操作系統 4.2-鍵盤

鍵盤中斷初始化和處理

提取的代碼如下：

// con_init 函數，初始化控制臺（包括鍵盤）的中斷
void con_init(void) {set_trap_gate(0x21, &keyboard_interrupt);
}
?
// 鍵盤中斷處理函數
.globl _keyboard_interrupt
_keyboard_interrupt:inb $0x60, %al // 從端口0x60讀掃描碼call key_table(%eax, 4) // 調用key_table+eax*4push $0call _do_tty_interrupt

總結：

這段代碼描述了鍵盤中斷初始化和處理的過程：

鍵盤中斷初始化 (con_init 函數)：
- con_init 函數設置鍵盤中斷門（trap gate），將鍵盤中斷處理函數 keyboard_interrupt 地址加載到中斷向量 0x21。
- 這個函數是控制臺（包括鍵盤）初始化的一部分，確保鍵盤輸入能夠觸發中斷。
鍵盤中斷處理 (_keyboard_interrupt 函數)：
- 當鍵盤被敲擊時，產生中斷信號。
- 中斷處理函數 _keyboard_interrupt 被調用，從端口 0x60 讀取鍵盤掃描碼。
- 調用 key_table 函數處理掃描碼，key_table 是一個查找表，用于將掃描碼轉換為字符。
- 將 0 壓棧，然后調用 _do_tty_interrupt 函數進一步處理字符輸出。

當用戶敲擊鍵盤時，觸發中斷，操作系統捕獲中斷并調用相應的中斷處理函數來讀取和處理鍵盤輸入。這是實現鍵盤輸入功能的關鍵步驟。

處理鍵盤輸入的掃描碼

提取的代碼如下：

// 在 kernel/chr_drv/keyboard.s 中定義的 key_table
key_table:.long none, do_self, do_self, do_self // 掃描碼00-03.long do_self, ..., func, scroll, cursor 等等
?
// do_self 函數
do_self:lea alt_map, %ebxtestb $0x20, mode // alt鍵是否同時按下jne 1flea shift_map, %ebxtestb $0x03, modejne 1flea key_map, %ebx
1:

總結：

這段代碼展示了 Linux 內核如何處理鍵盤輸入的掃描碼，并將它們轉換為字符輸出。具體來說：

定義 key_table 函數數組：
- key_table 是一個函數數組，用于處理不同的鍵盤掃描碼。每個條目對應一個掃描碼的處理函數。
處理掃描碼：
- 掃描碼 02 對應按鍵 1，01 對應 ESC，12 對應 E 等。
處理函數 do_self：
- do_self 函數用于處理特定的掃描碼。
- 它首先加載 alt_map 到 ebx 寄存器。
- 檢查 mode 寄存器，確定 alt 鍵是否被按下。
- 如果 alt 鍵被按下，它加載 shift_map 到 ebx 寄存器。
- 否則，它加載 key_map 到 ebx 寄存器。
- key_map、shift_map 和 alt_map 是映射表，用于將掃描碼轉換為相應的字符。
映射表：
- 映射表（如 key_map）用于將掃描碼轉換為字符。例如，a 的 key_map 映射為 a，而 shift_map 映射為 A。

這個過程展示了如何通過映射表和條件邏輯將鍵盤掃描碼轉換為字符，并將它們輸出到屏幕上。這是鍵盤輸入處理的核心部分，它確保了用戶輸入能夠被正確識別和顯示。

從 `key_map` 中取出對應的 ASCII 碼

提取的代碼如下：

#if defined(KBD_US)
key_map: .byte 0,27 .ascii "1234567890-="
shift_map: .byte 0,27 .ascii "!@#$%^&*()_+"
#elif defined(KBD_GR)...
#endif
?
# 繼續do_self，從1f開始，ebx放的是map起始地址
1: movb (%ebx, %eax), %al // 掃描碼索引，ASCII碼->alorb %al, %al ? ? je none  // 沒有對應的ASCII碼testb $0x4c, mode  // 看caps是否亮je 2f ?cmpb $'a, %al  jb 2fcmpb $'}, %al ? ja 2f  subb $32, %al // 變大寫
2: testb $??, mode  // 處理其他模式，如ctrl同時按下
3: andl $0xff, %eax call put_queue
none: ret

總結：

這段代碼展示了如何從 key_map 中取出對應的 ASCII 碼，并根據鍵盤的模式（如大寫鎖定 Caps Lock 或 Shift 鍵）進行相應的處理。以下是詳細步驟：

定義鍵盤映射表：
- key_map 和 shift_map 是兩個映射表，分別用于處理未按下 Shift 鍵和按下 Shift 鍵時的鍵盤輸入。
- 這些映射表將鍵盤掃描碼轉換為 ASCII 碼。
從 key_map 中取出 ASCII 碼：
- 根據掃描碼索引從 key_map 中取出對應的 ASCII 碼。
- 如果沒有找到對應的 ASCII 碼，則跳轉到 none 標簽。
處理大寫鎖定：
- 檢查 Caps Lock 模式是否激活（testb $0x4c, mode）。
- 如果激活，將小寫字母轉換為大寫字母（cmpb $'a, %al 和 subb $32, %al）。
處理其他模式：
- 檢查是否有其他模式激活，如 Ctrl 鍵同時按下（testb $??, mode）。
- 根據需要處理這些模式。
將字符放入隊列：
- 將處理后的 ASCII 碼放入輸出隊列（put_queue）。
返回：
- 如果沒有找到對應的 ASCII 碼，則返回（none: ret）。

處理鍵盤輸入并將字符放入隊列中

提取的代碼如下：

// put_queue 函數
put_queue:movl _table_list, %edxmovl head(%edx), %ecx
1:movb %al, buf(%edx, %ecx)...
// do_tty_interrupt 函數
void do_tty_interrupt(int tty) {copy_to_cooked(tty_table + tty);
}
?
// copy_to_cooked 函數
void copy_to_cooked(struct tty_struct *tty) {GETCH(tty->read_q, c);if (L_ECHO(tty)) { // 回顯，也可以不回顯PUTCH(c, tty->write_q);tty->write(tty); } // 立刻顯示到屏幕上PUTCH(c, tty->secondary); // 完成copy_to_cooked... wake_up(&tty->secondary.proc_list);
}

總結：

這段代碼描述了 Linux 內核如何處理鍵盤輸入并將字符放入隊列中的過程：

put_queue 函數：
- 該函數負責將字符放入 con.read_q 隊列中。
- 它首先將 _table_list 地址加載到 edx 寄存器，然后獲取 head 指針到 ecx 寄存器。
- 接著，它從緩沖區 buf 中取出字符并放入隊列中。
do_tty_interrupt 函數：
- 該函數處理鍵盤中斷，調用 copy_to_cooked 函數來處理鍵盤輸入。
copy_to_cooked 函數：
- 該函數從 tty->read_q 隊列中獲取字符。
- 如果 L_ECHO 標志被設置（表示回顯），則將字符放入 tty->write_q 隊列中。
- 然后調用 tty->write(tty) 函數將字符立刻顯示到屏幕上。
- 將字符放入 tty->secondary 隊列中，完成 copy_to_cooked 操作。
- 最后，喚醒等待在 tty->secondary.proc_list 隊列中的進程。

這個過程展示了如何將鍵盤輸入的字符處理并放入隊列中，以便后續顯示在屏幕上。

鍵盤處理的步驟總結

中斷初始化：
- 鍵盤作為控制臺（console）的一部分，其中斷通過 con_init 函數進行初始化，設置中斷門（trap gate）以響應鍵盤事件。
中斷處理：
- 當用戶敲擊鍵盤時，產生中斷信號，操作系統通過中斷處理程序 keyboard_interrupt 來響應這個中斷。
- 中斷處理程序從鍵盤的端口（通常是 0x60）讀取掃描碼。
掃描碼轉換：
- 根據讀取到的掃描碼，調用 key_table 函數數組來查找對應的處理函數或映射表。
- 掃描碼對應鍵盤上的不同按鍵，如 02 對應數字鍵 1，01 對應 ESC 鍵等。
字符映射：
- 對于顯示字符，使用 key_map 映射表將掃描碼轉換為 ASCII 碼。
- 如果按下 Shift 或 Alt 等修飾鍵，可能會使用 shift_map 或 alt_map 來獲取大寫字母或特殊字符。
隊列處理：
- 將轉換得到的 ASCII 碼放入 write_q 隊列中，等待顯示設備（如顯示器）來讀取并顯示。
- 如果設置了回顯（L_ECHO），則同時將字符放入 read_q 隊列中，以便用戶可以看到自己輸入了什么。
顯示字符：
- con_write 函數負責從 write_q 隊列中取出字符并通過顯示器驅動程序 tty_write 輸出到屏幕上。
緩沖和回顯：
- copy_to_cooked 函數處理 read_q 隊列中的字符，可能包括回顯邏輯，即將字符回顯到屏幕上。

到顯示器和鍵盤的交互

這張圖展示了Linux內核中字符設備（特別是TTY設備）的讀寫流程。以下是流程的總結：

寫流程（從上到下）：

系統調用 (write) ：應用程序通過系統調用 write 向內核請求寫操作。
字符設備接口 (crw_table[]) ：系統調用被路由到字符設備接口，具體到 char_dev.c 文件中的相關函數。
TTY設備寫 (tty_write) ：字符設備接口調用 tty_write 函數，該函數位于 tty_io.c 文件中。
write_q隊列：寫操作的數據被放入 write_q 隊列中。
顯示器寫 (con_write) ：數據從 write_q 隊列被取出并通過 con_write 函數寫入顯示器，該函數位于 console.c 文件中。
顯示器：最終數據被顯示在顯示器上。

讀流程（從下到上）：

主機鍵盤：用戶通過鍵盤輸入數據。
keyboard.S：鍵盤輸入的數據被處理并放入 read_q 隊列中。
read_q隊列：鍵盤輸入的數據存儲在 read_q 隊列中。
TTY設備讀 (tty_read) ：應用程序通過系統調用 read 請求讀操作，該請求被路由到 tty_read 函數，該函數位于 tty_io.c 文件中。
字符設備接口 (crw_table[]) ：tty_read 函數通過字符設備接口返回數據給應用程序。
系統調用 (read) ：最終數據被返回給應用程序。