键盘上的输入是如何出现在显示器上的?
在上一篇,我讲了键盘操作会产生扫描码以及如何解析Pause
键和Print Screen
键的扫描码。
在这一篇,我会说清楚”键盘上的输入为什么会出现在显示器上“。
极简版
- 我们敲击键盘,产生扫描码。
- 操作系统获取扫描码,把扫描码解析成ASCII码。
- 操作系统把ASCII码写入显存,显示器上就会打印出显存中的可打印字符。
解析扫描码
在上一篇,我建立了一个Make Code和按键ASCII码(部分按键如Enter是我自己设置的值)的映射数组keyboardMap
。
按键不是Pause
,也不是Print Screen
,就进入下面的解析流程。
默认键值
- 当接收到的扫描码只有一个,
- 扫描码的类型是Make Code,
- 这个Make Code的值是
V
, - 那么键值是
keyboardMap[V *3]
。
另一个键值
- 接收到的第一个扫描码是Make Code,值是
V
。 - 从
keyboardMap
中查询出被按下的键是left_shift
或right_shift
。 - 设置
column
的值是1。 - 接收到第二个扫描码是Make Code,值是
N
。 - 从映射数组中查询这个扫描码对应的键值是:
keyboardMap[N * 3 + column]
。
注意,查询到的键值是keyboardMap[N * 3 + column]
。这就是键盘上的1
、A
这类按键与shift
键组合时的值,即默认值外的另一个值。
提问
请想一想,点击shift + A
键,读取扫描码的过程是什么样的?
Enter
Enter键和Backspace键很容易解析。获取扫描码(Make Code)S,获取键值keyboardMap[N * 3]
。
根据键值识别出是Enter键后就把光标设置到下一行。
识别出是Backspace就这样处理最新的两个字节:将高字节设置成0Fh
,将低字节设置成空字符的ASCII码;另外,将光标的位置后退两个字符。
Caps Lock等键
没有弄明白。
清屏
使用linux的命令行、显示器上打印满了字符,我们可以使用clear
让命令行终端的字符全部消失。让屏幕上的字符全部消失,这就是清屏。
clear
命令只是移动了光标的位置,并没有清除屏幕上的字符。按下方向键中的Up
能定位到已经消失的字符。
我们的清屏,是让字符彻底从屏幕上消失,无论怎么按Up
键都不会再看到字符。
清屏其实很简单,就是往写满字符的显存区域写入空字符。
tty
什么是tty
我觉得tty
是一个比较过时的功能,我几乎没用过。
想体验一番tty
是什么的同学,可以在安装了linux系统的电脑或虚拟机上按下shift + alt + f1
或shift + alt + f2
键在不同的tty之间切换。下面是我在虚拟机上切换tty的效果,一个是图形界面,一个是纯命令行界面。
VGA
我只讲述VGA
模式下的tty。
如上图所示,不同的tty窗口展示的内容完全不相同,在tty0窗口敲击键盘,数据只会出现在tty0的显示器;切换到tty1后,显示器上不会出现刚刚敲击键盘的数据;反过来也是一样。
不同tty之间,是完全隔离的,只是公用一个键盘。
VGA
是什么呢?我觉得弄清楚这个概念的方方面面没有更多的作用。对VGA
,了解有限的下面这些有限的知识就够了。
字符显示
在这种模式下,显示器一共能显示25行字符,每行80个字符。
每个字符占用2个字节,高字节是字符的颜色,低字节是字符的ASCII码。例如
mov ah, 0Ahmov al, 'A'
mov ah, 0Ah
中的 0Ah
的高4位和低4位分别是: 0000b
和 1010b
。它们分别设置字符的背景色和前景色。
mov al, 'A'
中的 A
是要打印的字符。
寄存器
VGA
模式下的显示器是一个硬件,提供了多组寄存器。
读写这些寄存器,能设置光标的位置、点击Up
等方向键能滚屏。
读写这类寄存器,需先往一类寄存器中写入另一类寄存器的索引,即往另一类寄存器的第N个寄存器中写入数据;然后往第二类寄存器写入数据,不需要再指定具体是哪个寄存器。
tty的实现
显示器上的内容是显存中的数据的映射。要让不同的tty窗口打印不同的内容,只需把显存分割成若干块,每个tty分配一块。
显示器一满屏所需空间是80 * 25 * 2 = 4000
个字节。显存的内存地址是0xB8000~~~0xBFFFF
,总计0xBFFFF - 0xB8000 + 1 = 0x8000 = 32768
字节。如果实现3个tty,每个tty对应的显存大小大概是32768 / 3 = 10922
个字节,能存储两”满屏“数据。
伪代码
每个tty设计一个缓冲区C1,数据从键盘缓冲区C2到这个缓冲区,然后再从C1读取数据写入对应tty的显存区域。
tty对应的显存区域,也设计一个结构来存储,叫Console
。
直接看伪代码吧。
typedef struct{// tty使用的显存的开始位置
int original_address;
// tty使用的显存的大小
int limit;
// tty使用显存的当前位置
int current_address;
// tty的光标位置
int cursor_address;
}Console;
typedef struct{
// 缓冲区下一个要处理的字符的
int tail;
// 缓冲区下一个空闲位置
int head;
// 缓冲区存储的数据的数量
int count;
// 存储数据的数组
int buff[256];
Console * console;
}TTY;
全局视角下的流程
- tty任务和其他用户进程(TestA等)一起初始化,并使用
restart
运行tty任务。 - tty任务的流程如下:
- tty任务遍历所有的tty窗口。
- 如果被遍历到的tty窗口是当前tty,从C1缓冲区读取数据D。
- 把D转换成ASCII码,然后交给写显存模块打印到显示器。
- 发生时钟中断,给tty任务建立快照,调度模块让用户进程上CPU运行。
- 用户敲击键盘,8048监测到键盘操作,读取扫描码(第2套),传输给8042。
- 8042把扫描码(第2套)转换成第1套,放入键盘缓冲区C2,通知8259A发生键盘中断。
- 在C2中的数据被取走前,8042不再接收新数据。
- 键盘中断例程
save
当前进程,从C2读取数据,然后放入C1。 - tty任务在某个时刻获得CPU控制权,执行第2步的流程。
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