myos1 大学生利用C++构建一个完整的操作系统打印helloworldmyos2 大学生利用C++构建一个完整的操作系统之响应键盘中断
myos3 大学生利用C++构建一个完整的操作系统之代码重构并实现键盘打字和鼠标移动
1. 按键中断
计算机自制操作系统（十六）：中断—键盘驱动 - 知乎 (zhihu.com)
在中断IDT 中 256个中断源产生的中断在IDT表中注册时, 全部指向了同一个中断服务程序 class InterruptHandler, 其实是不准确的, 因为并没有建立各自中断号和中断服务程序之间的一一对应关系, 所以接下来利用按键中断进行演示, 展示通过按键类继承中断服务器程序来实现按键的实际中断操作;
// keyboard.h
class KeyBoardDriver: public InterruptHandler { // 这里面继承中断服务程序, 在键盘初始化时
public:
KeyBoardDriver(InterruptManager *manager);
~KeyBoardDriver();
virtual uint32_t HandleInterrupt(uint32_t esp); // 继承与中断管理器中的中断处理方法
private:
Port8Bit dataport; // 数据端口
Port8Bit commandport; // 命令端口
};
1.1 键盘中断的初始化
键盘中断的具体流程就是当我们点击键盘时, 键盘上面的芯片8048会把键盘扫描码发送给主板上的8042, 而8042是按照字节码处理数据, 并存储到 输出缓冲区 , 然后8042会给中断代理 8059A发送中断信号, 这样中断控制器通过读取8042的输出缓冲区寄存器, 获得键盘的扫描码; 总的来讲, 操作系统其实是在对8042这个芯片进行数据的操作(读写)来识别中断的
键盘中断通过主8259A的IRQ1触发, 而CPU通过中断向量号来寻址待执行的中断代码
即
如此相当于在中断描述符表中注册了键盘中断对应的向量, 然后在重写中断处理函数HandleInterrupt就能实现按键中断
剩下的端口定义以及对端口的读写, 见i8042 键盘控制器-------详细介绍 - LinKArftc
同时还需要有一个知识点 电脑键盘的通码与断码 :
类型:通码(make code)和断码(break code)。
- 当一个键被按下或持续按住时，键盘会将该键的通码发送给主机;
- 而当一个键被释放时，键盘会将该键的断码发送给主机。
根据键盘按键扫描码的不同，在此可将按键分为如下几类:
- 第一类按键，通码为1字节, 断码为
。如A键，其通码为
，断码为
- 第二类按键，通码为2字节,$ 0xE0 + 0xNN$形式，断码为
形式。如
right ctrl键，其通码为，断码为
,
- 第三类特殊按键有两个，
print screen键通码为，断码为
;
pause键通码为; 断码为空。
通码断码表如下：
根据上述知识点, 可以获得下面的对应端口读写来初始化键盘 :
// keyboard.cpp
#include "drivers/keyboard.h"
KeyBoardDriver::KeyBoardDriver(InterruptManager* manager)
: InterruptHandler(0x01 + manager->HardwareInterruptOffset(), manager),
dataport(0x60), // 这里设定键盘控制器的数据端口
commandport(0x64){ // 这里设定键盘控制器的命令端口
while(commandport.Read() & 0x01){ // 清空键盘的input_buffer
dataport.Read();
}
commandport.Write(0xae); // 激活键盘
commandport.Write(0x20); // 8042芯片, 要读取一个字节
uint8_t status = (dataport.Read() | 1) & ~0x10; // 开启键盘中断
commandport.Write(0x60); // 告诉控制器, 我要开始写入了
dataport.Write(status);
dataport.Write(0xf4);
printf("finish keyboard init ! \n");
}
1.2 键盘中断的处理函数
这是一个简单的键盘中断的处理函数, 打印不同按键被按下和弹起后, 8042芯片所读到的字节码printf到屏幕上
// 这里会产生两次按键中断, 是因为啥呢, 是因为啥呢, 是因为按下和弹起
uint32_t KeyBoardDriver::HandleInterrupt(uint32_t esp) {
printf("have keyboard Interrupt !!! \n");
uint8_t key = dataport.Read();
char* foo = (char*)"KEYBOARD 0X00 ";
const char* hex = "0123456789ABCDEF";
foo[11] = hex[(key >> 4) & 0x0f];
foo[12] = hex[key & 0x0f];
printf((const char*)foo);
printf("\n");
return esp;
}
1.3 结果
2. 鼠标中断
2.1 鼠标中断初始化
其实鼠标中断和键盘中断是一样的, 都是通过对寄存器进行读写, 只不过鼠标中断的控制器在每次读写时, 还有三个字节的数据, 鼠标每一次动作都是3个字节数据，为什么是3个。想想也知道：两个坐标，一个状态;
#ifndef __MOUSE_H__
#define __MOUSE_H__
#include "common/types.h"
#include "hardware/interrupts.h"
#include "hardware/port.h"
using namespace myos;
using namespace myos::common;
using namespace myos::hardware;
// 鼠标中断是IQ2
class MouseDriver: public InterruptHandler {
public:
MouseDriver(InterruptManager *manager);
~MouseDriver();
virtual uint32_t HandleInterrupt(uint32_t esp); // 继承与中断管理器中的中断处理方法
private:
Port8Bit dataport; // 数据端口
Port8Bit commandport; // 命令端口
uint8_t buffer[3];
// 每次mouse读取数据是数据流,
// 两种模式: 三个字节和四个字节的包, 这里是使用的是三个字节的包
// xy的信息和左右中拿个按下的信息, x移动的距离, y移动的距离
// 触发一次中断, 读取一个字节
uint8_t offset; // 读取的哪个字节
uint8_t buttons; // 哪个按键被按下
int8_t x, y; // 鼠标位置初始化
};
这里面的初始化设置中间点显示白色
MouseDriver::MouseDriver(InterruptManager* manager)
: InterruptHandler(0x0C + manager->HardwareInterruptOffset(), manager),
dataport(0x60), // 这里设定键盘鼠标控制器的数据端口
commandport(0x64), // 这里设定键盘鼠标控制器的命令端口
offset(0),
buttons(0),
x(40), y(12){ // 默认鼠标在中间
uint16_t* VideoMemory = (uint16_t*)0xb8000;
VideoMemory[y * 80 + x] = ((VideoMemory[y * 80 + x] & 0xf000) >> 4) |
((VideoMemory[y * 80 + x] & 0x0f00) << 4) |
(VideoMemory[y * 80 + x] & 0x00ff); // 让中间的点变白
commandport.Write(0xa8);
commandport.Write(0x20);
uint8_t status = (dataport.Read() | 2) & ~0x20; // 按位设置开启鼠标
commandport.Write(0x60); // 告诉我们要些数据了
dataport.Write(status);
commandport.Write(0xd4); // 写入鼠标寄存器写数据了
dataport.Write(0xf4); // 告诉键盘或者数据开启鼠标
dataport.Read(); // 读取数据流
printf("finish mouse init ! \n");
}
2.2 中断处理函数
鼠标的中断处理函数 根据每次read到的三个字节的数据, 进行xy位置以及不同状态的显示
uint32_t MouseDriver::HandleInterrupt(uint32_t esp) {
uint8_t status = commandport.Read();
if (!(status & 0x20)) return esp; // 不是鼠标就直接返回esp
buffer[offset] = dataport.Read(); // 先读一个数据
offset = (offset + 1) % 3; // offset偏移一位
// offset为0, 则表示x, y操作过了, 只需要控制一下x,y即可
if (offset == 0) {
uint16_t* VideoMemory = (uint16_t*)0xb8000;
VideoMemory[y * 80 + x] = ((VideoMemory[y * 80 + x] & 0xf000) >> 4) |
((VideoMemory[y * 80 + x] & 0x0f00) << 4) |
(VideoMemory[y * 80 + x] & 0x00ff);
x += buffer[1];
if (x < 0) x = 0;
else if (x >= 80) x = 79;
y -= buffer[2];
if (y < 0) y = 0;
else if (y >= 25) y = 24;
VideoMemory[y * 80 + x] = ((VideoMemory[y * 80 + x] & 0xf000) >> 4) |
((VideoMemory[y * 80 + x] & 0x0f00) << 4) |
(VideoMemory[y * 80 + x] & 0x00ff);
for (uint8_t i = 0; i < 3; i++) {
// 判断buf是否是按键按下, 如果按下就进行翻转一下, 这里只需要判断buffer[0]的下三位表示左中右,
if ((buffer[0] & (1 << i)) != (buttons & (1 << i))) {
VideoMemory[y * 80 + x] = ((VideoMemory[y * 80 + x] & 0xf000) >> 4) |
((VideoMemory[y * 80 + x] & 0x0f00) << 4) |
(VideoMemory[y * 80 + x] & 0x00ff);
}
}
buttons = buffer[0];
}
return esp;
}