デカスギ電源ボタンのバックアップ(No.77)

概要 †

Arduino 互換の Digispark という小型ボードを利用して Windows PC の USB 端子に接続する大きな電源ボタンを作りました。接続すると「HID 準拠システムコントローラ」として認識されます。ボタンを長押しすると、キーボードの SLEEP ボタンを押した時の信号が出力されて、PC がスリープ状態になります。ボタンを短く押すと、PC がスリープ状態から復帰します。

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原理 †

Windows PC の動作を調べたところ、USB 接続のキーボードからスリープさせる方法と、スリープからのウェイクアップをさせる方法は全く異なっていました。

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Windows PC をスリープさせる †

Windows7,8,10 では [Power][Sleep][Wake] のキーがあるキーボード(日本語112キーボード) の [Sleep] キーを押すとスリープ状態になります(この挙動はコントロールパネルの[電源オプション][電源ボタンの動作を選択する] から変更できます)。

通常の USB キーボードを Windows PC に接続すると、デバイスマネージャ上に [キーボード]-[HIDキーボードデバイス] として表示されますが、[Sleep] キーが付いているキーボードの場合は、これに加えて [ヒューマンインタフェースデバイス]-[HID 準拠システムコントローラ] という項目が追加されます。Windows はこのデバイスから [Sleep] キーのキーコードを受け取るとスリープ状態になります。

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Windows PC をスリープ状態からウェイクアップさせる †

PC がスリープ状態になった後で、同じくキーボードの [Wake] キーを押すとウェイクアップします。ただしスリープ状態では OS 側からどのキーを押したかを判定できません。

そこで、キーボード側から USB の信号線の電圧レベルを一定のパターンで変化させることでウェイクアップさせるようになっているのですが、この手順がなかなか見つからずに苦労しました(仕様書では OS をスリープ状態からウェイクアップさせる話と、省電力状態に入っている USB デバイスをウェイクアップさせる話の両方が書いてあって混乱しました)。

最終的には PS2USB というプロジェクトの sendRemoteWakeUp() 関数内で同じことをやっているのを見つけて、これを真似して実現しました。

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参考にしたツール †

USBlyzer : USB デバイスのディスクリプタやキーを押したときに発生するイベントを調べるためのツールです。有料ですが1ヶ月間の評価版もダウンロードできます。

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作り方 †

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Digispark用ファームウェア †

ZIP ファイル中の "DigiUSB.hex" というファイルがコンパイル後のバイナリファイルです。これを Digispark に書き込みます。
- Digispark_pwrbtn.zip : デカスギ電源ボタン Digispark 用ファームウェア(ソース+コンパイル済みバイナリ)
書き込み方
- RaspberryPi, Linux, FreeBSD の場合: Digispark+gcc Lチカチュートリアル(RaspberryPi, Linux, FreeBSD 版) を参考に、書き込みツール micronucleus で書き込んで下さい。
- Windows の場合: DigiSpark に対応した Arduino の統合開発環境に含まれる micronucleus.exe を使えば、上と同じ手順で Windows PC からも書き込めます。

(参考) ファームウェアのソースコードは C言語で書いて avr-gcc でコンパイルしました。USB HID keyboard with V-USB をベースにしていますが、キーボードではなく HID 準拠システムコントローラとして認識させるために main.c 中のディスクリプタを全面変更しています。また OS をウェイクアップ可能な USB デバイスにするために、usbdrv.c 中のコンフィグレーションのアトリビュート(bmAttributes) を変更する必要がありました。

[usbdrv.c : ウェイクアップ可能デバイスにするための変更箇所]
#if USB_CFG_IS_SELF_POWERED
(1 << 5) | (1 << 7) | USBATTR_SELFPOWER, /* 変更後 */
 // (1 << 7) | USBATTR_SELFPOWER,        /* 変更前 */
#else
(1 << 5) | (1 << 7),                     /* 変更後 */
// (1 << 7),                             /* 変更前 */
#endif

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