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myos2 大学生利用C++构建一个完整的操作系统之响应键盘中断
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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

动手写操作系统9----键盘&鼠标中断实现_大魔王-CSDN博客

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

$中断向量号=起始向量号+中断请求号$ 即 $HardwareInterruptOffset+0x01$

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 - 博客园 (cnblogs.com)

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)。

1. 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;
2. 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:

1. 第一类按键，通码为1字节, 断码为$0xF0+通码形式$。如A键，其通码为$0x1C$，断码为$0xF0,0x1C$
2. 第二类按键，通码为2字节,$ 0xE0 + 0xNN$形式，断码为$0xE0+0xF0+0xNN$形式。如 right ctrl键，其通码为$0xE00x14$，断码为$0xE00xF00x14$,
3. 第三类特殊按键有两个，print screen键通码为$0xE00x120xE00x7C$，断码为 $0xE00xF00x7C0xE00xF00x12$; pause键通码为$0xE10x140x770xE10xF00x140xF00x77$; 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

源码见我的gitee

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;
}