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.Net 8与硬件设备能碰撞出怎么样的火花(使用ImageSharp和Protobuf协议通过

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前言

本人最近在社区里说想做稚晖君的那个瀚文键盘来着,结果遇到两个老哥一个老哥送了我电路板,一个送了我焊接好元件的电路板,既然大家这么舍得,那我也就真的投入制作了这把客制化键盘,当然我为了省钱也是特意把外壳模型重新切割,用3D打印机打印了整个外壳,不得不说省了八九百的CNC费用。键盘介绍我就不说了,键盘主要特色是左边的拓展模块,有墨水屏和手感超好的旋钮,当然也支持自定义开发,能开发也是我写这篇文章的原因,毕竟是为了开发功能,效果图如下,大家可以关注我的b站账号绿荫阿广,来学习交流一些有趣的东西。

技术选型

在我查阅了一些社区键盘资料发现社区固件有几个版本,稚晖君原版的固件太老了不好用,送我键盘的老哥的版本我觉得挺方便而且用户量应该也很多,于是我就基于这个版本的固件进行dotnet版本的sdk开发了,目前有其他版本的sdk,有python版本的,vue版本的,我是可以拿来直接参考的。
1. 框架选择

作为一名.Net开发,我肯定是想用.net进行开发的,理由是这个键盘用在PC上,用.Net实现SDK对接WPF,MAUI和WinUI可以做很多的任务型的功能。选择采用最新版本的.Net8,然后在SDK测试编写完成之后,对接到我之前的WinUI桌面程序里,大家肯定会问,为什么不选择MAUI,我想说当然因为我暂时不想花时间重新写,不过SDK是支持跨平台的,这点问题不大。
2. 设备通讯协议

键盘采用的固件是开源的ZMK这个代码编写的,设备在电脑识别为hid设备,通讯格式使用的Protobuf协议,所以针对.Net也需要使用这个Protobuf进行数据的打包,这个地方花了我一些时间,主要是有些地方不太懂,坑主要是数据转成字节数组的时候的一些问题,这个在后面的代码讲解里有用到。
3. 库选择

本来以为.Net可以用的hid库有很多,在本人测试了一圈以后发现不错的也就这个HidApi.Net还可以,其他的什么Device.Net,HidLibrary都不是很满意,在我测试以后选择了HidApi.Net和设备通讯,Google.Protobuf和Grpc.Tools加工通讯数据,SixLabors.ImageSharp进行图片数据的转换。

  • HidApi.Net
  • Google.Protobuf
  • Grpc.Tools
  • SixLabors.ImageSharp
    最终效果如下图:

代码讲解

项目代码我这次提交到了电子脑壳的仓库里,因为我要将功能集成到电子脑壳里,所以放在了这个仓库,目前所在分支为helloworld-keyboard,后期应该会合并到主分支。
仓库地址:https://github.com/maker-community/ElectronBot.DotNet

通讯协议实现

通讯的核心部分是Hw75DynamicDevice的Call方法,包含了将protobuf生成的c#对象转成byte[]并拆分成数据包发送到设备。
  1. private MessageD2H Call(MessageH2D h2d)
  2. {
  3.      if (_device == null)
  4.      {
  5.          throw new Exception("设备为空");
  6.      }
  7.      var bytes = h2d.EnCodeProtoMessage();
  8.      for (int i = 0; i < bytes.Length; i += PayloadSize)
  9.      {
  10.          var buf = new byte[PayloadSize];
  11.          if (i + PayloadSize > bytes.Length)
  12.          {
  13.              buf = bytes[i..];
  14.          }
  15.          else
  16.          {
  17.              buf = bytes[i..(i + PayloadSize)];
  18.          }
  19.          var list = new byte[2] { 1, (byte)buf.Length };
  20.          var result = list.Concat(buf).ToArray();
  21.          _device.Write(result);
  22.      }
  23.      Task.Delay(20);
  24.      var byteList = new List<byte>();
  25.      while (true)
  26.      {
  27.          var read = _device.Read(RePortCount + 1);
  28.          int cnt = read[1];
  29.          byteList.AddRange(read[3..(cnt + 2)]);
  30.          if (cnt < PayloadSize)
  31.          {
  32.              break;
  33.          }
  34.      }
  35.      return MessageD2H.Parser.ParseFrom(byteList.ToArray());
  36. }
复制代码

  • 数据打包有个重点问题,就是在图片数据进行拼接的时候有个byte[]长度需要采用protobuf编码之后再组装到数据byte[]的前面这个转成byte[]需要注意,代码如下:
  1.     public static byte[] EnCodeProtoMessage(this MessageH2D messageH2D)
  2.     {
  3.         var msgBytes = messageH2D.ToByteArray();
  4.         using (MemoryStream ms = new MemoryStream())
  5.         {
  6.             CodedOutputStream output = new CodedOutputStream(ms);
  7.             output.WriteInt32(msgBytes.Length);
  8.             output.Flush();
  9.             byte[] byteList = ms.ToArray();
  10.             var result = byteList.Concat(msgBytes).ToArray();
  11.             return result;
  12.         }
  13.     }
复制代码


  • 重点部分是hid设备要每次发送64字节,第一字节是数字1,这个是固定的,第二字节是数据长度,后面的是数据内容。

数据传输测试

在sdk编写测试完成之后,就可以进行sdk的使用了,我使用控制台项目进行测试,包含图片的合成和文字的绘制,以及将绘制好的图片转成设备能够使用的byte数据。
<ul>我先使用ImageSharp加载图片,再加载字体文件将文字和图片绘制到图片上,这个为后面制作动态数据做铺垫,代码如下:
  1. using SixLabors.Fonts;
  2. using SixLabors.ImageSharp;
  3. using SixLabors.ImageSharp.Drawing.Processing;
  4. using SixLabors.ImageSharp.PixelFormats;
  5. using SixLabors.ImageSharp.Processing;
  6. using System.Diagnostics;
  7. using System.Numerics;
  8. byte[] byteArray = new byte[128 * 296 / 8];
  9. var list = new List<byte>();
  10. var collection = new FontCollection();
  11. var family = collection.Add("./SmileySans-Oblique.ttf");
  12. var font = family.CreateFont(18, FontStyle.Bold);
  13. using (var image = Image.Load<Rgba32>("face.jpg"))
  14. {
  15.     using var overlay = Image.Load<Rgba32>("bzhan.png");
  16.    
  17.     overlay.Mutate(x =>
  18.     {
  19.         x.Resize(new Size(50,50));
  20.     });
  21.     // Convert the image to grayscale
  22.     image.Mutate(x =>
  23.     {
  24.         
  25.         x.DrawImage(overlay,  new Point(0, 64), opacity: 1);
  26.         x.DrawText("粉丝数:", font, Color.Black, new Vector2(20, 220));
  27.         x.DrawText("999999", font, Color.Black, new Vector2(20, 260));
  28.         x.Grayscale();
  29.     });
  30.    
  31.     image.Save("test.jpg");
  32.     byteArray = image.EnCodeImageToBytes();
  33. }
复制代码
然后将ImageSharp合成的图片转成01矩阵再组装成byte[]这个不知道大家有没有什么好的办法,有的话可以推荐给我,我的逻辑写在了EnCodeImageToBytes这个拓展方法里。
  1. public static byte[] EnCodeImageToBytes(this Image<Rgba32> image)
  2. {
  3.     // Create a 01 matrix
  4.     int[,] matrix = new int[image.Height, image.Width];
  5.     for (int y = 0; y < image.Height; y++)
  6.     {
  7.         for (int x = 0; x < image.Width; x++)
  8.         {
  9.             matrix[y, x] = image[x, y].R > 128 ? 1 : 0;
  10.         }
  11.     }
  12.     // Convert the matrix to a byte array
  13.     byte[] byteArray = new byte[image.Height * image.Width / 8];
  14.     for (int y = 0; y < image.Height; y++)
  15.     {
  16.         for (int x = 0; x < image.Width; x += 8)
  17.         {
  18.             for (int k = 0; k < 8; k++)
  19.             {
  20.                 byteArray[y * image.Width / 8 + x / 8] |= (byte)(matrix[y, x + k] << (7 - k));
  21.             }
  22.         }
  23.     }
  24.     return byteArray;
  25. }
复制代码
个人心得体会

这次功能的编写让我最有感悟的地方就是自己对Github Copilot的依赖更多了,我基本上很多的知识都是询问它,因为从网上搜索还要自己过滤那些数据,比较耽误时间。
还有个点就是这个HidApi.Net的库是最近刚有人写的,社区还是有新鲜的血液的,支持.net6,7,8很新,也算是个惊喜呢,希望社区的轮子越来越多呢!!!!
其他角度的照片展示:



参考推荐文档项目如下:


来源:https://www.cnblogs.com/GreenShade/archive/2023/12/18/17911066.html
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