88 键钢琴掉线后：让音符有序收尾

按住一个音，扫描板随后失去响应。手已经离开琴键，软件却还记着“按下”。这时继续播放，还是立刻静音？如果同一个音还被屏幕触摸或自动播放持有，处理就更有意思了。

这篇把问题放到一套 88 键电子钢琴里，重新设计并运行一个独立 C 扫描模块。目标是让单板异常有明确的收尾规则，同时保住健康板和其他输入来源的状态。文中的运行结果来自主机模拟总线，尚未接入实体钢琴。

图 1｜原项目的装配状态。七块板合计 88 键，用来说明分板结构；照片不证明本文新策略已经烧录或完成实体演奏测试。

一块板读错，为什么全键盘会等它？

先沿着源码找调用关系。每块 PCA9555 提供两组 8 位输入，原程序分别读取 P0、P1，再由批量函数汇总结果。对于已经初始化的设备，只要有一块读取失败，批量函数就返回错误。外层只有在整批返回 RT_EOK 时，才更新物理键状态。

因此，可能发生的是：某板持续读取失败，其他板的物理按键也暂停更新，原先按下的状态得不到释放。原程序虽然在失败处填入 0xFF，外层会跳过这一批处理，不能把这些填充值直接说成“触发了所有键”。未初始化板也被外层跳过，但循环中没有运行时重新初始化路径。

还有一个细节：初始化检查了输入方向配置，却没有检查两次极性写入的返回值，也没有回读极性。软件用“1 表示按下”解释数据，必须先确认这个约定在设备中成立。

图 2｜PAD12 V1.0 的 U9/PT2041AT6 触摸通道，KEY1 接到输入映射。这里是电容触摸结构，本文处理的是通信失效，不能把机械触点去抖方案直接套进来。

把 88 个键的边界先数清楚

本次沿用源码实际使用的七个地址 0x20～0x26。首板 15 键、中间五板各 12 键、末板 13 键，恰好是 15 + 5×12 + 13 = 88。原程序还扫描 0x27，但物理键映射只遍历七板；独立示例按这七板管理。

键编号从 0 开始。每板 P0 bit0～7 对应 board×12+3+bit；P1 bit4～7 对应 board×12+14−(bit−4)。首板 P1 bit1～3 补上编号 2、1、0，末板 P1 bit3 对应 87。测试逐位遍历，确认 0～87 各出现一次，没有重号或漏号。

每块板保留自己的最近有效时间、按下位图和重试状态。健康板拿到完整数据就推进，异常板只影响自己的状态。这个隔离成立的前提是底层传输会在有限时间内返回；一块设备把整条总线拉死时，软件无法凭空读到其他板。

图 3｜从同版登录 EDA 原理图重新导出的 U6 局部。两个端口需要独立映射；VCC5V 供电还带来后文的输入门限核验问题。

数据完整了，再交给状态机

读取函数用临时数组接收结果，仅在两条消息都完成后发布两个字节。下面是附件中实际编译的函数，read_pair 的返回值是完成消息数，适配 RT-Thread 时不能把 RT_EOK 当成 2。

bool piano_read_pair(const piano_bus *bus, uint8_t addr, uint8_t reg,
                     uint8_t out[2])
{
    uint8_t candidate[2] = {0u, 0u};
    if (!bus || !bus->read_pair || !out) return false;
    if (bus->read_pair(bus->ctx, addr, reg, candidate) != 2) return false;
    out[0] = candidate[0];
    out[1] = candidate[1];
    return true;
}

底层应执行“写寄存器指针 + 连续读两字节”。PCA9555 在同一寄存器对内交替访问两个端口，因此从 0x00 开始读两个字节可得到 P0、P1。这减少了软件只提交一个端口的窗口，但两个端口仍在总线上先后采样，不能称作同步快照。

初始化把方向 0x06/0x07 和极性 0x04/0x05 全部写为 0xFF，检查每次写入并回读。每轮接受输入前，再确认这两组模式寄存器仍符合约定。输入有效位中 1 表示按下，其他未用位通过掩码排除。

这项检查也有成本：健康板每轮需要三次两字节组合读，七板共 21 次。只计地址、数据和应答时钟，一次约 45 个 SCL 时钟，合计 945 个；在 400 kHz 下约 2.36 ms，在 100 kHz 下约 9.45 ms，还没有计入起停、调度和驱动开销。原循环中的 5 ms 延时也不等于完整扫描周期。实际接入要测完整周期，再定陈旧阈值。

图 4｜同版 EDA 原生 PCB 顶、底层导出的连接区域。底层已经水平镜像，按底面观察方向标注。接入前应沿连接器核对 SDA、SCL、地、电源和地址配置；这张图不是新电路，也不代表已经通过 DRC 或波形验证。

掉线后，旧状态保留多久？

示例把陈旧阈值设为 100 ms、配置重试间隔设为 20 ms。短暂失败期间保留最后一次有效状态；距离最后完整样本达到阈值后，释放该板已经按下的物理键。下面这一段放在消费恢复数据之前，即使线程停顿了一段时间，也先处理已经过期的状态。

if (b->fresh && !b->expired &&
    (uint32_t)(now_ms - b->last_good) >= s->stale_ms) {
    emit_physical(s, i, b->down, 0u, true);
    b->down = 0u;
    b->inhibit = used;
    b->expired = true;
}

inhibit 是恢复保护位图。过期后，该板每个有效键都要先观察到一次松开，才允许再次按下。如果线恢复时手仍按着，立即接受这个高电平会重新触发刚刚结束的音符；要求“松开再按”能给恢复一个清楚的边界。代价也明确：恢复瞬间新按下、却未观察到松开的键同样会被暂时抑制。

100 ms 是测试中的逻辑阈值，不是测得的静音延迟。状态机靠轮询执行，底层阻塞、回调耗时或线程失去调度都会推迟动作。附件的时间回绕检查覆盖 32 位计时跨零，使用时仍须保证单调计时和足够频繁的调度。

物理键释放，别把触摸和自动播放一起关了

源码的屏幕触摸和自动播放也调用同一个音符入口。为每个键保留三种来源：物理键占位 1、屏幕触摸占位 2、自动播放占位 4。任意来源还持有这个键，聚合状态就保持按下。

bool piano_set_owner(piano_scan *s, unsigned key, uint8_t owner, bool down)
{
    if (!s || key >= PIANO_KEYS ||
        (owner != OWNER_PHYSICAL && owner != OWNER_TOUCH && owner != OWNER_PLAYER))
        return false;
    uint8_t before = s->owners[key];
    uint8_t after = down ? (uint8_t)(before | owner)
                         : (uint8_t)(before & (uint8_t)~owner);
    s->owners[key] = after;
    if ((before != 0u) != (after != 0u) && s->note_event)
        s->note_event(s->event_ctx, key, after != 0u);
    return true;
}

例如，一个键的来源值是 1|2|4=7。物理板掉线，只清掉 1，结果仍是 6，所以不会发送音符关闭。随后触摸松开，值变为 4；最后自动播放释放，值才归零，发送一次关闭。

接回原系统时，扫描、触摸和自动播放都应进入一个串行调度器，只有聚合事件再调用实际音符入口。继续保留触摸或播放对 set_key_state 的直接调用，会绕过仲裁。示例本身没有线程安全或可重入承诺，也未实现 RT-Thread 队列适配。一个来源位只代表一个逻辑持有者；同来源多触点或重叠音符还需要先计数。

跑过的故障，和还没测过的电路

主机工程用 MSVC C11、/W4 /WX 编译，通过了九组检查：短传输不修改公开字节、88 键映射、极性配置失败、单板隔离、超时只释放一次、恢复重按、多来源持有、计时回绕与调度间隙，以及重试和未用位处理。

图 5｜演示程序的真实输出，时间是注入输入。5 ms 时键 3 按下；10 ms 起首板读取失败，健康板的键 27 仍可按下、松开；105 ms 时键 3 执行故障释放。125 ms 恢复但仍按住时不重触发，130 ms 观察松开，135 ms 再按才产生新事件。

还有一项不能靠软件略过。图 3 的 U6 电源是 VCC5V，触摸通道和总线拉电阻却使用 VCC3.3V。

图 6｜同版原理图中的 R2、R3 为 4.7 kΩ，拉到 VCC3.3V。实物上的并联数量和开关状态还会改变总线等效拉电阻，需要另行确认。

若实物采用 TI PCA9555，SCPS131J 的输入高门限最低为 0.7×VCC；5 V 供电时是 3.5 V，3.3 V 信号不满足保证条件。当前没有确认 U6 的实际厂家型号，也没有完成电平和波形测量，因此本文不提供整板直接复刻结论。调整扩展器供电或加入合适的电平转换，需要重新核对全部输入、地址脚和电源时序，不能凭一处改线宣称解决。

模式回读与输入读取也不是原子操作。本次故障模型没有覆盖模式检查后、输入采样前芯片复位的情况；电容触摸阈值、总线拉死、芯片掉电和音频性能都没有实体验证。完成的是一个能重复运行、明确说明边界的扫描故障策略，后续可按同样方法做目标平台接入与实测。

源码与创作说明

完整最小工程：piano-scan-v1.0-source.zip。包内包含四个 C 源文件、构建与接入说明、实际测试日志、演示日志、NOTICE 和完整 AGPL-3.0 许可证，不包含音频素材或上游整套 SDK。

创作来源：立创开源广场《专业级全键盘电子钢琴》，原作者 lovelessing。

项目完整网址：https://oshwhub.com/lovelessing/professional-grade-full-keyboard

独立撰写的文字以 CC BY 许可发布；图片和代码按各自许可复用，未变更第三方许可。

项目及 EDA 标示 GPL-3.0。本文复用允许使用的装配照，并从登录的嘉立创 EDA 工程 f442835ac92e4dd49dd50e5edbddb6c4、PAD12 V1.0 重新导出原理图和 PCB 顶底层 PNG；进行了局部裁剪、保真缩放、底层观察方向镜像，封面仅轻微调整曝光，没有生成缺失细节。软件参考仓库根许可为 AGPL-3.0，新示例保留 AGPL-3.0-only。

软件参考：https://gitee.com/lovelessing/luban-lite-v120.git ，固定提交 760044183467c19b73f716e9ef67da3fe0c3523f，目录 packages/artinchip/lvgl-ui/aic_demo/piano_demo。

参考资料：TI PCA9555 数据手册 SCPS131J，输入门限、配置/极性寄存器与成对读取说明：https://www.ti.com/lit/ds/symlink/pca9555.pdf

本文独立分析并完成 C 状态机、主机故障注入与来源仲裁测试；没有修改原硬件、编译完整目标固件、烧录、执行 ERC/DRC 或进行实体演奏、电平及延迟测量。

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