我们每敲击一次电脑键盘,按键对应的字符就会出现在显示器上。这中间发生了什么?请听我慢慢细说。
相关概念
人对按键的操作,从两个维度去描述,一个是“动作”,另一个是“内容”。
按下一个按键,松开一个按键,按下一个按键并且保持按住状态一段时间(长按),这些都是动作。
每个按键和动作组合起来,会传送给计算机一个编码,这就是内容,术语是“扫描码”,对应的英语词汇是scan code
。
按下按键、长按键对应的扫描码叫“Make Code”,松开按键对应的扫描码叫“Break Code”。
Break Code
和Make Code
的关系是:Break Code = Make Code & 0x80
。
为什么两种编码之间有上面的关系?设计人员特意这样设计的。
三个硬件
8048
在键盘上执行某种操作(按键、长按、松开键)时,8048会检测到这个操作,把这个操作对应的扫描码发送给8042。
到现在为止,出现了三套编码方案,我们现在的键盘一般使用第2套方案。
8042
8042从8048接收到第2套方案的扫描码后,把它转换成第1套扫描码,并且放入缓冲区,最后,通知8259A发生了键盘中断。
中断例程取走缓冲区的数据后,8042才会接收新的数据。缓冲区的数据不被取走,8042就不会接收新数据。
8259A
8259A接收来自8042的键盘中断,让操作系统分派中断例程处理缓冲区的数据。
流程
- 人类敲击键盘,8048监测到”敲击了哪个键“,把对应的扫描码传送给8042。
- 8042接收到8048的数据后,将数据转换成第1套扫描码,放入缓冲区;然后通知8259A。
- 8259A接收到通知后,告诉操作系统发生了键盘中断。
- 操作系统运行键盘中断例程把缓冲区的数据取走;8042又可以重新接收新数据了。
解析扫描码
映射数组
在第1套扫描码中,一个Make Code对应一个按键。我们可以通过Make Code识别出当前被按下的键是哪个键。例如,A
键的Make Code是0x1E
;当操作系统接收到的Make Code是0x1E
时,就可以认为接收到的数据是A
。
然而,问题出现了。我们在实际输入中有输入A
和a
的需求。可扫描码方案中只有A
的扫描码,没有a
的扫描码。类似的按键还有数字键1、2、3
等。怎么解决这个问题呢?
先看看下面这个表格。
Make Code
0
1
2
0x1E
a
A
0
0x02
1
!
0
在上面的表格中,Make Code是行号,每行有三个不同的值。0x1E
行的第0列表表示a
,0x1E
行的第1列表示A
。
这能够实现一个键表示两种不同的值。
我们平时怎么获得一个键的不同值呢?以数字键1
为例。敲击数字键1
时,获取的值是1
;同时按下shift
键和数字键1
时,获取的值是感叹号!
。
在具体实现中,根据是否同时按下了shift
键来决定是获取第X行的第0列还是第1列。显然,按下shift
键,获取第1列;没有按下shift
键,获取第0列。
第1套扫描码一共有0x80
个,其实就是ASCII
码表中元素的个数。
我们仿照上面的表格建立一个元素更多的表格TB(表头相同,行数扩充到0x80行)。
- 第一列是行号,值是Make Code,假设是A。
- 第二列是A对应的键的默认值(没有按下
shift
键)。 - 第二列是A对应的键的另一个值(按下了
shift
键)。
然而,在键盘上存在不可打印的字符,例如esc、F1、F2
等。在TB中,这些不可打印的键对应的值是我们设置的某个数值(这一行的第0列和第1列的数值相同)。
怎么使用TB?根据Make Code找到对应的行,根据是否按下了shift
键决定是获取第0列还是第1列的值。
要在C语言中使用这个表格,只能将它用数组表示出来。把这个表格的每一行的第0列、第1列、第2列
按顺序组成一个数组keyMap
。
如果接收到的Make Code是MC,没有按下shift
键,对应的值是keyMap[MC * 3]
;按下shift
键,对应的值是keyMap[MC * 3 + 1]
。
反正就是这么回事,硬是要解释一下怎么弄出这个数组的,我解释不清楚。
Pause
Pause
键只有Make Code,没有Break Code。这是仅有的特例,其他键同时具有Make Code和Break Code。
Pause
键的Make Code是E1、1D、45、E1、9D、C5
。识别一个键是不是Pause
的算法是:
检查Make Code的开头是不是`E1。
- 不是,不是
Pause
键。 - 是,继续检查剩余的扫描码是不是
1D、45、E1、9D、C5
。不是,不是Pause
键;是,是Pause
键。
- 不是,不是
Print Screen
识别算法和Pause
键相同。
其他
下回分解。