爲什麼PS4手柄搖桿回中是0.00392？DS4協議的祕密

    使用PS系列手柄連接電腦測試搖桿的時候，我們往往會發現測試網頁中搖桿完美回中後的座標並不在零點，而是在一個很奇怪的數0.00392上面。

    無論如何設置搖桿回中，搖桿輸出都會回覆到0.00392上，這是爲什麼呢？結合DS4手柄協議，這個現象很容易解釋。

    搖桿回中座標爲0.00392的原因是：DS4使用8位字節（0-255）表示搖桿位置，中點爲127.5，而測試網站使用-1到1座標系，換算後127.5的偏差對應0.00392。以下是詳細推導

    UP在之前的手柄協議科普中提過，手柄需要按照協議中的規定的格式，構造手柄數據包並上報給上位機（PC/主機），上位機才能夠正確解析並且瞭解手柄當前的狀態，例如哪些按鍵被按下，當前搖桿位置等

在PC平臺上，我們可以使用wireshark去捕獲這些手柄數據包，成功之後我們可以看到類似下圖的一些數字：

    這就是DS4向電腦發送的手柄狀態報告數據包了，其中包含了手柄所有的狀態信息，例如當前按鍵、搖桿位置等等。按照設計，DS4每秒向上位機上報250次狀態數據包，對應手柄250Hz的回報率。上圖中第一行與第一列是序號，方便給你數數使用，從A1開始是手柄數據包的正文內容。可以看到數據包中使用的是16進制的數據，每個數字的範圍是0至F，每兩個數字例如A1我們稱作1個字節，一個字節表示的數字範圍最小是00，對應10進制0，最大是FF，對應十進制255。

    首字節數據A1我們稱爲第0字節，第二字節11我們稱爲第1字節，後面以此類推，通過數數我們可以得知，DS4手柄狀態信息一共有79個字節組成。在這79個字節內，包含手柄全部狀態信息。我們找到一個描述數據報格式的圖片，對照詳細說明一下。

    什麼，你說你看不懂？圖片的第一列byte index就是字節的索引，裏面標註的數字就是我們剛纔數數的第幾個字節，後面的內容就是這個字節的功能，例如[3]後面寫的Left Stick X，代表第3字節對應16進制數字的含義就是左搖桿X軸的位置，並且後面註釋0 = left，代表第3字節內容如果是00時，表示左搖桿當前位置在最左邊，我們可以反推第3字節內容如果是FF時，表示左搖桿當前位置在最右邊。

    按照圖中所示，我們可以嘗試解析數據包內容。

1. 字節0至字節3是數據包的一些屬性

2. 字節4至字節7是左右搖桿的座標，X軸的最左邊是0，Y軸的最上面是0

3. 字節8至字節10是按鍵信息

4. 字節11至字節12是左右扳機數據，00代表沒有按下，FF代表最大按下

5. 字節13至字節14是時間戳，配合陀螺儀數據使用

6. 字節15是手柄電量，同樣00代表最小，FF代表最大

7. 字節16至字節21是陀螺儀的三軸角速度

    數據包一共有79個字節，後面的數據中還有3軸加速度、觸摸板、校驗碼，以及一些不明含義的數據，就不展開說了。

    回到0.00392這個問題上來，既然數據包定義了搖桿的位置，並且註釋X軸的最左邊是0，Y軸的最上面是0，那麼可以確定這兩個軸相反方向的最大值是FF，我們把數值填進圖中。

    數據包的字節4至字節5表示當前左搖桿X軸與Y軸的座標，嘗試在X軸移動左搖桿，可以發現當搖桿移動至最左邊時第4字節值是00，當移動至最右邊時第4字節值是FF

    當左搖桿自然回中時，我們可以發現這兩個字節分別是80和7F。

    現在問題來了，軸的總長度是FF，軸的中點也就是上圖的圓心在什麼位置？轉化成數學問題就是FF除以2等於多少？16進制數的計算可能比較燒腦，我們將其轉換成10進制，FF對應10進制255，除以2以後得到127.5。

    由於單字節16進制數無法表示小數，搖桿自然回中後的字節4與字節5數字分別是80與7F，轉換成10進制後得到128與127，與圓心的實際位置產生了0.5的差值。

    但是網頁中爲什麼不是0.5？別忘了我們現在在0至255的座標系中，而實際的測試網站中的搖桿座標，往往是從-1到1的，我們需要將0至255的座標系中的0.5，轉換至-1到1中去。

公式如下：2/255*0.5 ≈ 0.00392

    其中2是-1到1座標系中單個軸的總長度，255是0至255的座標系中單個軸的總長度，0.5是剛纔計算出來的回中點差值。

DS4手柄支持傳輸多種不同格式的數據包，手柄狀態輸出報告只是其中一種。除此之外還有輸入報告，負責控制手柄的LED與震動。功能報告，負責查詢設置手柄狀態。握手數據包，負責連接電腦時交互數據。此外還有音頻信號相關的數據包。

如果你看到這裏，那麼恭喜你，你對手柄協議的瞭解程度已經超過99%的人了，不光是DS系列手柄，所有的手柄，乃至包括鼠標鍵盤在內的所有外設，都是使用類似邏輯與主機電腦交互的。更進一步來說，手柄圈子裏面吹的天花亂墜的各種概念和名詞，最終都會體現在協議定義的數據包裏，例如回報率，步長，線性度，搖桿分辨率，輸入延遲，原生陀螺儀/映射搖桿。

站在能夠理解協議的層面，回頭再去看各種概念，簡直如同降維打擊。各種神神叨叨的名詞概念將會變的非常通透，再也沒有人能夠通過羅列看不懂的數值忽悠到你，如果大家對這些內容感興趣，可以點贊關注一件三連，我是手柄模飛玩家，後續會給帶來更多手柄專業內容。