关于操作系统:从零开始写-OS-内核-键盘驱动

系列目录

• 序篇
• 筹备工作
• BIOS 启动到实模式
• GDT 与保护模式
• 虚拟内存初探
• 加载并进入 kernel
• 显示与打印
• 全局描述符表 GDT
• 中断解决
• 虚拟内存欠缺
• 实现堆和 malloc
• 第一个内核线程
• 多线程运行与切换
• 锁与多线程同步
• 进入用户态
• 过程的实现
• 零碎调用
• 简略的文件系统
• 加载可执行程序
• 键盘驱动
• 运行 shell

键盘输入

这个 kernel 系列我的项目到这里曾经实现了所有基本功能的搭建了，最初两篇算是拓展欠缺，咱们将会退出键盘性能，并在此基础上实现一个 shell 命令行界面。

键盘码

键盘的具体原理和实现比拟简短无聊，这里也不想浪费时间解释，感兴趣的话你能够在网上找材料钻研。本篇会尽可能地简单化解决，把很多底层细节省略掉，只关注外围实现原理。

一般来说键盘上你按一个键，而后松开，它会产生两个电信号：

• 按下键产生的那个信号叫通码（make code），就是接通的意思；
• 松开键产生的那个信号叫断码（break code），就是断开的意思；

通码和断码都称为扫描码（scan code），对于键盘来说是厚此薄彼的，就是发送一个信号给主机而已，操作系统接管到这一系列信号之后，则须要将它们翻译成对应的输入字符。一个键有通、断两个码是必要的，比方在用户界面上你能够决定是按下键就打印出字符，还是肯定要按下并松开才打印字符，这在用户感触上是不一样的；再例如某些组合键，Shift + a，零碎间断接管到 Shfit 的通码和 a 的通码，才会翻译成一个 A 的通码，两头不能够有 Shfit 的断码，否则示意 Shift 曾经松开。

中断触发

键盘的信号是通过中断来触发的，中断号 33，因而咱们首先为它注册中断 handler：

register_interrupt_handler(IRQ1_INT_NUM,
                           &keyboard_interrupt_handler);

在 keyboard_interrupt_handler 函数里，会从端口 0x60 读取输出的 scan code，而后将它退出到缓冲区暂存。这里咱们用到了一个环形缓冲区（ring buffer），它是一个容量无限的队列，键盘中断 handler 一直将新输出的 scan code 退出到这个缓冲区尾部，而消费者则从缓冲区头部一直地读取生产 scan code 并翻译成字符。

生产阻塞期待

scan code 缓冲队列消费者是函数 read_keyboard_char_impl，它的外围逻辑在函数 process_scancode，它的性能是将读入的 scan code 翻译为字符。不过它的实现细节不用深究，非常干燥简短，就是对着 scan code 码表翻译而已。

int32 read_keyboard_char_impl() {if (queue.size == 0) {return -1;}

  int32 augchar = process_scancode((int)dequeue());
  while (!(KH_HASDATA(augchar) && KH_ISMAKE(augchar))) {if (queue.size == 0) {return -1;}
    augchar = process_scancode((int)dequeue());
  }
  return KH_GETCHAR(augchar);
}

如果缓冲区是空的，或者以后的 scan code 不足以翻译成一个无效的字符（例如只读到一个 Shfit 的通码），那么它不会返回无效字符。留神它的退出判断条件：

(KH_HASDATA(augchar) && KH_ISMAKE(augchar))

即翻译进去的是一个无效字符并且是一个通码，就视作是一个非法的按键输出，须要返回给下层做反馈。

read_char 零碎调用

咱们从顶向下来看用户如何获取键盘输入的字符。键盘输入的解决是在 kernel 里的，作为 user 层，须要应用零碎调用来获取键盘输入。咱们定义一个新的零碎调用 read_char，具体实现是 read_keyboard_char 函数，它调用的正是下面的 read_keyboard_char_impl 函数。如果以后无无效字符能被翻译进去，它会阻塞以后线程，那么用户端看来就是程序会卡在这里，期待键盘输入。

如果有新的键盘中断进来，示意有新 scan code，那么 kernel 会唤醒阻塞在 read_keyboard_char 里的期待线程，让它持续生产 scan code 的缓冲区队列，尝试持续翻译无效字符进去。

能够用上面的测试程序，你会在屏幕上失去一个相似 shell 命令行，或者文本编辑器里的按键反馈输入字符的成果：

void test_read_char() {while (1) {int8 c = read_char();
        printf("%c", c);
    }
}