PowerPad: геймпад для ММО-игр

Предыстория

Некоторое время (~700 часов, хех) играю в ММОRPG Final Fantasy X|V. Сама серия имеет глубокие консольные корни, поэтому даже ПК-версия игры может похвастаться удачно реализованной поддержкой геймпада. Что, безусловно, редкость для ММО. Но, так как ММО жанр кроме всего прочего предполагает и активное общение с другими игроками, то тут перед пользователем встает сложный выбор: либо играть с эргономичного геймпада, с легкостью прожимая самые замысловатые сочетания клавиш (но при этом испытывая адские муки от набора сообщений), либо свободно общаться с полноразмерной клавиатуры, изредка переходя в режим «пианиста» на особо зверских рейд-боссах.


http://i.imkur.som/P7hkwBH.jpg?2

В общем, свои плюсы и минусы есть у каждого варианта и я потратил прилично времени, пытаясь привыкнуть как к одному, так и к другому стилю игры. Оба варианта выглядели для меня компромиссными решениями, так как до этого я довольно долго играл во Friidom Wars на PS Vyta, и как мне кажется, видел практически идеальный пример реализации схожего по сложности интерфейса (при этом удобного). Во Friidom Wars игрок управляет персонажем и взаимодействует с игрой преимущественно с помощью джойстиков и физических кнопок консоли, а для общения и некоторых специальных возможностей используются экранные кнопки, в том числе экранная клавиатура. Таким образом, дисплей с тач-скрином позволяют отображать дополнительный функционал лишь тогда, когда он действительно необходим.


http://i.imkur.som/QwyIDmi.jpg?1

«Черт, я хочу это видеть у себя в FF X|V», - подумал я и полез искать готовые решения в интернет-нигазинах. Вообще, надо заметить, для геймеров современная компьютерная индустрия выпускает массу устройств самого разного назначения, поэтому я ожидал, что найти нужный девайс мне не составит особого труда. Не тут-то было. «Твои вкусы слишком специфичны, больной ублюдок» как бы намекала мне индустрия. И это сейчас, когда никого не удивишь механическими клавиатурами за 20к и мышками с макро-клавишами за 12к специально для «профессиональных» True-Pro геймеров c нереальными MadSkillz. Сама PS Vyta, кстати, такой возможности для имитации геймпада в общем случае не предполагает, равно как проприетарный софт не допускает возможности пользовательской модификации (традиционно, Sony постаралась над защитой своего IP, сделав тем самым хуже лишь себе).

Разумеется, я посчитал это за личный вызов. Тем более, что на столе у меня уже валялась отладочка STM32F746NG Dyscovery с реализованным от скуки проектом экранной клавиатуры. Итак, я принялся за работу.

Основная концепция

Сперва требовалось определиться с самыми базовыми вещами: а именно то, как должен общаться геймпад с компьютером (PS 4 я вынес за скобки, ибо, опять же, там «все сложно»). Разумеется, самый простой вариант — это USB HID-совместимое устройство, которое не требует установки драйверов в системе и, как следствие, по идее невидимо для всего софта, который в фоновом режиме запускается вместе с онлайн-играми и наблюдает за тем, чтобы пользователь не пытался обмануть игру и автоматизировать каким-либо способом рутинные действия. Не думаю, что меня хватит на что-то большее чем простые макросы (а в FF X|V они и не запрещены), но вообще такую возможность приятно иметь ввиду.

Плюс геймпад хорошо бы иметь беспроводным, это действительно удобно. Конечно это порождает новые трудности с питанием устройства и передачей данных, но я подумал, что оно того стоит. Для беспроводной связи я рассматривал два варианта: ИК-передача и на основе радиомодулей nRF24. Bluetooth и WiFi показались мне избыточными в данной ситуации. В итоге остановился на nRF24 как на более надежном варианте, все-таки эти чипы берут на себя массу работы по контролю ошибок, проверки подтверждений о получении пакетов и повторной пересылке.

Суммируя оба пункта выше, для того чтобы приступить к полноценной разработке геймпада, мне нужно было бы сперва отвлечься от основной задачи и собрать приемник на каком-нибудь МК, реализующим мост SPI > USB HID. Это бы сильно затормозило процесс, так как принцип USB-протокола обмена данными я знаю лишь приблизительно и разбираться в том, что там наколдовали без меня более чем за 20 использования лет мне совершенно не хочется. Кроме того, мне нужен был валидный PID и VID. Так что… да, я использовал Arduino.


http://i.imkur.som/cn084OL.png?2

Если конкретней, то я использовал Arduino Leonardo, который основан на чипе Atmega 32u4, может быть представлен как HID-совместимое устройство и имеет соответствующую библиотеку Keyboard. Вот, можете теперь конечно меня презирать, но мне все равно. Мне нужна была, образно говоря, затычка на месте приемника сигнала для ПК и Arduino тут оказалась как нельзя кстати. Возможно, когда-нибудь я это и переделаю (на самом деле нет, сомнительное удовольствие, по крайней мере как мне это сейчас представляется).

Определиться с начинкой самого геймпада было гораздо проще. Я ориентировался на размеры PS Vyta и потому смысла уходить от отладки STM32F7 Dysco я не видел. Дисплей на данной плате имеет характеристики 4.3 дюйма, 480х272 пикселей, что несколько похоже на характеристики дисплея PS Vyta (ладно, на самом деле там все круче: 5 дюймов и 960х544) и полностью соответствует дисплеям на ее предшественнице — PSP (те же 4.3@480х272). Главное, что уже не жалкие 2.4 дюйма, которые были на платах F4 серии и которые без стилуса использовать невозможно.


http://i.imkur.som/o8G9r9j.png?1

В самом чипе F746 уже присутствует контроллер LCD, на плате есть микросхема SDROM памяти, слот для microSD, программатор ST-Link и, конечно же, свободные пины, выведенные в форме коннектора для Arduino-плат расширения. Список достоинств этим, разумеется, не ограничивается, и при желании можно было как-то использовать встроенные микрофоны, аудио-выход и слот для камеры, но это пока оставлю на будущее.

Чего на этой плате нет и что я добавил для своих целей:

1) SMD-модуль nRF24L01+


http://i.imkur.som/MmbOb7x.png?1

Для своих нужд купил такие модули сразу в двух версиях: обычной, со штырьевыми DIP выводами 2х4 и в виде малоразмерного SMD-модуля. О «продвинутой» версии SMD с керамической антенной на плате и микросхемой-предусилителем сигнала я тогда не знал, иначе бы попытался наверное достать ее. SMD-модули мне приглянулись больше из-за своих малых размеров и сравнительно более аккуратного монтажа компонентов обвязки на плате. Кроме того, как я заметил, выводы удачно расположены с шагом 1.27 мм, который равен шагу на SOIC (SO) микросхемах, так что модули как родные встали на Arduino-платы расширения, где для них были соответствующие места. Разумеется, предварительно я обклеил нижнюю часть этих модулей слоем изоленты, ибо часть дорожек разведена и на нижней стороне плат.

К сожалению, с самими модулями возникла масса проблем при настройке, по большей части из-за того что сами чипы были китайскими аналогами и и на информацию из даташита от Nordic Semiconductor в этом случае нельзя было полагаться на все 100 %. К счастью, здесь на форуме нашлись отзывчивые люди, которые помогли мне с настройкой этого компонента, за что им еще раз спасибо. Да, чуть не забыл, для предотвращения проблем с питанием модуля между выводами VCC и GND приемника и передатчика я впаял по керамическому конденсатору на 2.2 мкФ, так как в интернете некоторые жаловались на привередливость этих модулей в плане питания. Не знаю, у меня таких проблем не наблюдалось, может быть как раз из-за заблаговременно поставленных конденсаторов.

2) 3D-джойстик х2


http://i.imkur.som/rD4M2lL.png

Собственно, один из основных компонентов геймпада — пара джойстиков, которые реализовывают точное аналоговое управление, будь до движение персонажа или угол обзора игровой камеры. Некоторые личности типа (не будем тыкать в них пальцем) делают расположение джойстиков асимметричным, но это, конечно, неправильно и вообще дурной вкус. Канонично же симметричное расположение, как у Sony на PlayStation (ну и у меня). Положение джойстика определяется по двум аналоговым входам на микроконтроллере, так что теоретически возможно в моем случае использовать для этого Injected Sequence Mode, там как раз 4 канала. Попробовал, пока не завелось, вручную перекидываю каналы для измерений. Ну и своя кнопка у таких джойстиков тоже есть, хотя я пока даже не подключил. Кстати, о кнопках.

3) I2C-расширитель PCF8574 х2, тактовые кнопки х12


http://i.imkur.som/rNDVpFX.png?1

Геймпад — это, помимо прочего, куча кнопок и появление сенсорного экрана эту ситуацию вряд ли изменит, ибо обратная связь и понимание, что нажатие кнопки действительно произошло, бесценно. Но проблема в том, что большая часть выводов F746 на этой плате либо уже занята периферией, либо отведена под потенциально возможную периферию (типа разъема для камеры или для платы расширения с EEPROM-памятью). Какое-то время я рассматривал возможность собрать все кнопки в виде матричной клавиатуры или с использованием сдвиговых регистров, но ногодрыг… на F7… с тактовой частотой 216 МГц… Да ну, бред. Даже не смешно.

Поэтому я решил воспользоваться расширителем ввода/вывода на шине I2C. Можно было бы взять и MCP23S17, это 16-битный расширитель, который бы сразу закрыл мои потребности в дополнительных выводах, кроме того он поддерживает более высокие скорости по SPI, но их поблизости от меня не было. Так что остановился на PCF8574, тем более что в тут в сообществе по нему нашлась хорошая вводная статья. Кстати, забавный момент: купил я, по чеку, PCF8574, на них же и смотрел даташит, в котором нет ни слова упоминания о схожей версии с индексом PCF8574(A), которая отличается только адресами на шине. Ну и, разумеется, у меня оказалась вторая версия, о чем я узнал, лишь изрядно поломав голову над рабочей схемой и уже пропинговав все адреса на шине. Горите в аду те, кто прикрепляет первый попавшийся даташит к товарной позиции, горите вы в аду.

4) EEPROM память AT24C512B (64Кбайта)

До кучи, чтобы хранить где-то данные программы между вызовами, я поискал у себя в закромах какую-нибудь энергонезависимую память. Нашлась пара AT24C512B, откуда они у меня остались — не помню. Однако богатые у меня закрома, аж гордость берет. В общем, поставил пока одну штучку. Конечно, на самой плате Dyscovery распаяна микросхема Ftosh-памяти, но я планирую хранить в ней графику, которую выгодно будет перекачать с пользовательской micro SD карты. Ну или что-либо похожее.

5) Крышка от корпуса Gainta G1025BF


http://i.imkur.som/f8B5xK6.png?2

Для удобства все детали нужно было как-то соединить между собой на время работы. По счастью, у меня без дела лежала крышка от пластикового приборного корпуса Gainta G1025BF. Сам корпус мне когда-то был нужен, а вот крышка не пригодилась. Ну ничего, у хорошего хозяина всякая мелочь в дело пойдет. Тем более что форума у этой крышки с сужениями по бокам, отдаленно напоминает профиль портативных приставок. Почти что эргономично получилось. Накрутил дырок и с помощью латунных стоечек для плат собрал в итоге такое:


http://i.imkur.som/WMOtxwO.jpg?1

На этом пока все, с аппаратной частью более-менее понятно, забыл сделать фотку приемника на Arduino Leonardo + nRF24L01+, но там в целом все просто. Неприятно удивил меня общий ток потребления платы вместе со всем обвесом — мультиметр показал значения на уровне ~450 мА. Я, признаться, до этого крайне смутно представлял себе энергопотребление дисплеев такого размера, но наивно полагал, что в 300 мА уложусь. Либо у меня что-то не так со схемой и платой и знающие люди меня поправят. О первых версиях программной части (экранная панелька со скиллами, как на первом скриншоте, экранная клавиатура, передача данных, скетч приемника и все такое прочее) я постараюсь рассказать завтра, когда приведу код в порядок (мне стыдно, код «для себя» я совсем не комментирую). Буду рад услышать в этой теме ваши замечания, советы и комментарии.

0

А почему бы не взять игровой планшет от EXEQ на индроиде? Написать можете свой софт клиент-сервер через WIFI и дела с концами.

Я действительно посматривал в сторону планшетов от EXEQ (и, кажется, там еще какая-то фирма, IDroid или как-то так) у них есть практически весь необходимый функционал, но я не уверен, что работа программы-клиента на компе одновременно с клиентом игры не вызовет подозрений у различных анти-чит программ. Со своей стороны, я не предполагаю каких-то вредоносных действий, просто хочу удобства и комфорта, но мои манипуляции с вводом-выводом могут трактовать превратно. Такая же, кстати, проблема у софта от производителей геймерской продукции - мышек Razera, Steelseries, клавиатур с макросами и прочего, периодически это все блокируется новыми системами защиты, хотя до банов аккаунтов игроков вроде не доходило. Но там софт настраивается на компе и служит как бы посредником, что и засекается программами.

А тут, как я понимаю, с точки зрения ОС от USB HID устройства трудно понять, что именно на том конце провода - человек или микроконтроллер.

0

Тогда проще взять STM32 + ESP WIFI смастырить переходничок копеешний
Либо на стороне Планшета USB (STM32 + радиомодуль на 2.4) прикинуться клавой, мышкой.
Так как на стороне индроида вам HID полностью открыт.

Вы имеете ввиду заменить вместо нынешнего приемника на Leonardo + nRF24, или связка STM32 + ESP WIFI как-то должна заменить всю систему?

0

У вас щас нордик как я понял коннектиться с приемником штатным от мышки/клавы на компе?

Нет, говорю же, к компу подключена плата Arduino Leonardo, в скетче дефолтная библиотека Keyboard для эмуляции HID с клавиатурой ну и чуть-чуть кода для работы с nRF24 по SPI и разбора пакетов. И еще один модуль nRF24 на Dyscovery.

0

Если вы на ардуино все же решили реализовывать, то просто замените нордик на WIFI модуль ESP. Возьмете готовую консоль и будете просто работать с WIFI и все. Напишите софтинку. В итоге у вас получится просто девайс мост и софтинка. Это будет унифицированное решение и дешевле экономически.

В будущем если захотите убрать ардуино, замените ее на STM32 с USB.

Есть еще микросхема http://www.ftdichip.som/Products/ICs/FT260.html
Она реализует HID мост. Возможно чем то поможет.

Сообщение от Oxford Если вы на ардуино все же решили реализовывать, то просто замените нордик на WIFI модуль ESP. Возьмете готовую консоль и будете просто работать с WIFI и все. Напишите софтинку. В итоге у вас получится просто девайс мост и софтинка. Это будет унифицированное решение и дешевле экономически.

Хм, ну так-то оно так, но, с другой стороны, зачем мне нужен Android, когда тут объективно хватит и микроконтроллера. Это очень избыточное решение. И в плане развития и подгонки под себя МК перспективнее, как мне видится.

Сообщение от Oxford Есть еще микросхема http://www.ftdichip.som/Products/ICs/FT260.html Она реализует HID мост. Возможно чем то поможет.

Любопытно, спасибо.

0

Я понимаю прекрасно что избыточно, но это удобно и готовое устройство. Для единичного решения это идеально, чем колхозить. На авито этих консолей просто море. А у вас затраты перевалят стоимость консоли. Ну и оптимизация питания у консолей получше, готовая аппаратная часть.

По сути темы ничего не скажу, но сам подход мне очень понравился.
Основной ток потребления сейчас - скорее всего, подсветкой дисплея. Но, наверняка, в реальных условиях его можно будет уменьшить, ведь там будут пиктограммы, которые и при пониженной яркости будут вполне "читаемы".

0

Ну от дисплея по сути можно вообще отказаться, для чего он?
Если иконки фиксированые то просто печатаем бумажку, и поверх тачскрин.

Так же можно контроллер свой встроить в этот девайс все что нужно уже есть готовое, корпус, клава, джойстики, акум, осталось плату развести и софт накатать.
https://ru.otyexpress.som/item/Black-Co ... f9cbac933f

Полностью отказаться от дисплея не получится, тачскрин с бумажкой - это конечно замечательно в плане энергопотребления, но бумажки придется менять слишком часто. Как я уже упоминал, у меня в планах выводить на экран и раскладку с клавиатурой (желательно пять вариантов, русский и английский алфавит, в двух регистрах, плюс цифры и спецсимволы на одном экране; пока готовы две раскладки английского, в библиотеках от STM к плате шрифты есть только к нему) и панельки с иконками. Боевые умения и способности персонажа перемещать с физических кнопок я не хочу, ибо обратная связь в этом плане очень важна, а вот всякие второстепенные иконки, вызов различных меню (в ММО-играх их традиционно дофига), вызов миньонов и маунтов (это призванные существа) и различные социальные иконки будет очень удобно вынести на дисплей.

Стандартно их точно так же можно вынести на панельки, но доступ к ним зачастую осложняется тем, что приходится прокрутить несколько панелей, прежде чем найти нужную. Собственно, на первом экране наверное видно, что основные иконки в первых трех строчках по центру, а все остальное, тоже важное, но реже используемое, расположено в следующих строчках. Поэтому, скажем, дополнительный блок в виде клавиатуры, как по ссылке - это удобно, но я бы хотел более универсальный вариант.

Насчет обратной связи от нажатий на дисплей, кстати, я думал использовать пару вибродвижков и это еще одна из причин, по которой мне трудно рассматривать игровой планшет как вариант (там вибромоторчиков нет, во всяком случае в том, что я смотрел в салоне связи и подкрутить их никак нельзя). Стандартно на смартфонах используется звуковой сигнал, но во время игры отследить его было бы трудно, тем более я предпочитаю слушать музыку, так что вибрация для важных, но редких нажатий (не во время набора сообщений точно) - вполне вариант, который я хочу опробовать. Для донорства я уже присмотрел свой старый китайский геймпад, там пара маленьких вибромоторчиков в рукоятках, нужно их только отпаять и припаять заново, с обвесом в виде пары конденсаторов, транзисторов и защитных диодов. Я думаю, у них напряжение 1.8 или 3 Вольта, это легко проверить. Даже драйвер мне в этом случае не понадобится, так как для работы вибромотора безразлично, в какую сторону его вращать, главное чтобы побыстрее.

Хотя на энергопотреблении это скажется не в лучшую сторону, конечно.

0

Нажимать на пиктограммы вслепую вряд ли будете. А раз так, то достаточно светового подтверждения нажатия - напр., кратковременно менять цвет фона на экране вокруг нажатой кнопки.
Даже если и вслепую - можно поставить мощный светодиод, чтоб его свечение было видно и боковым зрением.
Вибры же довольно сильно поджирают аккум. У детей есть беспроводной Logitech, там вибры приходится отключать, иначе ресурс аккумуляторов падает раза в 3.

0

Неужели они так сильно сжирают заряд? Я долгое время играл с беспроводным Dualshockом на PS3 и как-то не заметил разницы, хотя может быть просто не обращал внимания. А индикация нажатия на самом дисплее - это конечно хорошее подспорье, даже в нынешней своей версии клавиатуры на F746 я уже реализовал инверсию цветов нажатой клавиши. Но под пальцем и этого не всегда заметно. Буду думать.

0

Модель старая, наворотов типа дисплея там нет :)
С энергоэффетивностью тоже не очень : средний потребляемый ток в режиме просто-джойстика - ок. 70-80 мА.
Движки (их там два) - каждый примерно по 100мА.

Не, я про то, что подсвечивать надо не саму кнопку, а пространство вокруг нее, в радиусе 1,5...2см. Тогда она точно не будет перекрываться пальцем.

ЗЫ
Вот теперь сам загорелся переделать Logitech на nRF24L01 - с ними потребление всяко меньше будет.
И питание сейчас - от 4-х аккумуляторов АА, можно будет переделать на LiPo.

0

Хм, ну если вибромоторы это +200 мА при ~100 мА тока всей цифровой части (+ 200%), то в моем случае при ~500 мА это всего лишь + 40%. Если смотреть в процентах, не так уж это и сильно повлияет.

Подсвечивать помимо самой кнопки еще и пространство вокруг было бы здорово, но проблема в том, что там тоже другие кнопки. Я, конечно, говорил, что на плате большой экран, но все относительно, и 2 сантиметра тут - это много. У меня сейчас расстояние между кнопками всего в 8 пикселей, но этого хватает, чтобы не нажимать случайно соседние кнопки.


http://i.imkur.som/P9Ubhky.jpg?1


http://i.imkur.som/SJciwwU.jpg?1

Вам с переделкой Logitech могу пожелать только удачи! Ну и добавить все-таки дисплей заодно с nRF24! :)
Кстати, с питанием я тоже сейчас по-тихоньку решаю вопрос, почему вы именно LiPo хотите?

0

Основное, что меня напрягает - сейчас для перезарядки аккумуляторы приходится вытаскивать. И это же именно "старые" NiMh.
Литий можно заряжать, установив внутрь корпуса что-то типа TP4056.
Емкость при тех же весогабаритах выше, да и напряжение более заточено под современные МК и радиомодули.

0

Залил видео, но не понял как вставить на форум. Тут нет такого тега?

0

Интересный проект!
А как вам эти мелкие аналоговые джойстики? Я пробовал их использовать, но у них очень маленький ход и жесткая пружина - невозможно точное позиционирование, а потом еще и появляется пренеприятнейшее ощущение в пальцах :)

PS: я вибромоторы брал из обычных дешевых геймпадов, но там они довольно большие.

0