os_kernel/device/keyboard.c

#include "keyboard.h"
#include "stdint.h"
#include "ioqueue.h"
#include "../kernel/global.h"
#include "../lib/kernel/io.h"
#include "../lib/kernel/print.h"
#include "../kernel/interrupt.h"

/*用转义字符定义部分控制字符*/
#define esc '\033' // 八进制表示字符，也可以用十六进制'\x1b'
#define backspace '\b'
#define enter '\r'
#define tab '\t'
#define delete '\177' // 八进制表示字符，也可用十六进制 '\x7f'

#define char_invisible 0
#define ctrl_l_char char_invisible
#define ctrl_r_char char_invisible
#define shift_l_char char_invisible
#define shift_r_char char_invisible
#define alt_l_char char_invisible
#define alt_r_char char_invisible
#define caps_lock_char char_invisible

/*定义控制字符的通码和断码*/
#define shift_l_make 0x2a
#define shift_r_make 0x36
#define alt_l_make 0x38
#define alt_r_make 0xe038
#define alt_r_break 0xe0b8
#define ctrl_l_make 0x1d
#define ctrl_r_make 0xe01d
#define ctrl_r_break 0xe09d
#define caps_lock_make 0x3a
// #define mac_command_make 0xe05b

/*定义以下变量记录相应键是否按下的状态， ext_scancode 用于记录 makecode 是否以 0xe0 开头*/
static bool ctrl_status, shift_status, alt_status, caps_lock_status, ext_scancode;
/*定义键盘缓冲区*/
struct ioqueue keyboard_buf;
/*以通码 make_code 为索引的二维数组*/
static char keymap[][2] = {
    /*扫描码未与 shift 组合*/
    /* 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}
    /* 其它按键暂不处理 */
};

// 键盘中断处理程序
static void intr_keyboard_handler(void);

void keyboard_init(void)
{
    put_str("keyboard init start\n");
    // 1. 初始化键盘缓冲区
    ioqueue_init(&keyboard_buf);
    // 2. 注册键盘中断处理程序
    register_handler(0x21, intr_keyboard_handler);
    put_str("keyboard init done\n");
    return;
}

// 键盘中断处理程序
static void intr_keyboard_handler(void)
{
    /* 这次中断发生之前的上一次中断，以下任意三个键是否有按下 */
    // bool ctrl_down_last = ctrl_status;
    bool shift_down_last = shift_status;
    bool caps_lock_last = caps_lock_status;

    bool break_code;
    uint16_t scancode = inb(KBD_DATA_PORT); // 必须要读取输出缓冲寄存器，否则 8042 不再继续响应键盘中断

    /* 若 scancode 是 e0 开头的，表示此键的按下将产生多个扫描码，
    所以马上结束此次中断处理函数，等待下一个扫描码进来*/
    if (scancode == 0xe0)
    {
        ext_scancode = true;
        return;
    }

    /*如果上次是 0xe0 开头的，将扫描码合并 */
    if (ext_scancode)
    {
        scancode = ((0xe000) | scancode);
        ext_scancode = false;
    }

    /* 若 scancode 高 bit 为 1，表示此键弹起(断码) */
    break_code = ((scancode & 0x0080) != 0);
    if (break_code)
    {
        // 由于 ctrol_r 和 ctrol_l 的 make_code 和 break_code 都是两字节
        // 所以可用下面的方法取 make_code
        // !多字节的扫描码暂不处理 TODO:
        uint16_t make_code = (scancode &= 0xff7f);

        /* 若是任意以下三个键弹起了，将状态设置为 false */
        if (make_code == ctrl_l_make || make_code == ctrl_r_make)
        {
            ctrl_status = false;
        }
        else if (make_code == shift_l_make || make_code == shift_r_make)
        {
            shift_status = false;
        }
        else if (make_code == alt_l_make || make_code == alt_r_make)
        {
            alt_status = false;
        }
        /* caps_lock 不是弹起后关闭，所以需要单独处理*/

        return; // 直接返回结束此次中断处理程序
    }
    /* 若为通码 makecode，只处理数组中定义的键及 alt_right 和 ctrl 键*/
    else if ((scancode > 0x00 && scancode < 0x3b) || (scancode == alt_r_make) || (scancode == ctrl_r_make))
    {
        bool shift = false; // 判断是否与 shift 组合，用来在一维数组中索引对应的字符

        /** 代表两个字母的键
         * 0x0e 数字 '0'~'9', 字符'-', 字符 '='
         * 0x29 字符 '`'
         * 0x1a 字符 '['
         * 0x1b 字符 ']'
         * 0x2b 字符 '\\'
         * 0x27 字符 ';'
         * 0x28 字符 '\'
         * 0x33 字符 ','
         * 0x34 字符 '.'
         * 0x35 字符 '/'
         * * */
        if ((scancode < 0x0e) || (scancode == 0x29) ||
            (scancode == 0x1a) || (scancode == 0x1b) ||
            (scancode == 0x2b) || (scancode == 0x27) ||
            (scancode == 0x28) || (scancode == 0x33) ||
            (scancode == 0x34) || (scancode == 0x35))
        {
            if (shift_down_last)
                shift = true; // 如果同时按下了 shift 键
        }
        else // 默认为字母键
        {
            if (shift_down_last && caps_lock_last)
                shift = false; // 同时按下 shift 和 capslock 键
            else if (shift_down_last || caps_lock_last)
                shift = true; // 按下 shift 键或者 capslock 键
            else
                shift = false;
        }

        // 将扫描码的高字节置 0，主要针对高字节是 e0 的扫描码
        uint8_t index = (scancode &= 0x00ff);
        char cur_chr = keymap[index][shift];

        /* 只处理 ASCII 码不为 0 的键 */
        if (cur_chr)
        {
            if (!ioq_full(&keyboard_buf))
            {
                put_char(cur_chr);                   // 打印字符
                ioq_putchar(&keyboard_buf, cur_chr); // 加入缓冲区
            }
            return;
        }

        /* 记录本次是否按下了下面几类控制键之一，供下次键入判断组合键 */
        if (scancode == alt_l_make || scancode == alt_r_make)
            alt_status = true;
        else if (scancode == shift_l_make || scancode == shift_r_make)
            shift_status = true;
        else if (scancode == ctrl_l_make || scancode == ctrl_r_make)
            ctrl_status = true;
        else if (scancode == caps_lock_make)
            // 不管之前是否有按下 caps_lock 键，当再次按下时则状态取反
            caps_lock_status = !caps_lock_status;
    }
    else
    {
        put_str("\n\nUnknown key. make key: 0x");
        put_int(scancode);
        put_char('\n');
    }

    return;
}