ZMK固件中无外接电源时瞬时层切换延迟问题解析

问题现象

在使用ZMK固件的分体式键盘时，用户发现当键盘未连接外部电源时，激活瞬时层切换功能(&mo)后立即按下该层上的按键会出现明显的延迟现象。具体表现为：

1. 有外接电源时：瞬时层激活后立即按键，所有按键都能正常触发
2. 无外接电源时：只有等待一定时间后再按键才能触发，快速连续按键会丢失部分按键事件

问题根源分析

通过日志分析和技术排查，发现该问题与ZMK的显示子系统工作方式有关：

1. 默认配置下，显示任务使用系统工作队列(System Work Queue)运行
2. 当无外接电源时，系统资源有限，显示任务会占用较多处理时间
3. 这导致按键事件处理被延迟，特别是从副半边传输过来的层切换事件
4. 日志显示部分按键事件甚至没有进入处理队列就被丢弃了

解决方案

通过修改ZMK配置，将显示任务分配到专用工作队列，可以彻底解决此问题：

CONFIG_ZMK_DISPLAY_WORK_QUEUE_DEDICATED=y

这一配置变更的作用是：

1. 为显示任务创建独立的工作队列线程
2. 避免显示任务与键盘事件处理任务竞争系统资源
3. 确保按键事件能够被及时处理，不受显示刷新的影响

技术原理深入

ZMK固件的显示子系统默认使用系统工作队列，这种设计在资源充足的情况下没有问题。但在以下场景可能出现性能问题：

1. 电池供电模式下，系统会进入低功耗状态
2. 处理能力受限时，高优先级任务可能阻塞事件处理
3. 分体键盘的无线通信增加了事件处理延迟

专用工作队列的解决方案实际上采用了"职责分离"的设计原则：

• 显示刷新：由专用线程处理，按固定频率运行
• 按键处理：由系统主线程处理，保证实时性
• 无线通信：由蓝牙协议栈处理，独立优先级

这种架构确保了各类任务互不干扰，特别适合资源受限的嵌入式环境。

实际应用建议

对于ZMK用户和开发者，遇到类似性能问题时可以考虑：

1. 首先检查是否是特定外设引起的问题
2. 分析系统日志，确认事件丢失的位置
3. 考虑将耗时任务移到专用线程
4. 在电池供电设备上特别注意资源竞争问题

该解决方案不仅适用于显示子系统，也可作为其他ZMK性能优化问题的参考思路。理解ZMK的任务调度机制有助于开发更稳定的键盘固件配置。

总结

ZMK固件在无外接电源时的层切换延迟问题，本质上是系统资源分配问题。通过为显示任务配置专用工作队列，可以有效解决这一性能瓶颈。这案例展示了嵌入式系统中任务调度的重要性，也为ZMK用户提供了宝贵的性能优化经验。