Beyond-KLE/ELCレイヤー.md

ELCレイヤー

概要

ELCレイヤーは、マイコンのピンと各キーの端子がどう対応するかを提供する。

扱うのは配線だけとする。読んだ値をどう解釈するか(アナログ値から押下深さを出す変換、 キーごとのキャリブレーション)は持たない。キャリブレーションは実機ごとの実測値であって 設計データではなく、センサの品種はPCB設計ツール側の選択だからである。

構造

ピンとピン提供者

ELCが扱う「ピン」は物理的なマイコンピンに限らない。ピン提供者(provider)が提供する論理ピンとする。

マルチプレクサ・シフトレジスタ・GPIOエキスパンダは、いずれも「少ないピンを多くのピンに増やす装置」である。 これらを提供者として扱うと、キーの側からは直結もmux経由も同じ「ピンに繋がっている」だけになる。

提供者は、自分が消費する上位ピンを宣言する。上位ピンには別の提供者の論理ピンを書けるので、 多段の接続は入れ子として表せる。分割キーボードの各半身は、それぞれ別の提供者として置く。

ピンの参照は <提供者ID>.<ピン名> の形とする。VCC と GND は電源レールを指す予約名で、提供者を持たない。

現時点で具体形を定めるのは、マイコンとアナログマルチプレクサの2種別。 デジタル側でピンを増やす部品も提供者として扱うが、種別ごとの記述は必要になった時点で定める。

キーの端子

キーは検出方式(detect)を持ち、検出方式ごとに端子の構成が決まる。各端子は接続先の論理ピンを持つ。

• 接点(contact): a, b の2端子。端子は無極性で、a と b に順序の意味はない
• アナログ(analog): out 1端子。加えて電源の vcc, gnd。ホールセンサがこれにあたる

光学スイッチの端子構成は未定 [推測:P-1]。

配線トポロジを区分として持たない

マトリクス・direct・charlieplexing を列挙して選ばせることはしない。 これらは端子の接続先の組み合わせとして表れるものであって、設計者が選ぶ区分ではない。

• 両端子がそれぞれ別のマイコンピンを指す → マトリクスまたはcharlieplexing
• 片方の端子が電源レールを指す → direct
• out がマルチプレクサの論理ピンを指す → mux経由のアナログ読み

row / col はELCの正本に含めない。charlieplexing で便宜的に行と列の形で書くことはあるが、 それは表記の都合であって配線の事実ではない。QMKなどが要求する row / col は、出力時に割り当てる派生情報とする。

ダイオード

接点キーはダイオードの向きを持つ。向きは端子名で表す(a-to-b はアノードがa側)。省略時はダイオードなし。

LEDの識別番号

LEDの番号はELCが持つ。設計者が恣意的に決めてよいが、決めた順序はそのまま配線の指示になるため、 配線の情報として扱う。

チェーンごとに、データピンと、LEDの並びを持つ。並びの各要素はPHYのノードIDで、 per-key LEDを載せたキーか、LEDの部品ノードを指す。並びの位置がそのLEDの番号になる。 チェーンは複数持てる。

現時点で定めるのはチェーン方式(WS2812系)のみとする。ドライバICでアドレスを与える方式は未定。

レイアウトバリアント

PHYがレイアウトバリアントを持つ場合も、ELCは選択に関係なく全バリアントのキーを配線する。 基板上のフットプリントは選ばれなかった側も実在するため。

互いに排他なキーは、同じ接続先の組を共有してよい。排他でないキー同士が同じ接続先の組を持つのは 設計エラーとする。接点マトリクスなら、どちらが押されたかを区別できないため。 排他かどうかはPHYの木から判る。

他レイヤーへの参照

キーとLEDの参照には、PHYのノードIDをそのまま使う。ELCはIDXを参照しない。

持たないもの

• センサの品種、出力特性、キャリブレーション値
• フットプリント、部品の実配置、基板の層構成
• キーの物理的な位置とサイズ(PHYが持つ)

保存形式

type PinRef = string // "<提供者ID>.<ピン名>" | "VCC" | "GND"

type Provider =
    | {
        id: string,
        kind: "mcu",
        part: string,      // 品番。ピン名の解釈に使う
    }
    | {
        id: string,
        kind: "analog-mux",
        channels: number,  // 提供する論理ピン数。ピン名は "0".."channels-1"
        select: PinRef[],  // 選択ピン。下位ビットから順
        common: PinRef,    // 共通ピン
        enable?: PinRef,
    }

type KeyWiring =
    | {
        key: string,       // PHYのキーID
        detect: "contact",
        terminals: { a: PinRef, b: PinRef }, // 無極性
        diode?: "a-to-b" | "b-to-a",         // 省略時はダイオードなし
    }
    | {
        key: string,
        detect: "analog",
        terminals: { out: PinRef, vcc: PinRef, gnd: PinRef },
    }

type LEDChain = {
    id: string,
    data: PinRef,
    order: string[]        // PHYのノードID。並びの位置が番号になる
}

type ELC = {
    providers: Provider[],
    keys: KeyWiring[],
    ledChains?: LEDChain[]
}

検討済み・非採用

• matrix.type による配線方式の列挙 (journal/2026-09-20-elc-pin-provider.md)
• キーが row / col を正本として持つ (journal/2026-09-20-elc-pin-provider.md)
• センサの出力特性・キャリブレーション値をELCが持つ (journal/2026-09-20-elc-scope.md)

未確認事項

P-1 光学スイッチの端子構成

• 位置づけ: 本文「キーの端子」が扱えていない残り
• 現状の認識: 発光側と受光側が独立した端子を持つのか、接点と同じ2端子として扱えるのかが分からない
• 格上げ条件: 光学スイッチを使った実在のPCBの回路図を読み、端子数と配線の形を確認する

P-2 複数マルチプレクサ構成の作り

• 位置づけ: 本文「ピンとピン提供者」が前提にしている。select を提供者ごとに持たせてよいかに関わる
• 現状の認識: 選択ピンを複数のmuxで共有して共通ピンだけ分ける形と、イネーブルピンで切り替える形が考えられるが、 どちらが一般的か確認していない。前者なら同じ PinRef が複数の提供者の select に現れる
• 格上げ条件: 複数muxを使った実在のキーボードの配線を確認し、共有の形を確かめる

P-3 駆動側と検出側の役割をELCが明示的に持つ必要があるか

• 位置づけ: 本文「配線トポロジを区分として持たない」の残り
• 現状の認識: 接点マトリクスではダイオードの向きから、directでは電源レールの参照から、 どちらを駆動しどちらを検出するかが決まりそうに見えるが、全方式で導出できるか確かめていない
• 格上げ条件: 各方式について、端子の接続先とダイオードの向きだけから走査手順が一意に決まるかを確認する

P-4 LEDチェーンがレイアウトバリアントをまたぐ場合

• 位置づけ: 本文「LEDの識別番号」がレイアウトバリアントを考慮していない
• 現状の認識: 選ばれなかったバリアントのキーにper-key LEDが載らないと、チェーンがそこで切れる。 基板側でバイパスする話であればBeyond KLEの範囲外だが、チェーンの並びをバリアントごとに分ける必要が あるかもしれない
• 格上げ条件: レイアウトバリアントとper-key LEDを両方持つ実在のPCBで、チェーンがどう配線されているかを確認する