--- /dev/null
+## 准备工作
+
+```
+git checkout af336b49c908dc0d2b62846a19001d4dac7cad61
+```
+
+观看对应视频。
+
+## 代码分析
+
+### mutex
+
+```c
+#include <stdatomic.h>
+
+struct sem_t {
+ _Atomic unsigned int counter;
+ // FUTURE: might need a waiting list
+};
+```
+
+`stdatomic.h`里面的函数是可以使用的。我们会用到里面的原子操作。
+
+counter的类型是`unsigned int`的原子版本（_Atomic）
+
+如果sem->counter为0的话，就会一直等待。
+
+```c
+void sem_wait(struct sem_t *sem) {
+ while (!atomic_load(&sem->counter)) {
+ // TODO: yield the cpu
+ }
+ atomic_fetch_sub(&sem->counter, 1);
+}
+```
+
+增加变量的值
+
+```c
+void sem_post(struct sem_t *sem) {
+ atomic_fetch_add(&sem->counter, 1);
+ // TODO: wake up a thread
+}
+```
+
+mutex_lock需要获得锁，如果没有（sem->counter为0）就要等待。mutex_unlock会释放锁，sem->counter自增1。
+
+```c
+typedef struct sem_t mutex_t;
+
+static inline void mutex_init(mutex_t *mutex) {
+ sem_init(mutex, 1);
+}
+
+static inline unsigned int mutex_on_hold(mutex_t *mutex) {
+ return !atomic_load(&mutex->counter);
+}
+
+static inline void mutex_lock(mutex_t *mutex) {
+ sem_wait(mutex);
+}
+
+static inline void mutex_unlock(mutex_t *mutex) {
+ sem_post(mutex);
+}
+```
+
+### kernel/peripheral/ps2kbd.c
+
+`ps2_post_cmd`用于向端口写入命令
+
+`io_inb(PS2_PORT_CTRL_STATUS)`读取端口，读取后才能清空值。
+
+`PS2_PORT_CTRL_STATUS`代表Status Register，它在0x64。
+
+> Data should be written to the
+> controller's input buffer only if the input buffer's full bit in the
+> status register is equal to 0.[1]
+
+full bit就是第二位bit，如果输入缓冲区满，该bit为1
+
+> When the controller reads the input buffer, this bit will return to 0.[2]
+
+这里就是等待输入buffer被读取。如果没有被读取，就会阻塞在while。参数可以稍后再看。
+
+```c
+static void ps2_post_cmd(uint8_t port, char cmd, uint16_t arg) {
+ char result;
+ // 等待PS/2输入缓冲区清空，这样我们才可以写入命令
+ while((result = io_inb(PS2_PORT_CTRL_STATUS)) & PS2_STATUS_IFULL);
+
+ io_outb(port, cmd);
+ io_delay(PS2_DELAY);
+
+ if (!(arg & PS2_NO_ARG)) {
+ // 所有参数一律通过0x60传入。
+ io_outb(PS2_PORT_ENC_CMDREG, (uint8_t)(arg & 0x00ff));
+ io_delay(PS2_DELAY);
+ }
+}
+```
+
+因为写入端口需要时间，所以要使用`io_delay`。`io_delay`是用一个循环来实现的。
+
+```c
+static inline void
+io_delay(int counter)
+{
+ asm volatile (
+ " test %0, %0\n"
+ " jz 1f\n"
+ "2: dec %0\n"
+ " jnz 2b\n"
+ "1: dec %0"::"a"(counter));
+}
+```
+
+`ps2_issue_dev_cmd`调用`ps2_post_cmd`，最后要等待状态。之前等待的是`PS2_STATUS_IFULL`，这次等待的是`PS2_STATUS_OFULL`。这里循环里面进行了取反，表示output未满就等待。
+
+> The output buffer should be read only when the output buffer's full bit in the status register is 1.[3]
+
+```c
+static uint8_t ps2_issue_dev_cmd(char cmd, uint16_t arg) {
+ ps2_post_cmd(PS2_PORT_ENC_CMDREG, cmd, arg);
+
+ char result;
+
+ // 等待PS/2控制器返回。通过轮询（polling）状态寄存器的 bit 0
+ // 如置位，则表明返回代码此时就在 0x60 IO口上等待读取。
+ while(!((result = io_inb(PS2_PORT_CTRL_STATUS)) & PS2_STATUS_OFULL));
+
+ return io_inb(PS2_PORT_ENC_CMDREG);
+}
+```
+
+`ps2_kbd_init`函数可以看注释。该函数中的下面两个函数需要接着分析。
+
+```c
+ intr_subscribe(PC_KBD_IV, intr_ps2_kbd_handler);
+ timer_run_ms(5, ps2_process_cmd, NULL, TIMER_MODE_PERIODIC);
+```
+
+`intr_ps2_kbd_handler`在键盘中断（键盘按下或抬起时触发）时被调用。该函数会对键盘发出的扫描码进行预处理得到`Lunaix Keycode`，保存到`kbd_keycode_t`中。
+
+每5毫秒会执行一次`ps2_process_cmd`，来进一步处理。
+
+### ps2_kbd_init
+
+用于初始化，略。
+
+### kbd_keycode_t
+
+根据资料，数字1的扫描码是0x16，所以`scancode_set2[0x16]`是`KEY_NUM(1)`。即数组下标是扫描码，值为lunaix-os自定义的*Lunaix Keycode*。如果不想查资料，可以在中断处理函数中打印接收的扫描码。
+
+```c
+// 大部分的扫描码（键码）
+static kbd_keycode_t scancode_set2[] = {
+ 0, KEY_F9, 0, KEY_F5, KEY_F3, KEY_F1, KEY_F2, KEY_F12, 0, KEY_F10, KEY_F8, KEY_F6,
+ KEY_F4, KEY_HTAB, '`', 0, 0, KEY_LALT, KEY_LSHIFT, 0, KEY_LCTRL, 'q', KEY_NUM(1),
+ 0, 0, 0, 'z', 's', 'a', 'w', KEY_NUM(2), 0, 0, 'c', 'x', 'd', 'e', KEY_NUM(4), KEY_NUM(3),
+ 0, 0, KEY_SPACE, 'v', 'f', 't', 'r', KEY_NUM(5),
+ 0, 0, 'n', 'b', 'h', 'g', 'y', KEY_NUM(6), 0, 0, 0, 'm', 'j', 'u', KEY_NUM(7), KEY_NUM(8),
+ 0, 0, ',', 'k', 'i', 'o', KEY_NUM(0), KEY_NUM(9), 0, 0, '.', '/', 'l', ';', 'p', '-', 0, 0,
+ 0, '\'', 0, '[', '=', 0, 0, KEY_CAPSLK, KEY_RSHIFT, KEY_LF, ']', 0, '\\', 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0,
+ 0, KEY_BS, 0, 0, KEY_NPAD(1), 0, KEY_NPAD(4), KEY_NPAD(7), 0, 0, 0, KEY_NPAD(0), ON_KEYPAD('.'),
+ KEY_NPAD(2), KEY_NPAD(5), KEY_NPAD(6), KEY_NPAD(8), KEY_ESC, KEY_NUMSLK, KEY_F11, ON_KEYPAD('+'),
+ KEY_NPAD(3), ON_KEYPAD('-'), ON_KEYPAD('*'), KEY_NPAD(9), KEY_SCRLLK, 0, 0, 0, 0, KEY_F7
+};
+```
+
+对于字符1，它的category是0x0，sequence是0x31（1的ASCII值）。KEY_NUM(1)的值就是这么来的。
+
+```c
+// Lunaix Keycode
+// 15 7 0
+// key = |xxxx xxxx|xxxx xxxx|
+// key[0:7] = sequence
+// key[8:15] = category
+// 0x0: ASCII codes
+// 0x1: keypad keys
+// 0x2: Function keys
+// 0x3: Cursor keys (arrow keys)
+// 0x4: Modifier keys
+// 0xff: Other keys (Un-categorized)
+```
+
+再举一个例子，`KEY_F8`属于`Function keys`，`sequence`是0x07（这个值也是自定义的）。它的值是`(0x07 | 0x0200)`。
+
+可以理解成，Lunaix Keycode从两个维度来分类，一个是类型，一个是自定义序号。
+
+### intr_ps2_kbd_handler
+
+里面有一些对`kbd_state.state`的操作，用于切换视频中提到的状态机的状态。
+
+读取扫描码。
+
+```c
+ // Do not move this line. It is in the right place and right order.
+ // This is to ensure we've cleared the output buffer everytime, so it won't pile up across irqs.
+ uint8_t scancode = io_inb(PS2_PORT_ENC_DATA);
+ kbd_keycode_t key;
+```
+
+我们读取的不一定是scancode，还有可能是指令的返回码0xfa。对于这种数据不能用intr_ps2_kbd_handler处理。这个稍后来看。
+
+先来看看的一个case。如果`scancode == 0xf0`，说明释放了一个按键。状态改为`KBD_STATE_KRELEASED`。如果`scancode == 0xe0`，则使用特殊表`scancode_set2_ex`。如果都不是，就可以正常地获得Lunaix Keycode。
+
+```c
+switch (kbd_state.state)
+ {
+ case KBD_STATE_KWAIT:
+ if (scancode == 0xf0) { // release code
+ kbd_state.state = KBD_STATE_KRELEASED;
+ } else if (scancode == 0xe0) {
+ kbd_state.state = KBD_STATE_KSPECIAL;
+ kbd_state.translation_table = scancode_set2_ex;
+ } else {
+ key = kbd_state.translation_table[scancode];
+ kbd_buffer_key_event(key, scancode, KBD_KEY_FPRESSED);
+ }
+ break;
+```
+
+第二个case。在特殊处理的状态下，如果没有释放，就正常地获得Lunaix Keycode。最后换成普通的表。
+
+```c
+ case KBD_STATE_KSPECIAL:
+ if (scancode == 0xf0) { //release code
+ kbd_state.state = KBD_STATE_KRELEASED;
+ } else {
+ key = kbd_state.translation_table[scancode];
+ kbd_buffer_key_event(key, scancode, KBD_KEY_FPRESSED);
+
+ kbd_state.state = KBD_STATE_KWAIT;
+ kbd_state.translation_table = scancode_set2;
+ }
+ break;
+```
+
+最后一个case略。
+
+### kbd_buffer_key_event
+
+state完整位图布局如下
+
+```tex
+15-10 保留
+9 右ALT
+8 左ALT
+7 右CTRL
+6 左CTRL
+5 右SHIFT
+4 左SHIFT
+3 CAPSLOCK
+2 NUMLOCK
+1 SCREENLOCK
+0 此位为1（KBD_KEY_FPRESSED）表示按下，为0表示抬起
+```
+
+这里是用来记录是否CAPSLOCK等键处于按下状态。简单来说下面代码是用于设置state的一个位。因为我们的状态是用一个bit表示的，所以处理起来有些麻烦。如果用一个byte表示一个状态，可以直接用更简单的异或来切换。
+
+```c
+ if (key == KEY_CAPSLK) {
+ kbd_state.key_state ^= KBD_KEY_FCAPSLKED & -state;
+ } else if (key == KEY_NUMSLK) {
+ kbd_state.key_state ^= KBD_KEY_FNUMBLKED & -state;
+ } else if (key == KEY_SCRLLK) {
+ kbd_state.key_state ^= KBD_KEY_FSCRLLKED & -state;
+ }
+```
+
+state的值是0或者1。-state就是0x0或者0xffff。
+
+假如key == KEY_CAPSLK，而且state是1，kbd_state.key_state就会异或上0x8。
+
+假如key == KEY_CAPSLK，而且state是0，kbd_state.key_state就会异或上0。kbd_state.key_state不会改变
+
+所以按下CAPSLOCK再后抬起，kbd_state.key_state还是会CAPSLOCK锁定的状态。只有再次按下CAPSLOCK才会接触锁定。
+
+lunaix定义modifier的sequence刚好是每个modifier state bit相对于lshift的位移。这里的位移就是于根据key设置对应的modifier state。当按下lctrl，`key & 0xff == 2`，lshift 左移两位刚好等于lctrl state bit的位置，后面的state取补就是决定这个bit该不该被设置（如果release，就不用设置了）。
+
+```c
+} else {
+ if ((key & MODIFR)) {
+ kbd_kstate_t tmp = (KBD_KEY_FLSHIFT_HELD << (key & 0x00ff));
+ kbd_state.key_state = (kbd_state.key_state & ~tmp) | (tmp & -state);
+ }
+```
+
+如果按下了shift，就用`scancode_set2_shift`表。
+
+```c
+ else if (!(key & 0xff00) && (kbd_state.key_state & (KBD_KEY_FLSHIFT_HELD | KBD_KEY_FRSHIFT_HELD))) {
+ key = scancode_set2_shift[scancode];
+ }
+ state = state | kbd_state.key_state;
+ key = key & (0xffdf | -('a' > key || key > 'z' || !(state & KBD_KEY_FCAPSLKED)));
+```
+
+最后得到预处理好的key，存储到keyevent_pkt（）。
+
+最后是让键盘亮灯的操作，但是这个操作会产生返回码干扰我们的状态机。
+
+```c
+ if (state & KBD_KEY_FPRESSED) {
+ // Ooops, this guy generates irq!
+ ps2_device_post_cmd(PS2_KBD_CMD_SETLED, (kbd_state.key_state >> 1) & 0x00ff);
+ }
+```
+
+所以`intr_ps2_kbd_handler`中代码使用了叠加掩码的方式来保护状态机
+
+```c
+#ifdef KBD_ENABLE_SPIRQ_FIX
+ if ((kbd_state.state & 0xc0)) {
+ kbd_state.state -= KBD_STATE_CMDPROCS;
+
+ return;
+ }
+#endif
+```
+
+`ps2_device_post_cmd`略
+
+### 接收key
+
+kernel/lxinit.c调用了`kbd_recv_key`。直接打印了keyevent.keycode的最低字节。
+
+```c
+ struct kdb_keyinfo_pkt keyevent;
+ while (1) {
+ if (!kbd_recv_key(&keyevent)) {
+ // yield();
+ continue;
+ }
+ if ((keyevent.state & KBD_KEY_FPRESSED) &&
+ (keyevent.keycode & 0xff00) <= KEYPAD) {
+ tty_put_char((char)(keyevent.keycode & 0x00ff));
+ tty_sync_cursor();
+ }
+ }
+```
+
+`kbd_buffer_key_event`中存储的`kdb_keyinfo_pkt`会在`kbd_recv_key`中读取。视频讲过它的原理，而且比较简单，所以略过。
+
+```c
+int kbd_recv_key(struct kdb_keyinfo_pkt* key_event) {
+ if (!key_buf.buffered_len) {
+ return 0;
+ }
+ mutex_lock(&key_buf.mutex);
+
+ struct kdb_keyinfo_pkt* pkt_current = &key_buf.buffer[key_buf.read_ptr];
+
+ *key_event = *pkt_current;
+ key_buf.buffered_len--;
+ key_buf.read_ptr = (key_buf.read_ptr + 1) % PS2_KBD_RECV_BUFFER_SIZE;
+
+ mutex_unlock(&key_buf.mutex);
+ return 1;
+}
+```
+
+## 参考
+
+[1]IBM_PC_AT_Technical_Reference_Mar84, 1-40 System Board, Input Buffer
+
+[2]IBM_PC_AT_Technical_Reference_Mar84, 1-38 System Board, Status-Register Bit Definition, Bit 1
+
+[3]IBM_PC_AT_Technical_Reference_Mar84, 1-40 System Board, Output Buffer
git://scm.lunaixsky.com / lunaix-os.git / blobdiff