从0开始的操作系统手搓教程24——完成我们的键盘驱动子系统

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所以,我们现来说说转义字符

我们需要如何处理扫描码

当键入的是双字符键时

当键入的是字母键时

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我们下面来看看我们的键盘驱动子系统是一个怎么个事情。

驱动程序,你可以认为是对硬件的一层封装。我们按照手册规格的规定姿势,封装好一套一套的流程,我们上层的软件想要使用这个硬件,就直接找这个驱动接口,一个调用完事。这就是一个驱动。

所以,我们现来说说转义字符

我们下面呢,就是要准备讨论一个重要的东西:叫转义字符。因为我们编写键盘驱动程序,就必须要理解键盘如何处理一部分不可见字符的。

我的意思是------我们的字符集中的字符,分为两个大类:可见的字符和不可见的字符。可见的字符太好说了,abcdefg....,不可见的字符,则是一些输入控制字符。我们如何输入控制字符呢?啊哈,转义字符嘛!

在 C 语言中有三种转义字符。

  • 一般转义字符,'+单个字母'的形式。

  • 八进制转义字符,'\0+三位八进制数字表示的 ASCII 码'的形式。

  • 十六进制转义字符,'\x+两位十六进制数字表示的 ASCII 码'的形式。

我们实际上,就是将我们的字符的通码,转换成可见的ASCII字符,发送到上面需要的子程序。这样就完事了。

我们需要如何处理扫描码

当按下的键是可见字符时,屏幕上都会将其显示出来,比如按下了 a 键,屏幕上应该输出字符'a',给用户一个反馈,这样用户才觉得自己没按错,这是为打造好的用户体验最起码的素质。 当按下的键是控制字符时,我们应该做出相应的控制行为,并在屏幕上展现出这种行为,比如按下了backspace 键,咱们也应该在屏幕上让用户觉得光标所在处前面的字符被删掉了。

如果是一些用于操作方面的控制键,简称操作控制键,如<shift><ctrl><caps lock>,它通常是组合键,需要与其他键一起考虑,然后做出具体的行为展现,在键盘驱动中完成处理。 ​ 如果是一些用于字符方面的键,无论是可见字符,或是字符方面的控制键(简称字符控制键),如<backspace>,统统交给字符处理程序完成,比如咱们的 __ccos_putchar。还记得吗?__ccos_putchar能够处理 <backspace>,也就是'\b'。

所以,我们需要做的就是将操作控制键,转化成正确的含义传递给字符处理程序。也就是正确的ASCII码给我们的 __ccos_putchar

我们首先定义一下keymap,不然的话

cpp 复制代码
#ifndef KEYBOARD_MAPPINGS_H
#define KEYBOARD_MAPPINGS_H
#include "include/device/configs/keyboard_ascii.h"
​
// Key mappings table
static char keymap[[maybe_unused]][][2]  = {
    /* ---------------------------------- */
    /* 0x00 */  {0, 0},     
    /* 0x01 */  {ESC,   ESC},       
    /* 0x02 */  {'1',   '!'},       
    /* 0x03 */  {'2',   '@'},       
    /* 0x04 */  {'3',   '#'},       
    /* 0x05 */  {'4',   '$'},       
    /* 0x06 */  {'5',   '%'},       
    /* 0x07 */  {'6',   '^'},       
    /* 0x08 */  {'7',   '&'},       
    /* 0x09 */  {'8',   '*'},       
    /* 0x0A */  {'9',   '('},       
    /* 0x0B */  {'0',   ')'},       
    /* 0x0C */  {'-',   '_'},       
    /* 0x0D */  {'=',   '+'},       
    /* 0x0E */  {BACKSPACE, BACKSPACE}, 
    /* 0x0F */  {TAB,   TAB},       
    /* 0x10 */  {'q',   'Q'},       
    /* 0x11 */  {'w',   'W'},       
    /* 0x12 */  {'e',   'E'},       
    /* 0x13 */  {'r',   'R'},       
    /* 0x14 */  {'t',   'T'},       
    /* 0x15 */  {'y',   'Y'},       
    /* 0x16 */  {'u',   'U'},       
    /* 0x17 */  {'i',   'I'},       
    /* 0x18 */  {'o',   'O'},       
    /* 0x19 */  {'p',   'P'},       
    /* 0x1A */  {'[',   '{'},       
    /* 0x1B */  {']',   '}'},       
    /* 0x1C */  {ENTER,  ENTER},
    /* 0x1D */  {CTRL_L_CHAR, CTRL_L_CHAR},
    /* 0x1E */  {'a',   'A'},       
    /* 0x1F */  {'s',   'S'},       
    /* 0x20 */  {'d',   'D'},       
    /* 0x21 */  {'f',   'F'},       
    /* 0x22 */  {'g',   'G'},       
    /* 0x23 */  {'h',   'H'},       
    /* 0x24 */  {'j',   'J'},       
    /* 0x25 */  {'k',   'K'},       
    /* 0x26 */  {'l',   'L'},       
    /* 0x27 */  {';',   ':'},       
    /* 0x28 */  {'\'',  '"'},       
    /* 0x29 */  {'`',   '~'},       
    /* 0x2A */  {SHIFT_L_CHAR, SHIFT_L_CHAR},   
    /* 0x2B */  {'\\',  '|'},       
    /* 0x2C */  {'z',   'Z'},       
    /* 0x2D */  {'x',   'X'},       
    /* 0x2E */  {'c',   'C'},       
    /* 0x2F */  {'v',   'V'},       
    /* 0x30 */  {'b',   'B'},       
    /* 0x31 */  {'n',   'N'},       
    /* 0x32 */  {'m',   'M'},       
    /* 0x33 */  {',',   '<'},       
    /* 0x34 */  {'.',   '>'},       
    /* 0x35 */  {'/',   '?'},
    /* 0x36 */  {SHIFT_R_CHAR, SHIFT_R_CHAR},   
    /* 0x37 */  {'*',   '*'},       
    /* 0x38 */  {ALT_L_CHAR, ALT_L_CHAR},
    /* 0x39 */  {' ',   ' '},       
    /* 0x3A */  {CAPS_LOCK_CHAR, CAPS_LOCK_CHAR}
};
#endif

这个keymap,更多定义的是是否又跟shift进行组合的Keymap表,我的意思是------当我们只是嗯下A这个键的时候,正常出来的就是keymap[0x1e][0],然后,就是嗯下Shift的时候,我们正确的索引就是keymap[0x1e][1],这个没啥毛病,出来的是A

在keyboard_ascii.h的中(当时名字取得不太好),存放的是我们的键盘控制相关的定义,请看下文

cpp 复制代码
#ifndef KEYBOARD_ASCII_H
#define KEYBOARD_ASCII_H
​
/* Port and interrupt number for keyboard input */
#define KEYBOARD_BUF_PORT       (0x60)  // I/O port for keyboard buffer
#define KEYBOARD_INTERRUPT_N    (0x21)  // Keyboard interrupt number
​
/* ASCII control characters */
#define ESC         ('\x1b')  // Escape key
#define BACKSPACE   ('\b')    // Backspace key
#define TAB         ('\t')    // Tab key
#define ENTER       ('\r')    // Enter (carriage return)
#define DELETE      ('\x7f')  // Delete key
​
/* Invisible control characters (do not produce a visible output) */
#define INVISIBLE          (0)   // Represents an invisible keypress
#define CTRL_L_CHAR        INVISIBLE  // Left Control key
#define CTRL_R_CHAR        INVISIBLE  // Right Control key
#define SHIFT_L_CHAR       INVISIBLE  // Left Shift key
#define SHIFT_R_CHAR       INVISIBLE  // Right Shift key
#define ALT_L_CHAR         INVISIBLE  // Left Alt key
#define ALT_R_CHAR         INVISIBLE  // Right Alt key
#define CAPS_LOCK_CHAR     INVISIBLE  // Caps Lock key
​
/* Make codes for modifier keys (sent when key is pressed) */
#define SHIFT_L_MAKE       (0x2A)   // Left Shift key make code
#define SHIFT_R_MAKE       (0x36)   // Right Shift key make code
#define ALT_L_MAKE         (0x38)   // Left Alt key make code
#define ALT_R_MAKE         (0xE038) // Right Alt key make code (extended)
#define CTRL_L_MAKE        (0x1D)   // Left Control key make code
#define CTRL_R_MAKE        (0xE01D) // Right Control key make code (extended)
#define CAPS_LOCK_MAKE     (0x3A)   // Caps Lock key make code
​
/* Break codes for modifier keys (sent when key is released) */
#define ALT_R_BREAK        (0xE0B8) // Right Alt key break code (extended)
#define CTRL_R_BREAK       (0xE09D) // Right Control key break code (extended)
​
#endif

为了薄记我们的控制摁键的状态,笔者抽象了一个这样的结构体:

cpp 复制代码
/* Defines a structure to record the status of special keys */
static struct {
    bool ctrl_status;      // Indicates whether the Ctrl key is pressed
    bool shift_status;     // Indicates whether the Shift key is pressed
    bool alt_status;       // Indicates whether the Alt key is pressed
    bool caps_lock_status; // Indicates whether Caps Lock is active
    bool ext_scancode;     // Indicates if the scancode starts with 0xe0
} key_state;

上面的结构体就是用来处理我们的键盘的状态用的。上面的注释上我说的很清楚了。

下面,让我们仔细瞧瞧看!我们改造后的键盘中断处理程序是如何的。

cpp 复制代码
static void keyboard_intr_handler(void)
{
    // fetch the recordings
    bool prev_shift_down = key_state.shift_status;
    bool prev_caps_lock = key_state.caps_lock_status;
​
    bool break_code;
    uint16_t scancode = inb(KEYBOARD_BUF_PORT);
​
    if (scancode == SCANCODE_EXT) {
        key_state.ext_scancode = true;
        return;
    }

我们首先读取8042上的缓存的键盘扫描码,我们第一件事,就是看看我们的这一次是不是e0,是e0说明我们的键盘产生了多个扫描码,马上结束中断,准备好薄记。退出中断处理子程序

cpp 复制代码
    if(key_state.ext_scancode){
        scancode = ((0xe000) | scancode);
        key_state.ext_scancode = false;
    }

我们判断是不是发生过0xe0的收到,收到的话,我们就要合并上一次的0xe0:scancode = ((0xe000) | scancode);,然后关闭标记,方便我们接受下一次的0xe0.

我们下一步就是判断,这一次是断码还是通码。我们检查一下字节的最高位:

cpp 复制代码
// get break code
break_code = ((scancode & 0x0080) != 0); 

如果,我们收到的是一个断码,就要准备处理这个字符了(用户结束了输入,我们准备好清理一部分状态)

cpp 复制代码
    if (break_code) {
        // Extract the make code by masking the break code bit
        uint16_t make_code = (scancode &= 0xff7f);
​
        // Update the status of control keys if they are released
        if (make_code == CTRL_L_MAKE || make_code == CTRL_R_MAKE) {
            key_state.ctrl_status = false;
        } else if (make_code == SHIFT_L_MAKE || make_code == SHIFT_R_MAKE) {
            key_state.shift_status = false;
        } else if (make_code == ALT_L_MAKE || make_code == ALT_R_MAKE) {
            key_state.alt_status = false;
        }
​
        // Caps Lock does not toggle on release, so no update is needed here
        return;
    }

我们把最高位的1一清走,就得到了通码,为什么看通码呢?上一节想一想你松开Ctrl + A的Ctrl的,显然你就要结束全选全文了。那么,我们自然需要薄记------用户松开了Ctrl,不需要全选了。我们就要清理我们用来薄记的key_state的结构体的状态

我们的键盘上支支持到0x3a上,为了防止越界(其实更好的办法是取出来这个结构体的数组的大小做限制,但是笔者这里偷懒了,你可以自行尝试封装一个更好的判断)

走到下面,我们先要判断这个字符是不是非法的------我们看看,首先,我们要求这个扫描码必须在外面的处理范围内(还可以包含右ALT和右Ctrl键)

cpp 复制代码
    // Handle make codes for defined keys
    if (
        (scancode > 0x00 && scancode < 0x3b) || (scancode == ALT_R_MAKE) || (scancode == CTRL_R_MAKE) ){
        // handling inside
    }else{
        ccos_puts("unknown key\n"); // Handle undefined keys
    }

那些不是的,我们直接给一个提示就好了,你可以啥也不做,这取决于你。

下面准备处理了:主键盘区主要就是数字键和字母键,因此现在要考虑的是之前是否按下了<shift>键和<capslock>键,大伙儿知道,主键盘区中部分键有两个意义,当与 shift 配合使用时,表示键中上面的字符,为方便讨论,暂 称它们为双字符键。(因为不是shift的时候,表达的是其他的含义------举个例子,可能是1,2,3等等,这个你仔细看看你的键盘,凡是一个键盘上面挤着两个字符的都是双字字符)<shift>键和<capslock>键对双字符键和字母键的影响是不一样的.

当键入的是双字符键时

如果同时按下了<shift>键,则应该转换为数字键上面的那个符号,比如当前按下的是数字2,之前若按下 shift 未松手的话,现在应该将其转换为字符'@'。 <capslock>键是否开启,对双字符键无影响。

当键入的是字母键时

如果之前开启了<caps lock>键,则应该转换为大写字母。 如果之前同时按下了<shift>键不松手,但没有按下<capslock>键,则也应该转换为大写字母。 若之前同时按下了<capslock>键和<shift>键,<shift>键将<capslock>键的功能抵消,因此键入的是字母键应该转换为小写字母。

嗯,那这样说来,我们最终可以统一到shift键的处理上(别太麻烦,将大写锁定的作用也归结到shift变量上,这样事情简单一些)。所以请出一个变量叫shift。

  • 若 shift 为 false,则表示 shift 为 0,这表示一维数组中第 0 个元素,即 keymap[通码][0]

  • 若 shift 为 true,则表示 shift 为 1,这表示一维数组中第 1 个元素,即 keymap[通码][1]

复制代码
        bool shift =
            false; // Used to index characters from keymap based on Shift status

之后,我们处理这些双字字符:

  • 数字 0~9、字符'-'、字符'='的通码是< 0x0e。

  • 字符'`'的通码是 0x29。

  • 字符'['的通码是 0x1a。

  • 字符']'的通码是 0x1b。

  • 字符'\'的通码是 0x2b。

  • 字符';'的通码是 0x27。

  • 字符'''的通码是 0x28。

  • 字符','的通码是 0x33。

  • 字符'.'的通码是 0x34。

  • 字符'/'的通码是 0x35

cpp 复制代码
        // Special key ranges that require Shift to access additional characters
        if ((scancode < 0x0e) || (scancode == 0x29) || (scancode == 0x1a) ||
            (scancode == 0x1b) || (scancode == 0x2b) || (scancode == 0x27) ||
            (scancode == 0x28) || (scancode == 0x33) || (scancode == 0x34) ||
            (scancode == 0x35))
        {
            if (prev_shift_down) {
                shift = true;
            }	
        }
		else{
            // handling special keys
        }

如果是这些双字符键,并且按下了<shift>,那说明就是准备触发了第二列的索引,我们后面直接keymap[index][shift]的时候shift就是1嘛!

让我们看看else下的handling special keys的部分,实际上就是这个代码

cpp 复制代码
           // For alphabetic keys, Shift and Caps Lock together cancel each
            // other
            if (prev_shift_down && prev_caps_lock) {
                shift = false;
            } else if (prev_shift_down || prev_caps_lock) {
                shift = true;
            } else {
                shift = false;
            }

我们如果if (shift_down_last && caps_lock_last),说明我们同时嗯下了shift和caps lock,那就抵消了。

如果其中任何一个被嗯下,那事情就很简单了: shift = true;,余下的情况就是啥也没嗯下,

准备爬表!我们获取表的offset,办法就是直接提取低8位。剩下的位都已经在上面的判断处理干净了

cpp 复制代码
scancode &= 0x00ff;
char cur_char = keymap[scancode][shift]; // Retrieve the character from the keymap

如果我们是可见的字符(参考keyboard.ascii.h,笔者对一切不可见字符直接塞上了0,这个时候,如果我们键入了一个不可见的字符,cur_char索引的结果就是0)

cpp 复制代码
        // Add the character to the buffer if it is not null
        if (cur_char) {
            __ccos_putchar(cur_char);
            return;
        }

直接输出这个字符!

当然,如果是控制不可见字符,我们就是准备薄记状态了,请看:

cpp 复制代码
        // Update the status of control keys for the next input
        if (scancode == CTRL_L_MAKE || scancode == CTRL_R_MAKE) {
            key_state.ctrl_status = true;
        } else if (scancode == SHIFT_L_MAKE || scancode == SHIFT_R_MAKE) {
            key_state.shift_status = true;
        } else if (scancode == ALT_L_MAKE || scancode == ALT_R_MAKE) {
            key_state.alt_status = true;
        } else if (scancode == CAPS_LOCK_MAKE) {
            // Toggle Caps Lock status on each press
            key_state.caps_lock_status = !key_state.caps_lock_status;
        }

完事!直接上电看看情况。

非常好!

代码

CCOperateSystem/Documentations/9_Boost_BasicInputSubsystem/9.2_finish_input_subsystem_1_code at main · Charliechen114514/CCOperateSystemhttps://github.com/Charliechen114514/CCOperateSystem/tree/main/Documentations/9_Boost_BasicInputSubsystem/9.2_finish_input_subsystem_1_code

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从0开始的操作系统手搓教程25:使用环状缓冲区来让我们的键盘驱动真正的有作用起来-CSDN博客然而,上面的驱动程序,我相信不少朋友发现毛病了------那就是他是处理完一个字符之后,就迅速的扔掉,没法找到了。换而言之,我们需要一个缓冲区,让我们可以记住用户之前输入了什么。这不,环状缓冲区就来了。缓冲区就是为了解决生产者和消费者问题而存在的,想象一下。https://blog.csdn.net/charlie114514191/article/details/146105601

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