KEYBOARD
键盘，咱们做计算机这一行的自然不必多说，天天与它打交道。但熟归熟，清楚键盘背后的原理吗？键盘上都标有各键的名称，表明了各键所代表的意义，但是计算机是如何知道的？组合键是怎样实现的？按下一个代表字符的键，怎么变成平常使用的ASCII码的？
看完本文，相信你就能了解键盘的本质，知晓这些问题答案。
01
相关介绍
键盘编码器
键盘编码器(i8048)，是键盘里的芯片，主要用来监控是否有键按下，弹起，然后向键盘控制器报告此键的相关信息。键盘编码器就像是键盘的嘴，让键盘能够说话，表达目前按键状态。Num Lock键和Caps Lock键的LED灯的开关也归它控制。
键盘扫描码
上述所说的信息就是键盘扫描码，一个键有按下就会有弹起，所以每个键会有两个状态，即每个键将会对应两个扫描码，键被按下时的编码叫做通码(makecode)，弹起时的编码叫做断码(breakcode)。
大部分键的通码和断码都是 8 位 1 字节，但有些操作控制键如 ctrl、alt，附加键如Insert，小键盘区如 /，方向键等是 2 字节甚至多个字节。有多个字节的扫描码都是以 0xe0 开头。只有Pause Break一个键是以 0xe1 开头。
断码与通码的关系：断码 = 通码 + 0x80。0x80 二进制表示为 1000 0000，所以对于断码和通码可以这样理解，它们由8位比特组成，最高位第7位表示按键状态，1表示按下，0表示弹起。
注：上述为第一套键盘扫描码的情况，现下使用的键盘基本使用的第二套键盘扫描码，但是为了兼容，最终还是要将第二套扫描码转化为第一套扫描码，这也是键盘控制器工作的一部分。
键盘控制器
键盘控制器(i8042)，不在键盘内部，被集成在南桥芯片上。它主要是接收键盘编码器发来的扫描码(第二套)，解码(转成第一套)后保存到自己的寄存器中，然后通过中断控制器发送中断请求。
i8042有4个寄存器，如下所示：
其中输入缓冲区和输出缓冲区共用0x60端口，状态控制器和控制寄存器共用一个0x64端口。
共用不会冲突吗？注意读写状态的不同，CPU使用int指令从8042读数据时 0x60 代表输出缓冲区，CPU使用out指令将数据写入8042时 0x60代表输入缓冲区，状态寄存器和控制寄存器同理。
注：输入输出要视对象决定，对键盘控制器来说是输出，那么对CPU来说则是输入，使用 in 指令。
每个寄存器都是8位的键盘insert键在哪个位置，保存扫描码时最多只能保存8位1字节的扫描码，每次键盘中断服务程序也只能处理 1 字节的扫描码。也就是说键盘中断的次数不是你按键、弹起的次数，而是按键、弹起对应的通码、断码(第一套)字节数。由此可以看出平时我们敲键盘时那是发生了无数次的中断呐。
那有的按键信息不是多个字节的扫描码吗? 的确是，但硬件环境如此，不能改变，只能在软件上下功夫，这就是接下来要说的键盘的中断程序，先看看键盘中断的流程，好有个清晰的路线。
02
键盘中断流程
其实上述的相关介绍已经涉及了部分键盘中断流程，在此从头至尾具体说说，先看流程图：
1. 键盘编码器监控是否有键按下或弹起，若有键按下，向键盘控制器发送此键的通码；若有键弹起，则发送断码(基本发送第二套键盘扫描码)。
2. 键盘控制器接收来自键盘编码器发来的扫描码，解码转化成第一套扫描码，保存到自己的输出缓冲区中，然后通过中断控制器向CPU发送键盘中断信号。
3. 后面的流程基本和上文讲的中断流程一样了，在此简述：未关中断的情况下CPU响应，中断控制器再通过数据线发送中断向量号，CPU据向量号定位中断服务程序，期间检查特权级自动压栈，然后运行中断服务程序处理中断。
03
键盘中断服务程序
键盘中断在所有的可屏蔽中断中优先级仅次于时钟中断，也需要尽快的处理。在Linux 0.11里的整个键盘服务程序都是用汇编来写的，汇编语言直接操作底层的指令，没有编译器来增加额外的东西，所以运行起来比高级语言写的程序快，但也增加了编写程序的难度。
linux0.11版本的键盘中断服务程序的框架源码如下图所示：
这个框架程序主要做了以下事情：
保护现场——压栈
上文中写到压栈ss, esp, eflags, cs, eip, error_code (若有特权级变化且中断带有错误码) 来保存现场，那只是CPU自动执行的部分，完全保存原任务的信息还是在中断处理程序中进行的。
如上图所示，键盘中断服务程序里通用寄存器只保存了4个，eax, ebx, ecx, edx，若为了省事不追求效率完全可以无脑操作pushad压栈所有的通用寄存器，但人家是Linux系统嘛，虽然只是0.11版本，但也要追求精确，效率，只压栈中断程序需要用到，可能破坏的寄存器。
读取扫描码
inb $0x60, al从键盘控制器的输出缓存区0x60端口读取扫描码。若不从输出缓冲区读取数据的话，键盘控制器是不会继续工作的，意思是无论你怎么按键，键盘控制器不会响应键盘操作，不会存下新的扫描码发送中断信号等。当然不读取扫描码后续的键盘中断程序也没法工作没有意义，在此只是说明一下。
判断是否为 0xe0 或 0xe1
如果扫描码是 0xe0 或者 0xe1，那说明这个键的扫描码是有多个字节的键盘insert键在哪个位置，需要先保存下来等待接下来的扫描码组合成完整的扫描码。
寻址、调用相应的键处理程序
拿到完整的扫描码之后就该去寻找相应的键处理程序了，源码中有个key_table，table, 说明它是一张表，或者说一个数组，这里面就按照扫描码大小存放了各个键的实际处理程序地址。
如何找到相应的键处理程序呢？其实跟数组用下表获取元素一样，只是汇编里面有一些听起来高大上的名词：据源码所示采用比例变址寻址的方式，即key_table(, %eax, 4)，也就是说相应的键处理程序的地址是key_table + eax * 4。key_table，相当于数组首地址；eax里面存放的扫描码，扫描码可以看成数字索引号，相当于数组下标；地址32位，4字节，所以乘4。
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