MIDI 技术参考

基于 MIDI 1.0 规范的完整技术参考，涵盖消息类型、Control Change、SysEx 协议与硬件连接。为 LdA 设备用户编写。

1. MIDI 概述

MIDI (Musical Instrument Digital Interface) 是电子乐器之间通信的国际标准协议，由 MMA (MIDI Manufacturers Association) 和 AMEI 于 1983 年首次发布。MIDI 传输的不是音频信号，而是演奏数据——如按下了哪个音符、力度多大、旋钮转了多少。

MIDI 使用异步串行通信，波特率为 31.25 Kbaud (±1%)，每字节包含 1 个起始位、8 个数据位和 1 个停止位（共 10 位，320 微秒）。数据以 5mA 电流环路形式传输，通过光耦隔离实现电气隔离。

2. 消息类型

消息	状态字节	数据字节	说明
Note Off	0x80-0x8F	Note, Velocity	音符释放
Note On	0x90-0x9F	Note, Velocity	音符按下（Velocity=0 等同于 Note Off）
复音触后	0xA0-0xAF	Note, Pressure	单键压力变化
Control Change	0xB0-0xBF	CC#, Value	控制器变化，CC#120-127 为通道模式消息
Program Change	0xC0-0xCF	Program #	切换音色/预设
通道触后	0xD0-0xDF	Pressure	通道整体压力
Pitch Bend	0xE0-0xEF	LSB, MSB	14-bit 弯音（中心=0x2000）
System Exclusive	0xF0	制造商标识 + 数据	制造商自定义消息，以 0xF7 结束
Timing Clock	0xF8	无	每四分音符 24 个时钟脉冲
Start / Stop / Continue	0xFA / 0xFC / 0xFB	无	实时传输控制
Active Sensing	0xFE	无	连接存活检测（每 300ms）

注：状态字节的低 4 位 (nnnn) 表示 MIDI 通道号 0-15→通道 1-16。

3. CC 参考

Control Change 消息使用状态字节 0xB0-0xBF（通道 1-16），后跟 CC 编号（0-127）和值（0-127）。CC#120-127 保留给通道模式消息。以下列出 MIDI 1.0 规范中定义的主要 CC 编号。

CC#	名称	范围	类型
0	Bank Select	0-127	MSB
1	Modulation Wheel	0-127	MSB
2	Breath Controller	0-127	MSB
4	Foot Controller	0-127	MSB
5	Portamento Time	0-127	MSB
6	Data Entry	0-127	MSB
7	Channel Volume	0-127	MSB
8	Balance	0-127	MSB
10	Pan	0-127	MSB
11	Expression	0-127	MSB
12	Effect Control 1	0-127	MSB
13	Effect Control 2	0-127	MSB
16	General Purpose 1	0-127	MSB
17	General Purpose 2	0-127	MSB
18	General Purpose 3	0-127	MSB
19	General Purpose 4	0-127	MSB
32	Bank Select LSB	0-127	LSB
38	Data Entry LSB	0-127	LSB
64	Damper Pedal (Sustain)	0-63=Off, 64-127=On	Switch
65	Portamento On/Off	0-63=Off, 64-127=On	Switch
66	Sostenuto	0-63=Off, 64-127=On	Switch
67	Soft Pedal	0-63=Off, 64-127=On	Switch
70	Sound Controller 1	0-127	LSB
71	Sound Controller 2	0-127	LSB
72	Sound Controller 3 (Release)	0-127	LSB
73	Sound Controller 4 (Attack)	0-127	LSB
74	Sound Controller 5 (Brightness)	0-127	LSB
80	General Purpose 5	0-127	LSB
81	General Purpose 6	0-127	LSB
82	General Purpose 7	0-127	LSB
83	General Purpose 8	0-127	LSB
91	Reverb Send Level	0-127	MSB
93	Chorus Send Level	0-127	MSB
98	NRPN LSB	0-127	LSB
99	NRPN MSB	0-127	MSB
100	RPN LSB	0-127	LSB
101	RPN MSB	0-127	MSB
120	All Sound Off	0	Mode
121	Reset All Controllers	0	Mode
122	Local Control	0=Off, 127=On	Mode
123	All Notes Off	0	Mode
124	Omni Mode Off	0	Mode
125	Omni Mode On	0	Mode
126	Mono Mode On	0-16	Mode
127	Poly Mode On	0	Mode

4. SysEx 详解

4.1 SysEx 消息通用格式

System Exclusive (SysEx) 是 MIDI 协议中用于制造商自定义通信的机制。每条 SysEx 消息以 0xF0 开始、0xF7 结束，中间携带制造商 ID 和自定义数据。LdA 使用临时制造商 ID 0x7D。

┌──────┬──────────┬────────┬────────┬────────────┬────────┬──────┐ │ 0xF0 │ Maker ID │Dev ID │ Command│ Data │ Checksum│ 0xF7 │ │ Start│ (1 byte) │(1 byte)│(1 byte)│ (N bytes) │ (1 byte)│ End │ └──────┴──────────┴────────┴────────┴────────────┴────────┴──────┘

字段说明

字段	字节数	说明
Start	1	0xF0 — SysEx 固定开始
Maker ID	1	0x7D — LdA 临时 ID
Dev ID	1	0x01=MS-3, 0x02=LS-4p3, 0xFF=通用查询
Command	1	命令编号
Data	0-N	命令相关数据
Checksum	1	XOR 校验：Maker ID ⊕ Dev ID ⊕ Command ⊕ Data[0..N-1]
End	1	0xF7 — SysEx 固定结束

4.2 校验和算法

uint8_t checksum = maker_id ^ dev_id ^ cmd;
for (int i = 0; i < data_len; i++) {
    checksum ^= data[i];
}

4.3 响应格式

设备收到命令后，返回响应消息。ResponseCode = Command | 0x80（命令字节的最高位设为 1 表示响应）。

F0 7D [DevID] [ResponseCode] [ResponseData] [Checksum] F7

4.4 错误响应

ErrorCode	含义
0x01	命令不支持
0x02	数据格式错误
0x03	校验和不匹配
0x04	设备忙碌（正在处理上一条命令）
0x05	存储区错误

4.5 命令集概览

命令范围	类别	示例命令
0x00-0x0F	系统命令	0x00=Firmware, 0x01=Device Info, 0x04=Ping
0x10-0x1F	预设管理	0x10=Read, 0x11=Write, 0x13=Switch, 0x14=Backup
0x20-0x2F	MIDI 控制	0x20=Send MIDI, 0x21=Configure Preset MIDI
0x30-0x3F	Loop 控制	0x30=Read Loops, 0x31=Toggle Loop, 0x32=Set All
0x40-0x4F	系统配置	0x40=Read Config, 0x42=Read MIDI Channel
0xF0-0xFF	固件升级	0xF0=Enter Bootloader, 0xF3=Data Block

4.6 命令示例：查询固件版本 (0x00)

发送：

F0 7D 01 00 [Checksum] F7

响应（固件 v1.2.3）：

F0 7D 01 80 01 02 03 00 [Checksum] F7

ResponseCode = 0x80 (0x00 | 0x80), 数据 = Major.Minor.Patch.Build

4.7 命令示例：切换 Loop 2 开 (0x31)

F0 7D 01 31 02 7F [Checksum] F7; LoopNum=2, State=0x7F（开）

5. MS-3 MIDI 实现

MS-3 支持标准 MIDI 消息和 SysEx 协议。通过 USB-C 或 5-pin DIN 接口连接，可用 Program Change 切换预设、Control Change 控制 Loop 开关，以及 SysEx 管理预设数据和系统配置。

MS-3 专用 CC 映射

CC#	功能	说明
0	Bank Select MSB	预设组切换
32	Bank Select LSB	预设组选择低字节
80	Loop 1	0-63=关, 64-127=开
81	Loop 2	0-63=关, 64-127=开
82	Loop 3	0-63=关, 64-127=开
90	Tap Tempo	踏三下设BPM
91	Global Tap	全局Tap
102	Preset Up	下一预设
103	Preset Down	上一预设
120	All Sound Off	静音所有
123	All Notes Off	关闭所有音符

Program Change 预设映射

PC 1-100

→ 预设 1-100

PC 127

→ Bypass 模式（所有 Loop 关闭）

6. 硬件连接

6.1 MIDI 物理接口

接口	规格	说明
5-pin DIN	31.25 Kbaud, 5mA current loop	MIDI 1.0 标准，光耦隔离，最长 15m
USB-C	USB MIDI Class Compliant	免驱，macOS/Windows 10+ 即插即用
TRS (3.5mm)	TRS MIDI (MMA RP-054)	Type A 适配器（MMA 标准），部分设备可能需要 Type B

6.2 Web MIDI API 集成

现代浏览器通过 Web MIDI API 支持 MIDI 通信。以下是 LdA 设备的 JavaScript 集成示例：

// Request MIDI access with SysEx support
const midi = await navigator.requestMIDIAccess({ sysex: true });

// Send SysEx to LdA device (e.g., query firmware)
function sendSysex(output, makerId, devId, cmd, data = []) {
  const checksum = [makerId, devId, cmd, ...data]
    .reduce((a, b) => a ^ b, 0);
  const msg = new Uint8Array([
    0xF0, makerId, devId, cmd, ...data, checksum, 0xF7
  ]);
  output.send(msg);
}

// Listen for MIDI input
input.onmidimessage = (event) => {
  const [status, ...rest] = event.data;
  if (status === 0xF0) {
    // SysEx received
    const [makerId, devId, responseCode, ...data] = rest;
    const cmd = responseCode & 0x7F;
    console.log('Response to cmd', cmd.toString(16), data);
  }
};

注：Chrome/Edge 支持 Web MIDI API。Safari/Firefox 需要用户手动启用或使用第三方扩展。