【一个操作系统的设计与实现】第15章 键盘驱动（上）

到目前为止，我们的操作系统只能输出而不能输入。本章将要实现的是键盘驱动，其能让我们的操作系统接收键盘输入。

15.1 键盘驱动的原理

当按下键盘上的键时，发生了什么呢？原来，每当按下键盘上的键，键盘都会发起至少一次键盘中断；每当一个键弹起时，键盘又会发起至少一次键盘中断；如果一直按住一个键不松手，键盘就会连续不断的发起键盘中断。

键盘接在8259A主片的第二个接口上，所以，想要接收到键盘中断，就需要取消对这个接口的中断屏蔽。

当一个键被按下或弹起后，可以从0x60端口读取到一个数字，其被称为键盘扫描码（Keyboard scancode）。0x60端口是一个8位的端口，但键盘扫描码不一定是8位的，还有可能是16位的，甚至更多。对于此类多字节的键盘扫描码，键盘会连续多次发起中断，每个字节发起一次。

在计算机的发展过程中，键盘扫描码一共出现了三套，但我们无需关注此事，这是因为不管键盘实际使用的是哪一套键盘扫描码，其最终都会被转码为第一套键盘扫描码，然后存储到0x60端口以供读取。

上文提到，键盘上的键被按下和弹起时，都会发起中断。对于同一个键，其被按下和弹起时产生的键盘扫描码是不同的，分别被称为通码（Make code）和断码（Break code）。

完整的键盘扫描码表可以参考这个网页：https://wiki.osdev.org/PS/2_Keyboard#Scan_Code_Set_1。此外，笔者发现一些书籍和互联网上关于`/~这个键的断码常有误，请读者知悉。

我们的操作系统只支持主键盘上的键盘扫描码，如下表所示：

按键	通码	断码
ESC	0x1	0x81
1	0x2	0x82
2	0x3	0x83
3	0x4	0x84
4	0x5	0x85
5	0x6	0x86
6	0x7	0x87
7	0x8	0x88
8	0x9	0x89
9	0xa	0x8a
0	0xb	0x8b
-	0xc	0x8c
=	0xd	0x8d
Backspace	0xe	0x8e
Tab	0xf	0x8f
Q	0x10	0x90
W	0x11	0x91
E	0x12	0x92
R	0x13	0x93
T	0x14	0x94
Y	0x15	0x95
U	0x16	0x96
I	0x17	0x97
O	0x18	0x98
P	0x19	0x99
[	0x1a	0x9a
]	0x1b	0x9b
Enter	0x1c	0x9c
Left Ctrl	0x1d	0x9d
A	0x1e	0x9e
S	0x1f	0x9f
D	0x20	0xa0
F	0x21	0xa1
G	0x22	0xa2
H	0x23	0xa3
J	0x24	0xa4
K	0x25	0xa5
L	0x26	0xa6
;	0x27	0xa7
'	0x28	0xa8
`	0x29	0xa9
Left Shift	0x2a	0xaa
\	0x2b	0xab
Z	0x2c	0xac
X	0x2d	0xad
C	0x2e	0xae
V	0x2f	0xaf
B	0x30	0xb0
N	0x31	0xb1
M	0x32	0xb2
,	0x33	0xb3
.	0x34	0xb4
/	0x35	0xb5
Right Shift	0x36	0xb6
*（小键盘）	0x37	0xb7
Left Alt	0x38	0xb8
Space	0x39	0xb9
CapsLock	0x3a	0xba

从上表可以看出：

1. 所有的通码与断码之间都相差0x80
2. 键盘只负责产生键盘扫描码，不处理大小写，上挡键等。这部分功能由键盘驱动完成

15.2 键盘驱动的实现

键盘驱动的实现分为以下三个步骤：

1. 向8259A发送中断响应信号
2. 从0x60端口读取键盘扫描码
3. 实现一个函数，处理键盘扫描码。本章中，键盘驱动的目标是打印输入的键（如果输入的键是可打印字符的话）

请看本章代码15/Keyboard.h。

第5行，声明了keyboardDriver函数。

接下来，请看本章代码15/Keyboard.hpp。

第7\~15行，定义了__KEYBOARD_MAP_LIST变量，该变量定义了键盘扫描码和字符之间的关系。这是一个二维数组，第一维的索引值使用键盘扫描码；第二维的索引值使用0或1，表示上档状态。对于那些不可打印的字符，如Shift键等，在表格中以{'\0', '\0'}占位。

第17\~18行，定义了两个布尔值，分别用于表示Shift键和CapsLock键的状态。

keyboardDriver函数是键盘驱动的核心，其用于处理键盘扫描码。

第22\~25行，处理Shift键。Shift键有左右两个，其扫描码不同；并且，无论是通码还是断码，都意味着Shift键的状态发生了一次改变。

第26\~29行，处理CapsLock键。CapsLock键与Shift键不同，它是按一下切换一次状态。所以，只需要关注CapsLock键的通码。

第30\~41行，处理其他键。Shift键与CapsLock键混合在一起的逻辑比较复杂，描述如下：

1. Shift键影响所有的键
2. CapsLock键只影响字母键
3. 这两个键之间是异或关系，只能二选一。例如：如果CapsLock键已经被按下，再按住Shift键，打出的字母就是小写字母

第32\~35行，使用一个很长的逻辑表达式，将键盘扫描码转换成ASCII码。

第37\~40行，判断这个ASCII码是否可打印，如果是，就打印这个字符。

接下来，请看本章代码15/Int.s。

第5行，声明了外部链接的keyboardDriver函数。

第37行，将发送给8259A主片的中断屏蔽掩码从0xfe改成了0xfc，这样就打开了键盘中断。

第93行，删除了intTmpl 0x21宏展开，其将被intKeyboard函数代替。

intKeyboard函数是键盘中断处理函数。

第157\~159行，向8259A发送中断响应信号。

第161\~164行，从0x60端口读取键盘扫描码，然后调用keyboardDriver函数。

第168行，使用iret指令从中断返回。

第249行，将intKeyboard函数安装在intList中，从而，键盘驱动就会被Int.hpp中的__installIDT函数安装到IDT中。

15.3 测试

本章代码15/Kernel.c用于测试键盘驱动。