{"id":4680,"date":"2017-02-19T11:00:06","date_gmt":"2017-02-19T10:00:06","guid":{"rendered":"https:\/\/www.blaess.fr\/christophe\/?p=4680"},"modified":"2017-02-19T11:04:13","modified_gmt":"2017-02-19T10:04:13","slug":"bidouilles-et-nostalgie-usb-ifions-un-clavier-de-pcxt","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.blaess.fr\/christophe\/2017\/02\/19\/bidouilles-et-nostalgie-usb-ifions-un-clavier-de-pcxt\/","title":{"rendered":"[Bidouilles et nostalgie] USB-ifions un clavier de PC\/XT"},"content":{"rendered":"

\"USB<\/a><\/p>\n

Voici un petit hack<\/em>, simple et \u00e0 la port\u00e9e de tous, qui m’a \u00e9t\u00e9 inspir\u00e9 par un tweet<\/a> de @Hackablemag<\/a> de la semaine derni\u00e8re.<\/p>\n

Il s’agit de transformer un ancien clavier m\u00e9canique d’IBM PC\/XT<\/strong> des ann\u00e9es 1980 pour pouvoir le connecter en USB sur n’importe quel syst\u00e8me actuel. Je n’ai pas pu r\u00e9sister \u00e0 l’envie de tenter la m\u00eame op\u00e9ration de mon c\u00f4t\u00e9, pour comparer nos approches ensuite.<\/p>\n

\n\n<\/p>\n

PC\/XT ?<\/h1>\n

Tout d’abord un IBM PC\/XT, \u00e7a ressemble \u00e0 \u00e7a :<\/p>\n

\"IBM<\/a><\/p>\n

Ce v\u00e9n\u00e9rable ordinosaure p\u00e8se quand m\u00eame plus de 28 kg poussi\u00e8re comprise (3 kg pour le clavier, 12.5 kg pour l’\u00e9cran et 13 kg pour l’unit\u00e9 centrale) !<\/p>\n

Il est organis\u00e9 autour d’un processeur Intel 8088<\/strong> (non, non, pas de faute de frappe<\/em>), cadenc\u00e9 \u00e0 4.77 MHz<\/strong> (pas de faute de frappe non plus<\/em>), muni de 512Ko<\/strong> de m\u00e9moire RAM (toujours pas de faute de frappe<\/em>) et un \u00e9cran CGA couleur avec une r\u00e9solution de 640×200<\/strong> (hem…<\/em>). Celui-ci poss\u00e8de un disque dur de 20 Mo<\/strong> et un lecteur de disquette 5″1\/4 (qui n’est pas le mod\u00e8le d’origine).<\/p>\n

\u00c9tudiant, j’ai achet\u00e9 ce PC d’occasion aupr\u00e8s d’une entreprise en 1988, et je l’ai utilis\u00e9 intensivement pendant quatre ans avec MS-DOS 3.2, Windows 1.0 (et oui !<\/em>), puis – avec un succ\u00e8s mitig\u00e9 – Minix.<\/p>\n

Il para\u00eet bien d\u00e9suet aujourd’hui, mais j’ai appris gr\u00e2ce \u00e0 lui la programmation en assembleur Intel (j’avais pratiqu\u00e9 les assembleurs Zilog et Motorola auparavant), en langage C et en Pascal. J’ai \u00e9crit dessus de nombreux petits programmes et m\u00eame des applications de reconnaissance d’\u00e9criture manuscrite par r\u00e9seau de neurones durant mes \u00e9tudes.<\/p>\n

Les jeux n’\u00e9taient pas son fort, mais j’en ai pratiqu\u00e9 un bon nombre, dont le Tetris original (celui d’Alexey Pajitnov).<\/p>\n

Son clavier m\u00e9canique<\/strong> avait un toucher particuli\u00e8rement agr\u00e9able et un cliquetis tr\u00e8s sympathique. C’est l’objet de mon hack<\/em> de cette semaine.<\/p>\n

Connexion<\/h1>\n

Le clavier (tout comme le reste du syst\u00e8me) n’\u00e9tait pas en tr\u00e8s bon \u00e9tat ext\u00e9rieur. Remis\u00e9 pendant des ann\u00e9es dans diff\u00e9rents endroits plus humides et poussi\u00e9reux les uns que les autres, il avait besoin d’un bon nettoyage.<\/p>\n

\"Berk !\"<\/a>

Berk !<\/p><\/div>\n

Pas question, \u00e9videmment de l’immerger tel quel dans la baignoire. Apr\u00e8s l’avoir ouvert et d\u00e9mont\u00e9 les cabochons des touches, j’ai fait tremper toutes les parties en plastique dans un bain de liquide vaisselle, puis \u00e9pousset\u00e9, gratt\u00e9 et graiss\u00e9 toutes les parties m\u00e9talliques.<\/p>\n

Lors de l’ouverture du clavier, une \u00e9tiquette de validation indique la date de mise en service : 1er octobre 1984. Pas moins de quatre techniciens l’ont contre-sign\u00e9e, c’est une marque de la qualit\u00e9 remarquable de sa fabrication. Apr\u00e8s plus de trente ans, la s\u00e9rigraphie des touches est encore impeccable<\/strong>, contrairement \u00e0 tous les autres claviers qui m’environnent et dont les touches principales comme SHIFT, CTRL, ou TAB (compl\u00e9tion du shell) affichent quelques signes d’usure.<\/p>\n

<\/a>

Connecteur DIN<\/p><\/div>\n

Le branchement du clavier sur l’unit\u00e9 centrale se fait avec un gros connecteur DIN<\/strong> (dont le successeur f\u00fbt la petite prise PS2 clavier\/souris que l’on rencontre encore parfois sur des syst\u00e8mes anciens).<\/p>\n

Le gros inconv\u00e9nient de ce connecteur, \u00e9tait qu’\u00e0 chaque d\u00e9branchement\/rebranchement du clavier, il \u00e9tait n\u00e9cessaire de red\u00e9marrer le PC pour pouvoir le r\u00e9initialiser !<\/p>\n

En ouvrant le clavier on trouve quatre fils reli\u00e9s \u00e0 un petit connecteur amovible, et une carte de commande avec un microcontr\u00f4leur. Les ing\u00e9nieurs d’IBM devaient \u00eatre d’humeur fac\u00e9tieuse le jour o\u00f9 ils ont d\u00e9cr\u00e9t\u00e9 que l’alimentation<\/strong> +5V de la carte se ferait sur le fil marron, et la masse<\/strong> sur le fil rouge ! Les deux autres broches sont une horloge<\/strong> (fil noir) et une ligne de donn\u00e9es<\/strong> (fil blanc).<\/p>\n

\"Connecteur<\/a>

Connecteur DIN<\/p><\/div>\n

Le clavier communique avec un protocole synchrone assez simple. La communication \u00e9tant pr\u00e9vue pour \u00eatre bidirectionnelle, le clavier n’\u00e9met les codes des touches press\u00e9es (et rel\u00e2ch\u00e9es) que si les deux lignes d’horloge et de donn\u00e9es sont au niveau haut pendant une dur\u00e9e minimale d’une milliseconde. Lorsque les lignes sont \u00e0 un autre niveau, c’est le PC qui peut envoyer une commande au clavier (r\u00e9initialisation, \u00e9tat des LEDs, etc.).<\/p>\n

\"Test<\/a>

Test des signaux<\/p><\/div>\n

Le protocole du clavier du PC\/XT est plus simple que celui de ses successeurs, car il n’a pas de LED (Numlock<\/em>, Capslock<\/em>, etc.) et donc le PC n’a pas besoin d’envoyer de messages vers le clavier.<\/p>\n

Attention, je le r\u00e9p\u00e8te : ce protocole est sp\u00e9cifique au PC\/XT, celui des claviers pour PC\/AT ult\u00e9rieurs est un peu diff\u00e9rent au niveau de la s\u00e9quence Start<\/em> et ajoute un bit de parit\u00e9. Un document que j’ai trouv\u00e9 sur\u00a0 http:\/\/kbdbabel.sourceforge.net\/doc\/kbd_signaling_pcxt_ps2_adb.pdf<\/a> d\u00e9crit les deux formats.<\/p>\n

Apr\u00e8s avoir aliment\u00e9 le clavier, nous pouvons observer \u00e0 l’oscilloscope les signaux CLOCK<\/em> (en haut en bleu) et DATA<\/em> (en bas en rouge) lorsque l’on presse et rel\u00e2che des touches. Des r\u00e9sistances de tirage pull-up<\/em> permettent de forcer \u00e0 l’\u00e9tat haut les lignes au repos, autorisant le clavier \u00e0 \u00e9mettre. Le signal commence par une s\u00e9quence START<\/em> immuable dont le timing est pr\u00e9cis\u00e9ment d\u00e9fini, suivi de 8 bits de donn\u00e9es valides sur les fronts descendants du signal d’horloge.<\/p>\n

\""P"<\/a><\/p>\n

Le code de la touche press\u00e9e (nomm\u00e9e scan-code<\/em>) est lu en comptant le bit de poids faible en premier. Le code ci-dessus est donc 00011001b<\/code> soit 0x19<\/code>. Le bit de poids fort (le dernier transmis) indique s’il s’agit d’une pression (\u00e0 0<\/code>) ou d’un rel\u00e2chement de la touche (\u00e0 1<\/code>). Le code ci-dessous correspond \u00e0 un rel\u00e2chement, c’est 0x99<\/code>.<\/p>\n

\""P"<\/a><\/p>\n

On peut donc construire un graphique des scan-codes<\/code> du clavier de l’IBM PC\/XT. La table ci-dessous pr\u00e9sente les codes de pression. Pour obtenir les codes de rel\u00e2chement correspondants, il faut leurs ajouter la valeur 0x80<\/code>.<\/p>\n

\"\"<\/a><\/p>\n

Les scan-codes<\/code> ne d\u00e9pendent pas de l’internationalisation. L’affectation au scan-code<\/code> 0x10<\/code> de la touche \u2018A<\/code>\u2019 en disposition AZERTY<\/em> ou \u2018Q<\/code>\u2019 en disposition QWERTY<\/em> est effectu\u00e9e par l’OS du syst\u00e8me en fonction des choix de l’utilisateur.<\/p>\n

Programmation<\/h1>\n

Pour \u00ab\u00a0USB-ifier\u00a0\u00bb un tel clavier, rien de tel que l’ajout d’un petit microcontr\u00f4leur comme un Arduino. Un choix encore meilleur sera celui d’une carte Teensy<\/a> car elle propose directement une \u00e9mulation de p\u00e9riph\u00e9rique USB (nous avons d\u00e9j\u00e0 vu son comportement comme souris dans cet article<\/a>).<\/p>\n

J’ai donc connect\u00e9 une Teensy 3.2 au clavier en conservant la couleur des c\u00e2bles d’origine.<\/p>\n

\"\"<\/a>

Teensy 3.2<\/p><\/div>\n\n\n\n\n\n\n\n
C\u00e2ble<\/td>\nR\u00f4le<\/td>\nConnexion Teensy<\/td>\n<\/tr>\n
Rouge<\/td>\nGND<\/td>\nGND<\/td>\n<\/tr>\n
Marron<\/td>\n+5V<\/td>\nVUSB<\/td>\n<\/tr>\n
Noir<\/td>\nClock<\/td>\nD0<\/td>\n<\/tr>\n
Blanc<\/td>\nData<\/td>\nD1<\/td>\n<\/tr>\n<\/tbody>\n<\/table>\n
\"Teensy<\/a>

Teensy 3.2<\/p><\/div>\n

J’ai programm\u00e9 la carte Teensy avec le petit fichier suivant<\/a>. On voit que les affectations de touches sont modifiables<\/strong> assez facilement dans le tableau initial. J’ai fait plusieurs essais pour obtenir un comportement assez proche des s\u00e9rigraphies des touches sans trop modifier la configuration de mon PC (et du clavier que j’utilise au quotidien), il ne faut pas h\u00e9siter \u00e0 faire ses propres adaptations.<\/p>\n

usb-pc-xt-keyboard.ino:<\/a><\/strong>\n\/\/\/ ------------------------------------------------------------------------------------------\n\/\/\/ \\file USB PC\/XT keyboard - Teensy program to \"USBify\" an old PC\/XT keyboard.\n\/\/\/\n\/\/\/ \\author 2017 Christophe BLAESS <christophe@blaess.fr>\n\/\/\/\n\/\/\/ \\license GPL\n\/\/\/ ------------------------------------------------------------------------------------------\n\n\/\/\/ \\note Remember to Select \"Keyboard\" in \"Tools-> USB Type\" menu.\n\n\/\/ The key table: the index is the keyboard scan-code.\n\/\/\nint key[0x80] = {\n\/* 00-07 *\/  0xFF,           KEY_ESC,        KEY_1,          KEY_2,          KEY_3,          KEY_4,          KEY_5,          KEY_6,\n\/* 08-0F *\/  KEY_7,          KEY_8,          KEY_9,          KEY_0,          KEY_MINUS,      KEY_EQUAL,      KEY_BACKSPACE,  KEY_TAB,\n\/* 10-17 *\/  KEY_Q,          KEY_W,          KEY_E,          KEY_R,          KEY_T,          KEY_Y,          KEY_U,          KEY_I,\n\/* 18-1F *\/  KEY_O,          KEY_P,          KEY_LEFT_BRACE, KEY_RIGHT_BRACE,KEY_ENTER,      KEY_LEFT_CTRL,  KEY_A,          KEY_S,\n\/* 20-27 *\/  KEY_D,          KEY_F,          KEY_G,          KEY_H,          KEY_J,          KEY_K,          KEY_L,          KEY_SEMICOLON,\n\/* 28-2F *\/  KEY_QUOTE,      KEY_BACKSLASH,  KEY_LEFT_SHIFT, '<',            KEY_Z,          KEY_X,          KEY_C,          KEY_V,\n\/* 30-37 *\/  KEY_B,          KEY_N,          KEY_M,          KEY_COMMA,      KEY_PERIOD,     KEY_EQUAL,      KEY_RIGHT_ALT,  KEYPAD_ASTERIX,\n\/* 38-3F *\/  KEY_LEFT_ALT,   KEY_SPACE,      KEY_CAPS_LOCK,  KEY_F1,         KEY_F2,         KEY_F3,         KEY_F4,         KEY_F5,\n\/* 40-47 *\/  KEY_F6,         KEY_F7,         KEY_F8,         KEY_F9,         KEY_F10,        KEY_NUM_LOCK,   KEY_PRINTSCREEN,KEYPAD_7,\n\/* 48-4F *\/  KEYPAD_8,       KEYPAD_9,       KEYPAD_MINUS,   KEYPAD_4,       KEYPAD_5,       KEYPAD_6,       KEYPAD_PLUS,    KEYPAD_1,\n\/* 50-57 *\/  KEYPAD_2,       KEYPAD_3,       KEYPAD_0,       KEYPAD_PERIOD,  0xFF,           0xFF,           0xFF,           0xFF,\n\/* 58-5F *\/  0xFF,           0xFF,           0xFF,           0xFF,           0xFF,           0xFF,           0xFF,           0xFF,\n\/* 60-67 *\/  0xFF,           0xFF,           0xFF,           0xFF,           0xFF,           0xFF,           0xFF,           0xFF,\n\/* 68-6F *\/  0xFF,           0xFF,           0xFF,           0xFF,           0xFF,           0xFF,           0xFF,           0xFF,\n\/* 70-77 *\/  0xFF,           0xFF,           0xFF,           0xFF,           0xFF,           0xFF,           0xFF,           0xFF,\n\/* 78-7F *\/  0xFF,           0xFF,           0xFF,           0xFF,           0xFF,           0xFF,           0xFF,           0xFF,\n};\n\n\/\/ The keyboard leds values (used in the keyboard_leds global var).\n#define KEYBOARD_LED_NUM_LOCK    0x01\n#define KEYBOARD_LED_CAPS_LOCK   0x02\n\/\/ The D0 pin is connected to the CLOCK pin of the keyboard (black wire on the original PC\/XT keyboard).\n#define KEYBOARD_CLOCK   0\n\n\/\/ The D1 pin is connected to the DATA pin of the keyboard (white wire on the original PC\/XT keyboard).\n#define KEYBOARD_DATA    1\n\n\/\/ They both have to be pulled-up for the keyboard to start sending key events.\n\n\/\/ The Teensy 3.2 led is connected to the D13 pin.\n#define KEYBOARD_LED    13\n\nvoid setup()\n{\n  pinMode(KEYBOARD_CLOCK, INPUT_PULLUP);\n  pinMode(KEYBOARD_DATA,  INPUT_PULLUP);\n  pinMode(KEYBOARD_LED,   OUTPUT);\n}\n\n\nvoid loop()\n{\n  \/\/ Here's the signal from the PC\/XT keyboard (warning, it's different from PC\/AT more recent keyboards).\n  \/\/\n  \/\/  Step:  1   2  3  4  F  R  F  R  F  R  F  R  F  R  F  R  F  R  F  R ...\n  \/\/  \n  \/\/       --+   +--+  +--+  +--+  +--+  +--+  +--+  +--+  +--+  +--+  +----\n  \/\/ Clock:  |   |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |\n  \/\/         +---+  +--+  +--+  +--+  +--+  +--+  +--+  +--+  +--+  +--+\n  \/\/ \n  \/\/  Data:  <----------> B0    B1    B2    B3    B4    B5    B6    B7  \n  \/\/             Start\n  \/\/\n\n  unsigned char scan_code = 0;\n  int bit;\n\n  \/\/ --- Start sequence ---\n  \n  \/\/ Wait for step 1 (main wait loop):\n  while(digitalRead(KEYBOARD_CLOCK) == HIGH) {\n    digitalWrite(KEYBOARD_LED, (keyboard_leds & KEYBOARD_LED_NUM_LOCK) != 0 ? HIGH : LOW);\n  }\n  \/\/ Wait for step 2:\n  while (digitalRead(KEYBOARD_CLOCK) == LOW)\n    ;\n  \/\/ Wait for step 3:\n  while(digitalRead(KEYBOARD_CLOCK) == HIGH)\n    ;\n  \/\/ Wait for step 4:\n  while (digitalRead(KEYBOARD_CLOCK) == LOW)\n    ;\n\nfor (bit = 0;  bit < 8; bit ++) {\n\n    \/\/ Wait for step F (falling edge):\n    while (digitalRead(KEYBOARD_CLOCK) == HIGH)\n      ;\n   \/\/ Read the data bit:\n   scan_code >>= 1;\n   if (digitalRead(KEYBOARD_DATA) == HIGH)\n    scan_code |= 0x80;\n\n    \/\/ Wait for step R (raising edge):\n    while (digitalRead(KEYBOARD_CLOCK) == LOW)\n      ;\n  }\n\n  if (key[scan_code & 0x7F] != 0xFF) {\n    if (scan_code & 0x80) {\n      Keyboard.release(key[scan_code & 0x7F]);\n    } else {\n      Keyboard.press(key[scan_code & 0x7F]);\n    }\n  }\n\/* Debug mode to show the unaffected scan code:\n   else {\n      Keyboard.println(scan_code);\n  }\n*\/\n}\n<\/pre>\n
Le code est tr\u00e8s simple et m\u00e9riterait d’\u00eatre un peu \u00ab\u00a0durci\u00a0\u00bb, par exemple en ajoutant des timeouts<\/em> dans les boucles d’attente pour revenir \u00e0 l’\u00e9tat initial en cas de d\u00e9calage dans la s\u00e9quence (signal parasite).<\/p>\n
Vous noterez l’ajout d’une fonctionnalit\u00e9 par rapport au clavier d’origine : la LED int\u00e9gr\u00e9e sur la carte Teensy 3.2 impl\u00e9mente l’affichage de l’\u00e9tat du modificateur Num Lock<\/em>. Je n’ai pas eu le c\u0153ur de percer le capot du clavier pour la laisser appara\u00eetre, mais ce serait envisageable. Tout comme on pourrait ajouter l’affichage de Caps Lock<\/em> (voire celui de Scroll Lock<\/em> mais \u00e7a n’a aucune utilit\u00e9 de nos jours) en connectant une LED sur une sortie num\u00e9rique de la Teensy.<\/p>\n
Conclusion<\/h1>\n
Mon vieux clavier XT a repris place sur mon bureau !<\/strong><\/p>\n
Pas en place principale – il lui manque quelques \u00e9l\u00e9ments de confort comme le pav\u00e9 de fl\u00e8ches par exemple – mais juste \u00e0 c\u00f4t\u00e9, pour se connecter aux cartes embarqu\u00e9es que je programme. J’en suis tr\u00e8s satisfait. J’esp\u00e8re que ce petit hack pourra servir d’inspiration pour reprendre en main des p\u00e9riph\u00e9riques oubli\u00e9s.<\/p>\n
Comme je l’indiquais au d\u00e9but de cet article, tout a d\u00e9but\u00e9 en lisant un tweet de @hackablemag. Je suppose que mon camarade Denis<\/a> pr\u00e9pare un article sur le m\u00eame sujet pour un num\u00e9ro \u00e0 venir. J’ai h\u00e2te de le lire !<\/p>\n
Note de derni\u00e8re minute :<\/em> en pr\u00e9parant la mise en page de ce billet, je viens de voir passer un message de @hackablemag indiquant que l’article en question para\u00eetra cette semaine dans le nouveau num\u00e9ro du magazine. Je vous encourage \u00e0 le lire.<\/p>","protected":false},"excerpt":{"rendered":"
Voici un petit hack, simple et à la portée de tous, qui m’a été inspiré par un tweet de @Hackablemag de la semaine dernière. Il s’agit de transformer un ancien clavier mécanique d’IBM PC\/XT des années 1980 pour pouvoir le connecter en USB sur n’importe quel système actuel. Je n’ai pas pu résister à l’envie […]<\/p>","protected":false},"author":1,"featured_media":0,"comment_status":"open","ping_status":"open","sticky":false,"template":"","format":"standard","meta":{"footnotes":""},"categories":[5,16],"tags":[],"class_list":["post-4680","post","type-post","status-publish","format-standard","hentry","category-embarque","category-microcontroleur"],"_links":{"self":[{"href":"https:\/\/www.blaess.fr\/christophe\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/4680","targetHints":{"allow":["GET"]}}],"collection":[{"href":"https:\/\/www.blaess.fr\/christophe\/wp-json\/wp\/v2\/posts"}],"about":[{"href":"https:\/\/www.blaess.fr\/christophe\/wp-json\/wp\/v2\/types\/post"}],"author":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/www.blaess.fr\/christophe\/wp-json\/wp\/v2\/users\/1"}],"replies":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/www.blaess.fr\/christophe\/wp-json\/wp\/v2\/comments?post=4680"}],"version-history":[{"count":46,"href":"https:\/\/www.blaess.fr\/christophe\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/4680\/revisions"}],"predecessor-version":[{"id":4737,"href":"https:\/\/www.blaess.fr\/christophe\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/4680\/revisions\/4737"}],"wp:attachment":[{"href":"https:\/\/www.blaess.fr\/christophe\/wp-json\/wp\/v2\/media?parent=4680"}],"wp:term":[{"taxonomy":"category","embeddable":true,"href":"https:\/\/www.blaess.fr\/christophe\/wp-json\/wp\/v2\/categories?post=4680"},{"taxonomy":"post_tag","embeddable":true,"href":"https:\/\/www.blaess.fr\/christophe\/wp-json\/wp\/v2\/tags?post=4680"}],"curies":[{"name":"wp","href":"https:\/\/api.w.org\/{rel}","templated":true}]}}