KensingtonWorks

挑戰

Kensington 的軌跡球深受設計師、建築師與工程師喜愛。在非常大型的圖面上，從一端移動到另一端，軌跡球比滑鼠快得多。Kensington 的軌跡球與滑鼠也比一般產品多了兩個按鍵，共有四個，而且額外的按鍵可以重新設定功能。

這些使用者的工作有固定節奏：移動到圖面的另一個位置，然後執行指令。在 AutoCAD 等 CAD 軟體中，指令是從選單或透過鍵盤快捷鍵執行。透過 Kensington 的軟體，使用者可以將快捷鍵指派給軌跡球按鍵。按下按鍵時，軟體會注入按鍵輸入，效果就如同使用者親自在鍵盤上輸入一樣。

大多數使用者會同時使用多個軟體，而每個軟體的快捷鍵都不同。因此，軟體也必須知道目前前景執行的是哪一個應用程式，並送出為該應用程式指派的快捷鍵。

2019 年時，Kensington 有兩套各自獨立的工具程式。Windows 版名為 KensingtonWorks，支援依應用程式個別設定。macOS 版名為 TrackballWorks，使用者介面完全不同，也不支援依應用程式個別設定。

Kensington 的需求

• 一套使用者介面，在 Windows 與 macOS 上完全相同。
• 兩個平台都支援依應用程式設定按鍵對應。
• 設定儲存於雲端（Google Drive 與 Microsoft OneDrive），讓使用者換到另一台電腦也能沿用。
• 按鍵輸入必須由裝置驅動程式注入系統的輸入佇列，而不是由使用者模式的應用程式模擬。有些 CAD 軟體會直接讀取 HID 輸入，並忽略應用程式模擬的按鍵。從最底層進入的輸入看起來就像來自實體鍵盤，所有軟體都會接受。
• 通用 HID 驅動程式。 原有的驅動程式只支援以裝置 ID 識別的特定裝置。新的驅動程式必須支援任何 Kensington 裝置，包括未來推出的產品。

以上所有工作，都必須在一月到八月的九個月內完成。

我們的做法

如果開發兩套應用程式再設法保持同步，不但工作量加倍，也會重蹈 Kensington 委託我們解決的問題。因此，我們將產品分為三層架構，把各作業系統必須不同的程式碼減到最少，其餘部分全部共用。

1. 裝置驅動程式（每個作業系統各一套）。 驅動程式讀取任何 Kensington HID 裝置的按鍵動作，並將按鍵輸入注入系統的輸入佇列。
2. 背景常駐程式（C/C++，共用）。 背景常駐程式（daemon）持續執行，監看目前前景執行的應用程式，並接收來自驅動程式的按鍵事件。按鍵按下時，它會查詢目前應用程式中該按鍵對應的按鍵輸入，再交由驅動程式注入。作業系統專屬的程式碼集中在各平台一層小型的轉接層中，因此背景常駐程式的大部分程式碼在兩個平台上完全相同。
3. 設定介面（Electron，共用）。 介面以 HTML 和 JavaScript 撰寫，因此在 Windows 與 macOS 上的外觀與操作完全一致。介面由一家獨立的設計公司設計，我們依照他們的設計稿實作。介面將設定以 JSON 檔案儲存在電腦上，背景常駐程式則讀取這些檔案來完成設定。

將使用者介面與背景常駐程式分為兩個獨立程式，是為了節省記憶體。Electron 內含完整的瀏覽器引擎，記憶體用量很大。設定畫面不需要一直開著：大多數人設定好按鍵後就很少更動。真正需要持續執行的是背景常駐程式。它以 C/C++ 撰寫，記憶體用量極低，能把電腦幾乎所有的記憶體留給使用者真正在用的軟體。

困難之處

在 macOS 核心延伸功能中實作 HID 堆疊。 macOS 不像 Windows 那樣支援 HID 驅動程式延伸。因此，我們的 macOS 核心延伸功能（kernel extension）必須內含自己的 HID 堆疊，並限定只處理 Kensington 的廠商 ID。我們找到一套授權寬鬆的 HID 解析器，並將它移植到 macOS。如今，任何符合 HID 標準的 Kensington 新裝置，都不需要新的驅動程式就能使用。

各層之間的通訊。 我們需要兩套通訊協定：一套用於背景常駐程式與驅動程式之間，另一套用於使用者介面與背景常駐程式之間。兩者都必須在兩個作業系統上以相同方式運作。使用者介面透過背景常駐程式內建、受保護的 HTTP 伺服器與其通訊。在任一作業系統上，任何 JavaScript 介面都能與 HTTP 伺服器溝通。

能因應實際狀況的雲端同步。 將設定儲存到 Google Drive 與 OneDrive 並不難，難的是保持同步。每當設定變更，介面都會自動同步，同時也必須能處理連線中斷與設定過期的情況。對於在兩台電腦上使用同一個軌跡球的使用者來說，這一點尤其重要。

慣性移動。 硬體本身不提供慣性移動，因此必須由驅動程式模擬。舊的 Windows 驅動程式雖有此功能，但不太穩定；macOS 則完全沒有原始程式碼，因此我們從零開始撰寫。

建置、封裝與測試

• 從第一天起就自動化建置。 架構確定後，我們立即為 Windows 與 macOS 撰寫建置腳本。在此之前，Kensington 是在 Visual Studio 中建置執行檔，再以人工封裝。
• 由建置腳本完成數位簽署。 建置腳本也會為安裝套件進行數位簽署。這項工作在 macOS 上特別繁瑣，如今在兩個平台上都已自動完成。
• 原生安裝程式。 舊的 Windows 安裝程式以 InstallShield 製作，解除安裝時無法清除乾淨。我們改以 WiX 建置 MSI 套件，這是 Microsoft 建議的原生格式。在 macOS 上，我們採用最新的 .pkg 格式，並以 shell 腳本完成安裝設定。
• 驅動程式測試。 時程不允許建立完整的測試套件。因此，我們以 Python 撰寫了一套測試框架，用來檢查驅動程式的按鍵注入功能，並在每次修改後用它找出驅動程式的問題。

成果

KensingtonWorks 比八月的目標晚了六週推出。在九個月內完成這麼多工作，些許延誤在預期之中。產品推出後廣受好評，Windows 與 macOS 使用者首次擁有功能相同的同一套軟體。

Kensington 特別滿意發行流程的自動化。只要一個腳本，就能為兩個平台完成建置、封裝與數位簽署，過去沒有任何一家合作廠商將發行流程自動化到這種程度。

KensingtonWorks 至今仍是 Kensington 軌跡球與滑鼠的官方支援軟體，可從 Kensington 網站下載。Kensington 目前正逐步轉換到新的應用程式 Kensington Konnect，該程式仍在測試階段。