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[26423] 2021-04-26_天天当键盘侠，你知道从按键到响应的底层原理吗？

文档创建者：s7ckTeam
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最后更新：2025-01-19
2021-04-26_天天当键盘侠，你知道从按键到响应的底层原理吗？ 天 天 当 键 盘 侠 ， 你 知 道 从 按 键 到 响 应 的 底 层 原 理 吗 ？ L i n u x 学 习   2 0 2 1 - 0 4 - 2 6 以 下 文 章 来 源 于 程 序 员 小 灰   ， 作 者 R a n d 来 自 公 众 号 ： 来 自 公 众 号 ： 程 序 员 小 灰 程 序 员 小 灰 投 稿 人 ： R a n d 公 众 号 ： R a n d _ c s K E Y B O A R D 键 盘 ， 咱 们 做 计 算 机 这 一 行 的 自 然 不 必 多 说 ， 天 天 与 它 打 交 道 。 但 熟 归 熟 ， 清 楚 键 盘 背 后 的 原 理 吗 ？ 键 盘 上 都 标 有 各 键 的 名 称 ， 表 明 了 各 键 所 代 表 的 意 义 ， 但 是 计 算 机 是 如 何 知 道 的 ？ 组 合 键 是 怎 样 实 现 的 ？ 按 下 一 个 代 表 字 符 的 键 ， 怎 么 变 成 平 常 使 用 的 A S C I I 码 的 ？ 看 完 本 文 ， 相 信 你 就 能 了 解 键 盘 的 本 质 ， 知 晓 这 些 问 题 答 案 。 0 1 相 关 介 绍 相 关 介 绍 键 盘 编 码 器 键 盘 编 码 器 键 盘 编 码 器 ( i 8 0 4 8 ) ， 是 键 盘 里 的 芯 片 ， 主 要 用 来 监 控 是 否 有 键 按 下 ， 弹 起 ， 然 后 向 键 盘 控 制 器 报 告 此 ， 是 键 盘 里 的 芯 片 ， 主 要 用 来 监 控 是 否 有 键 按 下 ， 弹 起 ， 然 后 向 键 盘 控 制 器 报 告 此 键 的 相 关 信 息 。 键 的 相 关 信 息 。 键 盘 编 码 器 就 像 是 键 盘 的 嘴 ， 让 键 盘 能 够 说 话 ， 表 达 目 前 按 键 状 态 。 N u m   L o c k 键 和 C a p s L o c k 键 的 L E D 灯 的 开 关 也 归 它 控 制 。 键 盘 扫 描 码 上 述 所 说 的 信 息 就 是 键 盘 扫 描 码 ， 一 个 键 有 按 下 就 会 有 弹 起 ， 所 以 每 个 键 会 有 两 个 状 态 ， 即 每 个 键 将 会 一 个 键 有 按 下 就 会 有 弹 起 ， 所 以 每 个 键 会 有 两 个 状 态 ， 即 每 个 键 将 会 对 应 两 个 扫 描 码 ， 键 被 按 下 时 的 编 码 叫 做 通 码 对 应 两 个 扫 描 码 ， 键 被 按 下 时 的 编 码 叫 做 通 码 ( m a k e c o d e ) ， 弹 起 时 的 编 码 叫 做 断 码 ， 弹 起 时 的 编 码 叫 做 断 码 ( b r e a k c o d e ) 。 。 大 部 分 键 的 通 码 和 断 码 都 是 大 部 分 键 的 通 码 和 断 码 都 是   8   位 位   1   字 节 字 节 ， 但 有 些 操 作 控 制 键 如 控 制 键 如   c t r l 、 、 a l t ， 附 加 键 如 附 加 键 如 I n s e r t ， 小 键 盘 区 如 小 键 盘 区 如 /   ， 方 向 键 方 向 键 等 是   2   字 节 甚 至 多 个 字 节 。 有 多 个 字 节 的 扫 描 码 都 是 以   0 x e 0   开 头 。 只 有 只 有 P a u s e   B r e a k 一 个 键 是 一 个 键 是 以 以   0 x e 1   开 头 开 头 。 断 码 与 通 码 的 关 系 ： 断 码 断 码 与 通 码 的 关 系 ： 断 码   =   通 码 通 码   +   0 x 8 0 。 0 x 8 0   二 进 制 表 示 为   1 0 0 0   0 0 0 0 ， 所 以 对 于 断 码 和 通 码 可 以 这 对 于 断 码 和 通 码 可 以 这 程 序 员 小 灰 程 序 员 小 灰   . 一 群 喜 爱 编 程 技 术 和 算 法 的 小 仓 鼠 。
样 理 解 ， 它 们 由 样 理 解 ， 它 们 由 8 位 比 特 组 成 ， 最 高 位 第 位 比 特 组 成 ， 最 高 位 第 7 位 表 示 按 键 状 态 ， 位 表 示 按 键 状 态 ， 1 表 示 按 下 ， 表 示 按 下 ， 0 表 示 弹 起 。 表 示 弹 起 。 注 ： 上 述 为 第 一 套 键 盘 扫 描 码 的 情 况 ， 现 下 使 用 的 键 盘 基 本 使 用 的 第 二 套 键 盘 扫 描 码 ， 但 是 为 了 兼 容 ， 现 下 使 用 的 键 盘 基 本 使 用 的 第 二 套 键 盘 扫 描 码 ， 但 是 为 了 兼 容 ， 最 终 还 是 要 将 第 二 套 扫 描 码 转 化 为 第 一 套 扫 描 码 最 终 还 是 要 将 第 二 套 扫 描 码 转 化 为 第 一 套 扫 描 码 ， 这 也 是 键 盘 控 制 器 工 作 的 一 部 分 。 键 盘 控 制 器 键 盘 控 制 器 ( i 8 0 4 2 ) ， 不 在 键 盘 内 部 ， 被 集 成 在 南 桥 芯 片 上 。 它 主 要 是 接 收 键 盘 编 码 器 发 来 的 扫 描 码 主 要 是 接 收 键 盘 编 码 器 发 来 的 扫 描 码 ( 第 二 第 二 套 套 ) ， 解 码 ， 解 码 ( 转 成 第 一 套 转 成 第 一 套 ) 后 保 存 到 自 己 的 寄 存 器 中 ， 然 后 通 过 中 断 控 制 器 发 送 中 断 请 求 。 后 保 存 到 自 己 的 寄 存 器 中 ， 然 后 通 过 中 断 控 制 器 发 送 中 断 请 求 。 i 8 0 4 2 有 4 个 寄 存 器 ， 如 下 所 示 ： 其 中 输 入 缓 冲 区 和 输 出 缓 冲 区 共 用 0 x 6 0 端 口 ， 状 态 控 制 器 和 控 制 寄 存 器 共 用 一 个 0 x 6 4 端 口 。 共 用 不 会 冲 突 吗 ？ 注 意 读 写 状 态 的 不 同 ， C P U 使 用 i n t 指 令 从 8 0 4 2 读 数 据 时   0 x 6 0   代 表 输 出 缓 冲 区 ， C P U 使 用 o u t 指 令 将 数 据 写 入 8 0 4 2 时   0 x 6 0 代 表 输 入 缓 冲 区 ， 状 态 寄 存 器 和 控 制 寄 存 器 同 理 。 注 ： 输 入 输 出 要 视 对 象 决 定 ， 对 键 盘 控 制 器 来 说 是 输 出 ， 那 么 对 C P U 来 说 则 是 输 入 ， 使 用   i n   指 令 。 每 个 寄 存 器 都 是 每 个 寄 存 器 都 是 8 位 的 ， 保 存 扫 描 码 时 最 多 只 能 保 存 位 的 ， 保 存 扫 描 码 时 最 多 只 能 保 存 8 位 位 1 字 节 的 扫 描 码 ， 每 次 键 盘 中 断 服 务 程 序 也 只 能 字 节 的 扫 描 码 ， 每 次 键 盘 中 断 服 务 程 序 也 只 能 处 理 处 理   1   字 节 的 扫 描 码 。 也 就 是 说 键 盘 中 断 的 次 数 不 是 你 按 键 、 弹 起 的 次 数 ， 而 是 按 键 、 弹 起 对 应 的 通 字 节 的 扫 描 码 。 也 就 是 说 键 盘 中 断 的 次 数 不 是 你 按 键 、 弹 起 的 次 数 ， 而 是 按 键 、 弹 起 对 应 的 通 码 、 断 码 码 、 断 码 ( 第 一 套 第 一 套 ) 字 节 数 。 字 节 数 。 由 此 可 以 看 出 平 时 我 们 敲 键 盘 时 那 是 发 生 了 无 数 次 的 中 断 呐 。 那 有 的 按 键 信 息 不 是 多 个 字 节 的 扫 描 码 吗 ?   的 确 是 ， 但 硬 件 环 境 如 此 ， 不 能 改 变 ， 只 能 在 软 件 上 下 功 夫 ， 这 就 是 接 下 来 要 说 的 键 盘 的 中 断 程 序 ， 先 看 看 键 盘 中 断 的 流 程 ， 好 有 个 清 晰 的 路 线 。 0 2 键 盘 中 断 流 程 键 盘 中 断 流 程 其 实 上 述 的 相 关 介 绍 已 经 涉 及 了 部 分 键 盘 中 断 流 程 ， 在 此 从 头 至 尾 具 体 说 说 ， 先 看 流 程 图 ：
1 .   键 盘 编 码 器 监 控 是 否 有 键 按 下 或 弹 起 ， 若 有 键 按 下 ， 向 键 盘 控 制 器 发 送 此 键 的 通 码 ； 若 有 键 弹 起 ， 则 发 送 断 码 ( 基 本 发 送 第 二 套 键 盘 扫 描 码 ) 。 2 .   键 盘 控 制 器 接 收 来 自 键 盘 编 码 器 发 来 的 扫 描 码 ， 解 码 转 化 成 第 一 套 扫 描 码 ， 保 存 到 自 己 的 输 出 缓 冲 区 中 ， 然 后 通 过 中 断 控 制 器 向 C P U 发 送 键 盘 中 断 信 号 。 3 .     后 面 的 流 程 基 本 和 上 文 讲 的 中 断 流 程 一 样 了 ， 在 此 简 述 ： 未 关 中 断 的 情 况 下 C P U 响 应 ， 中 断 控 制 器 再 通 过 数 据 线 发 送 中 断 向 量 号 ， C P U 据 向 量 号 定 位 中 断 服 务 程 序 ， 期 间 检 查 特 权 级 自 动 压 栈 ， 然 后 运 行 中 断 服 务 程 序 处 理 中 断 。 0 3 键 盘 中 断 服 务 程 序 键 盘 中 断 服 务 程 序 键 盘 中 断 在 所 有 的 可 屏 蔽 中 断 中 优 先 级 仅 次 于 时 钟 中 断 ， 也 需 要 尽 快 的 处 理 。 在 L i n u x   0 . 1 1 里 的 整 个 键 盘 服 务 程 序 都 是 用 汇 编 来 写 的 ， 汇 编 语 言 直 接 操 作 底 层 的 指 令 ， 没 有 编 译 器 来 增 加 额 外 的 东 西 ， 所 以 运 行 起 来 比 高 级 语 言 写 的 程 序 快 ， 但 也 增 加 了 编 写 程 序 的 难 度 。 l i n u x 0 . 1 1 版 本 的 键 盘 中 断 服 务 程 序 的 框 架 源 码 如 下 图 所 示 ：
这 个 框 架 程 序 主 要 做 了 以 下 事 情 ： 保 护 现 场 — — 压 栈 上 文 中 写 到 压 栈 s s ,   e s p ,     e f l a g s ,   c s ,   e i p ,   e r r o r _ c o d e   ( 若 有 特 权 级 变 化 且 中 断 带 有 错 误 码 )   来 保 存 现 场 ， 那 只 是 C P U 自 动 执 行 的 部 分 ， 完 全 保 存 原 任 务 的 信 息 还 是 在 中 断 处 理 程 序 中 进 行 的 。 如 上 图 所 示 ， 键 盘 中 断 服 务 程 序 里 通 用 寄 存 器 只 保 存 了 4 个 ， e a x ,   e b x ,   e c x ,   e d x ， 若 为 了 省 事 不 追 求 效 率 完
全 可 以 无 脑 操 作 p u s h a d 压 栈 所 有 的 通 用 寄 存 器 ， 但 人 家 是 L i n u x 系 统 嘛 ， 虽 然 只 是 0 . 1 1 版 本 ， 但 也 要 追 求 精 确 ， 效 率 ， 只 压 栈 中 断 程 序 需 要 用 到 ， 可 能 破 坏 的 寄 存 器 。 读 取 扫 描 码 i n b   $ 0 x 6 0 ,   a l     从 键 盘 控 制 器 的 输 出 缓 存 区 0 x 6 0 端 口 读 取 扫 描 码 。 若 不 从 输 出 缓 冲 区 读 取 数 据 的 话 ， 键 盘 若 不 从 输 出 缓 冲 区 读 取 数 据 的 话 ， 键 盘 控 制 器 是 不 会 继 续 工 作 的 控 制 器 是 不 会 继 续 工 作 的 ， 意 思 是 无 论 你 怎 么 按 键 ， 键 盘 控 制 器 不 会 响 应 键 盘 操 作 ， 不 会 存 下 新 的 扫 描 码 发 送 中 断 信 号 等 。 当 然 不 读 取 扫 描 码 后 续 的 键 盘 中 断 程 序 也 没 法 工 作 没 有 意 义 ， 在 此 只 是 说 明 一 下 。 判 断 是 否 为   0 x e 0   或   0 x e 1 如 果 扫 描 码 是 如 果 扫 描 码 是   0 x e 0   或 者 或 者   0 x e 1 ， 那 说 明 这 个 键 的 扫 描 码 是 有 多 个 字 节 的 ， 需 要 先 保 存 下 来 等 待 接 下 来 ， 那 说 明 这 个 键 的 扫 描 码 是 有 多 个 字 节 的 ， 需 要 先 保 存 下 来 等 待 接 下 来 的 扫 描 码 组 合 成 完 整 的 扫 描 码 。 的 扫 描 码 组 合 成 完 整 的 扫 描 码 。   寻 址 、 调 用 相 应 的 键 处 理 程 序 拿 到 完 整 的 扫 描 码 之 后 就 该 去 寻 找 相 应 的 键 处 理 程 序 了 ， 源 码 中 有 个 k e y _ t a b l e ， t a b l e ,   说 明 它 是 一 张 表 ， 或 者 说 一 个 数 组 ， 这 里 面 就 按 照 扫 描 码 大 小 存 放 了 各 个 键 的 实 际 处 理 程 序 地 址 。 如 何 找 到 相 应 的 键 处 理 程 序 呢 ？ 其 实 跟 数 组 用 下 表 获 取 元 素 一 样 ， 只 是 汇 编 里 面 有 一 些 听 起 来 高 大 上 的 名 词 ： 据 源 码 所 示 采 用 比 例 变 址 寻 址 的 方 式 ， 即 k e y _ t a b l e ( ,   % e a x ,   4 ) ， 也 就 是 说 相 应 的 键 处 理 程 序 的 地 址 ， 也 就 是 说 相 应 的 键 处 理 程 序 的 地 址 是 是 k e y _ t a b l e   +   e a x   *   4 。 。 k e y _ t a b l e ， 相 当 于 数 组 首 地 址 ； e a x 里 面 存 放 的 扫 描 码 ， 扫 描 码 可 以 看 成 数 字 索 引 号 ， 相 当 于 数 组 下 标 ； 地 址 3 2 位 ， 4 字 节 ， 所 以 乘 4 。 回 复 现 场 — — 出 栈 压 栈 保 护 现 场 的 逆 过 程 ， 在 此 不 再 赘 述 ， 需 要 注 意 执 行 到 需 要 注 意 执 行 到   i r e t   时 的 栈 顶 应 是 时 的 栈 顶 应 是   e i p 。 。 0 4 键 处 理 程 序 键 处 理 程 序 键 的 扫 描 码 有 通 码 和 断 码 ， 有 着 不 同 的 处 理 ， 主 要 的 键 处 理 程 序 我 分 为 了 以 下 几 类 ( 各 点 开 头 出 现 的 名 字 都 是 L i n u x 0 . 1 1 中 实 际 键 处 理 程 序 的 函 数 名 称 ) ： 1 、 、   c t r l ， a l t ， c a p s ， s h i f t ， n u m 等 控 制 键 处 理 程 序 ， 整 个 键 盘 中 断 程 序 维 护 了 两 个 8 位 的 变 量 m o d e 和 l e d s 。 它 们 的 每 一 位 ( 没 用 完 ) 代 表 着 一 个 键 ， 1 表 示 按 下 ， 0 表 示 弹 起 。 m o d e   代 表 的 键 有 c a p s ,   a l t ,   c t r l ,   s h i f t 。 l e d s 代 表 的 键 有 N u m L o c k ,   C a p s L o c k ,   S c r o l l L o c k 。 所 以 操 作 控 制 键 的 键 处 理 程 序 就 是 设 置 变 量 的 相 应 位 。 所 以 操 作 控 制 键 的 键 处 理 程 序 就 是 设 置 变 量 的 相 应 位 。 2 、 、   d o _ s e l f ， 处 理 普 通 键 的 程 序 ， 主 要 的 功 能 就 是 将 扫 描 码 转 换 成 A S C I I 码 ， 然 后 放 进 键 盘 缓 冲 区 中 。 键 盘 中 断 程 序 维 护 了 一 张 扫 描 码 到 A S C I I 码 ， 名 为 k e y _ m a p 的 映 射 表 ， d o _ s e l f 依 据 这 张 表 做 转 换 。 3 、 、   f u n c ,   处 理 功 能 键 如 F x x 键 的 程 序 4 、 、   c u r s o r ， 设 置 光 标 位 置 ， 它 是 处 理 方 向 键 ， P g U p ， B a c k s p 等 键 的 程 序
5 、 、   u n c t r l ,   u n s h i f t 等 ， 将 m o d e 和 l e d s 复 位 ， 如 u n c t r l 将 m o d e 中 的 c t r l 位 置 0 。 6 、 、   n o n e ， 除 开 特 殊 键 的 断 码 对 应 的 键 处 理 程 序 ， 什 么 都 不 做 ， 直 接 返 回 。 而 特 殊 键 的 断 码 处 理 程 序 就 是 上 述 的 5 ， 复 位 就 行 。 由 上 ， 我 们 也 能 得 知 平 时 可 能 成 为 习 惯 但 没 具 体 关 注 的 几 个 问 题 ： 1 .   使 用 组 合 键 时 需 要 先 按 下 控 制 键 。 使 用 组 合 键 时 需 要 先 按 下 控 制 键 。 键 盘 的 中 断 程 序 为 这 些 控 制 键 设 置 了 标 识 ( m o d e / l e d s ) 。 先 按 下 控 制 键 ， 程 序 为 控 制 键 设 置 好 按 下 状 态 ， 再 处 理 后 到 来 的 键 时 会 检 查 这 些 标 识 ， 是 否 有 控 制 键 按 下 ， 以 便 做 出 不 同 的 操 作 。 2 .   组 合 键 按 键 时 有 顺 序 ， 但 弹 起 无 顺 序 要 求 。 组 合 键 按 键 时 有 顺 序 ， 但 弹 起 无 顺 序 要 求 。 由 上 面 的 键 处 理 程 序 可 知 ， 只 有 通 码 的 键 处 理 程 序 在 做 事 ， 而 断 码 的 键 处 理 程 序 除 了 特 殊 键 需 要 复 位 之 外 其 他 键 都 是 直 接 中 断 返 回 的 。 所 以 使 用 键 盘 控 制 输 入 时 重 要 的 是 按 键 ， 而 不 是 键 弹 起 ， 所 以 只 要 按 键 对 了 ， 怎 样 弹 起 并 不 重 要 。 3 .   一 直 按 着 某 个 键 时 会 一 直 触 发 键 盘 中 断 ， 若 是 普 通 的 字 符 键 ， 电 脑 屏 幕 可 能 会 出 现 一 直 打 印 某 个 字 符 的 现 象 。 若 是 一 些 控 制 键 ， 则 中 断 程 序 可 能 会 不 停 地 将 这 个 键 设 为 按 下 状 态 。 当 然 ， 键 盘 中 断 程 序 是 否 记 录 上 次 按 键 取 决 于 具 体 实 现 ， 大 多 是 不 记 录 的 ， 触 发 一 次 键 盘 中 断 就 处 理 一 个 扫 描 码 。 E N D 关 于 键 盘 控 制 输 入 的 原 理 就 是 这 样 ， 这 条 线 应 该 还 是 很 清 楚 的 。 键 盘 输 入 是 以 键 盘 中 断 为 核 心 的 ， 如 果 还 不 是 很 清 楚 ， 可 以 回 头 看 看 键 盘 中 断 的 流 程 图 。 好 啦 ， 本 文 就 到 这 里 ， 如 果 有 什 么 错 误 还 请 批 评 指 正 。 如 果 有 所 帮 助 ， 还 请 多 多 关 注 支 持 。 - - -   E O F   - - - 推 荐 推 荐 ↓ ↓ ↓
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