敲击键盘后字符怎么出现在显示器

Posted 2021-09-15 东垂小夫

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

1. 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。
2. 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。
3. 8259A接收到通知后，告诉操作系统发生了键盘中断。
4. 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）。

1. 第一列是行号，值是Make Code，假设是A。
2. 第二列是A对应的键的默认值（没有按下shift键）。
3. 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：

1. 检查Make Code的开头是不是`E1。

   1. 不是，不是Pause键。
   2. 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。

Print Screen

识别算法和Pause键相同。

其他

下回分解。