RAM合成甚至没有防止样品的存储。记忆被保留在文件中的

 <代码>弓/ ARM /马赫S5PV210 /马赫tq210.c 代码>  PRE>，这是收集有关设备的配置和特定机器的所有信息的要点（在我们的例子 - 卡）。谈到内存的选择 - 函数调用<预类=“prettyprint”> <代码> s5p_reserve_bootmem 代码>  PRE>，我们得到120 MB的额外内存为合成
。


最后的更改，以在内核中，最小尺寸为音频缓冲器，这是等于原始一页存储器，以44100赫的采样率，2通道16比特，得到大约20毫秒 - 太多。此值已经在文件中被修改<预类=“prettyprint”> <代码>声音/ SOC /三星/ dma.c 代码> 预> 128字节，则最小缓冲区大小减少到几毫秒不影响稳定和性能。



内核源PREEMPT RT，并在GitHub上 
所有修改

你如何与AVR LinuxSampler通讯 H5> AVR连接到微型计算机的串口，并在UART MIDI就绪消息软件吐奶。为了保存自己不必编写驱动程序，因此决定作为传输的所有音频和MIDI数据服务器JACK使用。小prilozhenitse对C连接到串行端口，将自己注册为JACK MIDI-OUT，并开始路线有所有接收到的MIDI-职位，JACK已经提供他们LinuxSampler。廉价和开朗。

作为串行端口和杰克之间的桥梁的源代码的应用程序 B> <前>＆LT;代码级=＆QUOT; CPP＆QUOT;＆GT;的#include＆LT; stdio.h中＆GT; ＃包括LT＆;＆stdlib.h中GT; ＃包括LT＆; SYS / types.h中＆GT; ＃包括LT＆; SYS / time.h中＆GT; ＃包括LT＆;＆unistd.h中GT; ＃包括LT＆;＆ASSERT.H GT; ＃包括LT＆;＆string.h中GT; ＃包括LT＆; sysexits.h＆GT; ＃包括LT＆;＆errno.h中GT; ＃包括LT＆;＆signal.h中GT; ＃包括LT＆; fcntl.h＆GT; ＃包括LT＆; termios.h＆GT; ＃包括LT＆;插孔/ jack.h＆GT; ＃包括LT＆;插孔/ midiport.h＆GT; ＃定义UART_SPEED B9600 jack_port_t * output_port; jack_client_t * jack_client = NULL; INT input_fd;无效init_serial（INT FD）{结构termios的termios的;中期业绩; RES = tcgetattr（FD，与放，termios的）;如果（RES＆LT; 0）{fprintf中（错误，＆QUOT; termios的得到错误：％s \ñ＆QUOT;，字符串错误（错误））;退出（EXIT_FAILURE）; } Cfsetispeed（安培; termios的，UART_SPEED）; cfsetospeed来（安培; termios的，UART_SPEED）; termios.c_iflag和放大器; =〜（IGNPAR | IXON | IXOFF）; termios.c_iflag | = IGNPAR; termios.c_cflag和放大器; =〜（CSIZE | PARENB | CSTOPB | CREAD | CLOCAL）; termios.c_cflag | = CS8; termios.c_cflag | = CREAD; termios.c_cflag | = CLOCAL; termios.c_lflag和放大器; =〜（ICANON | ECHO）; termios.c_cc [VMIN] = 3; termios.c_cc [VTIME] = 0; RES = tcsetattr（FD，TCSANOW，与放，termios的）;如果（RES＆LT; 0）{fprintf中（错误，＆QUOT; termios的设置错误：％s \ñ＆QUOT;，字符串错误（错误））;退出（EXIT_FAILURE）; }}双GET_TIME（无效）{双秒; INT RET; timeval结构电视; RET =函数gettimeofday（安培;电视，NULL）;如果（RET）{PERROR（＆QUOT; gettimeofday的＆QUOT;）;退出（EX_OSERR）; }秒= tv.tv_sec + tv.tv_usec / 1000000.0;返回秒; }双get_delta_time（无效）{静态双重以前= -1.0;现在翻一番;双三角翼;现在= GET_TIME（）;如果（以前== -1.0）{以前=现在;返回0; }三角洲=现在 - 以前;此前=现在;断言（增量＆GT = 0.0）;返回三角洲; }静态双nframes_to_ms（jack_nframes_t将为nframes）{jack_nframes_t SR; SR = jack_get_sample_rate（jack_client）;断言（SR大于0）;返回（将为nframes * 1000.0）/（双）SR; }静态双nframes_to_seconds（jack_nframes_t将为nframes）{返回nframes_to_ms（将为nframes）/ 1000.0; }静态jack_nframes_t ms_to_nframes（双毫秒）{jack_nframes_t SR; SR = jack_get_sample_rate（jack_client）;断言（SR大于0）;返回（（双）SR *毫秒）/ 1000.0; }静态jack_nframes_t seconds_to_nframes（双秒）{返回ms_to_nframes（秒* 1000.0）; }静态无效process_midi_output（jack_nframes_t将为nframes）{INT吨，水库;无效* port_buffer;炭midi_buffer [3]; jack_nframes_t last_frame_time; port_buffer = jack_port_get_buffer（output_port，将为nframes）;如果（port_buffer == NULL）{printf的（＆QUOT; jack_port_get_buffer失败，无法发送任何\ñ＆QUOT;）;返回; } Jack_midi_clear_buffer（port_buffer）; last_frame_time = jack_last_frame_time（jack_client）; T = seconds_to_nframes（get_delta_time（））; RES =读取（input_fd，midi_buffer，的sizeof（midi_buffer））;