.Net 8與硬體設備能碰撞出怎麼樣的火花（使用ImageSharp和Protobuf協議通過HidApi與設備通訊）

来源:https://www.cnblogs.com/GreenShade/archive/2023/12/18/17911066.html
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前言 本人最近在社區里說想做稚暉君的那個瀚文鍵盤來著，結果遇到兩個老哥一個老哥送了我電路板，一個送了我焊接好元件的電路板，既然大家這麼捨得，那我也就真的投入製作了這把客制化鍵盤，當然我為了省錢也是特意把外殼模型重新切割，用3D印表機列印了整個外殼，不得不說省了八九百的CNC費用。鍵盤介紹我就不說了， ...


前言

本人最近在社區里說想做稚暉君的那個瀚文鍵盤來著，結果遇到兩個老哥一個老哥送了我電路板，一個送了我焊接好元件的電路板，既然大家這麼捨得，那我也就真的投入製作了這把客制化鍵盤，當然我為了省錢也是特意把外殼模型重新切割，用3D印表機列印了整個外殼，不得不說省了八九百的CNC費用。鍵盤介紹我就不說了，鍵盤主要特色是左邊的拓展模塊，有墨水屏和手感超好的旋鈕，當然也支持自定義開發，能開發也是我寫這篇文章的原因，畢竟是為了開發功能，效果圖如下,大家可以關註我的b站賬號綠蔭阿廣，來學習交流一些有趣的東西。

正面

技術選型

在我查閱了一些社區鍵盤資料發現社區固件有幾個版本，稚暉君原版的固件太老了不好用，送我鍵盤的老哥的版本我覺得挺方便而且用戶量應該也很多，於是我就基於這個版本的固件進行dotnet版本的sdk開發了，目前有其他版本的sdk，有python版本的，vue版本的，我是可以拿來直接參考的。

1. 框架選擇

作為一名.Net開發，我肯定是想用.net進行開發的，理由是這個鍵盤用在PC上，用.Net實現SDK對接WPF，MAUI和WinUI可以做很多的任務型的功能。選擇採用最新版本的.Net8，然後在SDK測試編寫完成之後，對接到我之前的WinUI桌面程式里，大家肯定會問，為什麼不選擇MAUI，我想說當然因為我暫時不想花時間重新寫，不過SDK是支持跨平臺的，這點問題不大。

2. 設備通訊協議

鍵盤採用的固件是開源的ZMK這個代碼編寫的，設備在電腦識別為hid設備，通訊格式使用的Protobuf協議，所以針對.Net也需要使用這個Protobuf進行數據的打包，這個地方花了我一些時間，主要是有些地方不太懂，坑主要是數據轉成位元組數組的時候的一些問題，這個在後面的代碼講解里有用到。

3. 庫選擇

本來以為.Net可以用的hid庫有很多，在本人測試了一圈以後發現不錯的也就這個HidApi.Net還可以，其他的什麼Device.Net，HidLibrary都不是很滿意，在我測試以後選擇了HidApi.Net和設備通訊，Google.Protobuf和Grpc.Tools加工通訊數據，SixLabors.ImageSharp進行圖片數據的轉換。

  • HidApi.Net
  • Google.Protobuf
  • Grpc.Tools
  • SixLabors.ImageSharp
    最終效果如下圖：
    效果圖

代碼講解

項目代碼我這次提交到了電子腦殼的倉庫里，因為我要將功能集成到電子腦殼裡，所以放在了這個倉庫,目前所在分支為helloworld-keyboard，後期應該會合併到主分支。
倉庫地址：https://github.com/maker-community/ElectronBot.DotNet

項目結構

通訊協議實現

通訊的核心部分是Hw75DynamicDevice的Call方法，包含了將protobuf生成的c#對象轉成byte[]並拆分成數據包發送到設備。

 private MessageD2H Call(MessageH2D h2d)
 {
     if (_device == null)
     {
         throw new Exception("設備為空");
     }
     var bytes = h2d.EnCodeProtoMessage();

     for (int i = 0; i < bytes.Length; i += PayloadSize)
     {
         var buf = new byte[PayloadSize];

         if (i + PayloadSize > bytes.Length)
         {
             buf = bytes[i..];
         }
         else
         {
             buf = bytes[i..(i + PayloadSize)];
         }

         var list = new byte[2] { 1, (byte)buf.Length };

         var result = list.Concat(buf).ToArray();
         _device.Write(result);
     }

     Task.Delay(20);

     var byteList = new List<byte>();

     while (true)
     {
         var read = _device.Read(RePortCount + 1);
         int cnt = read[1];
         byteList.AddRange(read[3..(cnt + 2)]);
         if (cnt < PayloadSize)
         {
             break;
         }
     }
     return MessageD2H.Parser.ParseFrom(byteList.ToArray());
 }
  • 數據打包有個重點問題，就是在圖片數據進行拼接的時候有個byte[]長度需要採用protobuf編碼之後再組裝到數據byte[]的前面這個轉成byte[]需要註意，代碼如下：
    public static byte[] EnCodeProtoMessage(this MessageH2D messageH2D)
    {
        var msgBytes = messageH2D.ToByteArray();

        using (MemoryStream ms = new MemoryStream())
        {
            CodedOutputStream output = new CodedOutputStream(ms);
            output.WriteInt32(msgBytes.Length);
            output.Flush();
            byte[] byteList = ms.ToArray();

            var result = byteList.Concat(msgBytes).ToArray();

            return result;
        }
    }

代碼圖片

  • 重點部分是hid設備要每次發送64位元組，第一位元組是數字1，這個是固定的，第二位元組是數據長度，後面的是數據內容。
    圖示

數據傳輸測試

在sdk編寫測試完成之後，就可以進行sdk的使用了，我使用控制台項目進行測試，包含圖片的合成和文字的繪製，以及將繪製好的圖片轉成設備能夠使用的byte數據。

  • 我先使用ImageSharp載入圖片，再載入字體文件將文字和圖片繪製到圖片上，這個為後面製作動態數據做鋪墊，代碼如下：

    using SixLabors.Fonts;
using SixLabors.ImageSharp;
using SixLabors.ImageSharp.Drawing.Processing;
using SixLabors.ImageSharp.PixelFormats;
using SixLabors.ImageSharp.Processing;
using System.Diagnostics;
using System.Numerics;

byte[] byteArray = new byte[128 * 296 / 8];

var list = new List<byte>();

var collection = new FontCollection();
var family = collection.Add("./SmileySans-Oblique.ttf");
var font = family.CreateFont(18, FontStyle.Bold);

using (var image = Image.Load<Rgba32>("face.jpg"))
{
    using var overlay = Image.Load<Rgba32>("bzhan.png");
    
    overlay.Mutate(x =>
    {
        x.Resize(new Size(50,50));
    });
    // Convert the image to grayscale
    image.Mutate(x =>
    {
        
        x.DrawImage(overlay,  new Point(0, 64), opacity: 1);
        x.DrawText("粉絲數:", font, Color.Black, new Vector2(20, 220));
        x.DrawText("999999", font, Color.Black, new Vector2(20, 260));
        x.Grayscale();
    });
    
    image.Save("test.jpg");

    byteArray = image.EnCodeImageToBytes();
}

  • 然後將ImageSharp合成的圖片轉成01矩陣再組裝成byte[]這個不知道大家有沒有什麼好的辦法，有的話可以推薦給我，我的邏輯寫在了EnCodeImageToBytes這個拓展方法里。

    public static byte[] EnCodeImageToBytes(this Image<Rgba32> image)
{
    // Create a 01 matrix
    int[,] matrix = new int[image.Height, image.Width];

    for (int y = 0; y < image.Height; y++)
    {
        for (int x = 0; x < image.Width; x++)
        {
            matrix[y, x] = image[x, y].R > 128 ? 1 : 0;
        }
    }

    // Convert the matrix to a byte array
    byte[] byteArray = new byte[image.Height * image.Width / 8];
    for (int y = 0; y < image.Height; y++)
    {
        for (int x = 0; x < image.Width; x += 8)
        {
            for (int k = 0; k < 8; k++)
            {
                byteArray[y * image.Width / 8 + x / 8] |= (byte)(matrix[y, x + k] << (7 - k));
            }
        }
    }

    return byteArray;
}

全部代碼如下：

using Google.Protobuf;
using Google.Protobuf.WellKnownTypes;
using HelloWordKeyboard.DotNet;
using HidApi;
using SixLabors.Fonts;
using SixLabors.ImageSharp;
using SixLabors.ImageSharp.Drawing.Processing;
using SixLabors.ImageSharp.PixelFormats;
using SixLabors.ImageSharp.Processing;
using System.Diagnostics;
using System.Numerics;

byte[] byteArray = new byte[128 * 296 / 8];

var list = new List<byte>();

var collection = new FontCollection();
var family = collection.Add("./SmileySans-Oblique.ttf");
var font = family.CreateFont(18, FontStyle.Bold);

using (var image = Image.Load<Rgba32>("face.jpg"))
{
    using var overlay = Image.Load<Rgba32>("bzhan.png");
    
    overlay.Mutate(x =>
    {
        x.Resize(new Size(50,50));
    });
    // Convert the image to grayscale
    image.Mutate(x =>
    {
        
        x.DrawImage(overlay,  new Point(0, 64), opacity: 1);
        x.DrawText("粉絲數:", font, Color.Black, new Vector2(20, 220));
        x.DrawText("999999", font, Color.Black, new Vector2(20, 260));
        x.Grayscale();
    });
    
    image.Save("test.jpg");

    byteArray = image.EnCodeImageToBytes();
}

var hidDevice = new Hw75DynamicDevice();

hidDevice.Open();

Stopwatch sw = Stopwatch.StartNew();

sw.Start();

var data111 = hidDevice.SetEInkImage(byteArray, 0, 0, 128, 296, false);

sw.Stop();

Console.WriteLine($"send data ms:{sw.ElapsedMilliseconds}");

Console.ReadKey();

Hid.Exit();

個人心得體會

這次功能的編寫讓我最有感悟的地方就是自己對Github Copilot的依賴更多了，我基本上很多的知識都是詢問它，因為從網上搜索還要自己過濾那些數據，比較耽誤時間。

還有個點就是這個HidApi.Net的庫是最近剛有人寫的，社區還是有新鮮的血液的，支持.net6,7,8很新，也算是個驚喜呢，希望社區的輪子越來越多呢！！！！

其他角度的照片展示：

側面

背面

參考推薦文檔項目如下：


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