Dự án bàn phím mã nguồn mở Clavier đã khơi mào một cuộc thảo luận thú vị trong cộng đồng công nghệ về những ưu điểm của việc sử dụng phần cứng cao cấp cho các tác vụ hàng ngày. Chiếc bàn phím độc đáo này sử dụng chip FPGA (Field-Programmable Gate Array) thay vì vi điều khiển truyền thống, đặt ra câu hỏi liệu độ phức tạp kỹ thuật như vậy có mang lại những lợi ích có ý nghĩa hay không.
Thông số kỹ thuật bàn phím Clavier
- Phím: 105 phím bố cục ISO + 1 phím "coffee" bổ sung
- Tương thích switch: Switch Cherry MX gắn PCB
- Tần số polling: 1000Hz
- Key rollover: N-key rollover (không bị ghosting)
- USB hub: 2 cổng USB 2.0
- Giao diện truyền thông: JTAG, SPI, IPC, 2x UART, 8x GPIO
- FPGA: Lattice LFE5U-25F (~$20 USD từ Digikey, ~$5 USD từ LCSC)
- PCB: Thiết kế 4 lớp với linh kiện 0402 và đóng gói BGA
 |
|---|
| Trang GitHub của dự án bàn phím Clavier , minh họa thiết kế mã nguồn mở và nền tảng kỹ thuật của nó |
Tuyên Bố Về Hiệu Suất So Với Thực Tế
Clavier hứa hẹn những thông số kỹ thuật ấn tượng: tốc độ polling 1000Hz, không có hiện tượng key ghosting, và kết nối pin trực tiếp cho từng phím trong tổng số 106 phím. Tuy nhiên, các thành viên cộng đồng đang đặt câu hỏi liệu những cải tiến này có quan trọng trong thực tế hay không. Tốc độ polling 1000Hz của bàn phím này tương đương với những gì mà nhiều bàn phím gaming tiêu chuẩn đã cung cấp, và một số nhà sản xuất hiện tại đã cung cấp tốc độ polling 8000Hz bằng cách sử dụng vi điều khiển thông thường.
Những lợi ích về độ trễ, mặc dù về mặt lý thuyết có tồn tại, nhưng dường như là tối thiểu trong các tình huống thực tế. Sự khác biệt giữa thiết kế dựa trên FPGA và bàn phím dựa trên vi điều khiển có thể chỉ là 0.005 mili giây - thấp hơn nhiều so với ngưỡng cảm nhận của con người.
FPGA: Một chip có thể lập trình được cấu hình để thực hiện các chức năng phần cứng cụ thể, khác với vi điều khiển chạy các chương trình phần mềm.
Mối Quan Ngại Về An Toàn Với Các Header Hở
Một điểm thảo luận bất ngờ xuất hiện xung quanh các giao diện truyền thông đa dạng của bàn phím. Board mạch có các kết nối JTAG, SPI, UART, và các pin GPIO - hữu ích cho những người đam mê điện tử nhưng có thể nguy hiểm. Một số thành viên cộng đồng đã chia sẻ kinh nghiệm về những chấn thương tình cờ từ các pin header hở, đặc biệt khi làm việc xung quanh phần cứng máy tính.
Sau một vài tai nạn ngớ ngẩn liên quan đến các pin header, tôi đã đi đến kết luận rằng các pin header đực hở trên bàn làm việc của tôi là một mối nguy hiểm.
Cuộc trò chuyện mở rộng vượt ra ngoài vấn đề an toàn vật lý đến những lo ngại về việc vô tình làm hỏng chip FPGA thông qua các kết nối không đúng cách.
Sự Đánh Đổi Giữa Chi Phí Và Độ Phức Tạp
Dự án sử dụng FPGA Lattice LFE5U-25F, có giá khoảng 20 đô la Mỹ từ các nhà phân phối lớn hoặc 5 đô la Mỹ từ các nhà cung cấp Trung Quốc. Mặc dù không quá đắt, chip này yêu cầu PCB 4 lớp phức tạp với các linh kiện kích thước 0402 và đóng gói BGA, khiến việc lắp ráp thủ công trở nên thách thức đối với hầu hết những người đam mê.
Các thành viên cộng đồng lưu ý rằng việc đạt được chức năng tương tự với vi điều khiển tiêu chuẩn sẽ đơn giản và rẻ hơn đáng kể, đặt câu hỏi liệu phương pháp FPGA có cung cấp đủ lợi thế để biện minh cho độ phức tạp gia tăng hay không.
Công cụ thiết kế cần thiết (Tất cả đều mã nguồn mở)
- Thiết kế PCB: KiCad
- Thiết kế vỏ máy: FreeCAD hoặc OpenSCAD
- Phát triển FPGA: OSS CAD Suite ( GHDL , Yosys , nextpnr-ecp5 , ecppack , openFPGALoader )
- Hệ thống build: GNU Make
Triết Lý Công Cụ Thiết Kế
Cam kết của dự án với các công cụ mã nguồn mở trong toàn bộ quá trình thiết kế đã nhận được sự đánh giá cao. Việc sử dụng KiCad cho thiết kế PCB, FreeCAD hoặc OpenSCAD cho vỏ máy, và OSS CAD Suite cho phát triển FPGA chứng minh rằng phần cứng chất lượng chuyên nghiệp có thể được tạo ra mà không cần phần mềm độc quyền đắt tiền.
Tuy nhiên, các cuộc thảo luận tiết lộ ý kiến trái chiều về OpenSCAD so với FreeCAD cho thiết kế cơ khí, với nhiều người ưa thích FreeCAD cho các dự án phức tạp.
Clavier đại diện cho một thí nghiệm thú vị trong việc áp dụng phần cứng hiệu suất cao cho các thiết bị ngoại vi máy tính hàng ngày. Mặc dù những lợi ích thực tế có thể đáng nghi ngờ, dự án này phục vụ như một nền tảng học tập xuất sắc cho phát triển FPGA và chứng minh những khả năng khi các ràng buộc kỹ thuật được loại bỏ để ưu tiên cho việc khám phá kỹ thuật.
Tham khảo: Clavier