如何使用 x86 裸机组件获取键盘输入？

Question

我正在尝试将内核的第一部分拼凑在一起。 目前我已经将整个内核编译为 C 代码，并且我已经设法让它在控制台窗口中显示文本以及所有这些优点。 现在，我想开始接受键盘输入，这样我就可以真正利用它并开始进行流程管理。

我使用 DJGPP 进行编译，并使用 GRUB 加载。 我还使用了一小部分汇编，它基本上直接跳到我编译的 C 代码中，我很高兴从那里开始。

我所做的所有研究似乎都指向 $0x16 处的 ISR，用于从键盘缓冲区读取下一个字符。 据我所知，这应该将 ASCII 值存储在 ah 中，将键码存储在 al 中，或者类似的东西。 我尝试在内联汇编中使用以下例程对其进行编码：

char getc(void) 
{
    int output = 0;

    //CRAZY VOODOO CODE
    asm("xor %%ah, %%ah\n\t"
        "int $0x16"
        : "=a" (output)
        : "a" (output)
        : 

        );

    return (char)output;
}

调用此代码时，核心立即崩溃。 （我在 VirtualBox 上运行它，我觉得没有必要在真实硬件上尝试这种基本的东西。）

现在我实际上有几个问题。 没有人能够告诉我（因为我的代码是从 GRUB 启动的）我目前是否在实模式或保护模式下运行。 我还没有以某种方式进行跳跃，我计划在实模式下运行，直到设置了进程处理程序。

那么，假设我在实模式下运行，我做错了什么，以及如何修复它？ 我只需要一个基本的 getc 例程，最好是非阻塞的，但如果谷歌在这个例程上提供帮助，我就该死了。 一旦我能做到这一点，我就可以从那里做剩下的事情。

我想我在这里要问的是，我是否接近正确的轨道？ 在这一级别上，人们通常如何获得键盘输入？

编辑：哦...所以我正在保护模式下运行。 这无疑解释了尝试访问实模式函数时发生的崩溃。

所以我想我正在寻找如何从保护模式访问键盘 IO。 我也许可以自己找到，但如果有人碰巧知道，请随意。 再次感谢。

Answer 1

如果你使用 gcc 进行编译，除非你使用 Linux 内核使用的疯狂的“.code16gcc”技巧（我非常怀疑），否则你不能处于实模式。 如果您使用 GRUB 多重引导规范，GRUB 本身会为您切换到保护模式。 因此，正如其他人指出的那样，您必须直接与 8042 兼容的键盘/鼠标控制器对话。 除非它是 USB 键盘/鼠标并且禁用了 8042 仿真，否则您将需要 USB 堆栈（但您可以使用键盘/鼠标的“引导”协议，这更简单）。

没有人说编写操作系统内核很简单。

Answer 2

您获得的代码正在尝试访问实模式 BIOS 服务。 如果您在保护模式下运行，这可能考虑到您正在编写内核，那么中断将不起作用。 您将需要执行以下操作之一：

• 将 CPU 转换为实模式，确保中断向量表正确，并使用您拥有的实模式代码或
• 编写自己的保护模式键盘处理程序（即使用 in/out 指令） ）。

第一个解决方案将涉及运行时性能开销，而第二个解决方案将需要一些有关键盘 IO 的信息。

Answer 3

我有一个 GeekOS 似乎可以做到这一点

In_Byte(KB_CMD);

，然后

In_Byte(KB_DATA);

获取扫描码。 我把它放在： keyboard.c 和 keyboard.h。 KB_CMD 和 KB_DATA 分别为 0x64 和 0x60。 我或许还可以指出，这是在 intr:1 的中断处理程序中完成的。

Answer 4

你做的是正确的事情，但我似乎记得 djgpp 只生成保护模式输出，你不能从中调用中断。 您可以像其他人建议的那样进入实模式，还是更愿意直接寻址硬件？

Answer 5

为了便于解释，我们假设您自己用汇编语言编写了一切、引导加载程序和内核（*咳*我已经这样做了）。

在实模式下，您可以使用来自 BIOS 的中断例程。 您还可以用自己的中断向量替换中断向量。 然而，所有代码都是 16 位代码，与 32 位代码不二进制兼容。

当您跳过一些困难进入保护模式（包括重新编程中断控制器，以避开 IBM 在 PC 中使用 Intel 保留中断的事实）时，您有机会设置 16 位和 32 位代码段。 这可用于运行 16 位代码。 所以你可以用它来访问getchar中断！

... 不完全的。 为了使该中断正常工作，您实际上需要键盘缓冲区中的数据，该数据由不同的 ISR 放置在那里 - 当按下某个键时由键盘触发的 ISR。 有多种问题几乎会阻止您在保护模式下将 BIOS ISR 用作实际的硬件 ISR。 所以，BIOS键盘例程是没有用的。

另一方面，BIOS 视频通话则很好，因为没有硬件触发的组件。 您确实必须准备一个 16 位代码段，但如果它受到控制，那么您可以通过使用 BIOS 中断来切换视频模式等。

回到键盘：您需要（再次假设您正在编写所有代码）是编写键盘驱动程序。 除非你是一个受虐狂（我就是一个），否则不要去那里。

建议：尝试在实模式下编写多任务内核。 （这是 16 位模式。）您可以使用所有 BIOS 中断！ 您没有获得内存保护，但仍然可以通过挂钩定时器中断来获得抢占式多任务处理。

Answer 6

只是一个想法：查看 GRUB for DOS 源代码 (asm.s)，console_checkkey 功能正在使用 BIOS INT 16H Function 01，而不是您尝试执行的功能 00。 也许您想检查是否有某个键正在等待输入。

console_checkkey 代码将 CPU 设置为实模式以便使用 BIOS，如 @skizz 建议。

您还可以尝试直接使用 GRUB 函数（如果仍映射到实模式）。

关于读取汇编源代码的注意事项：在此版本中

movb    $0x1, %ah

意味着将常量字节 (0x1) 移动到寄存器 %ah

来自 GRUB asm.s 的 console_checkkey：

/*
 * int console_checkkey (void)
 *  if there is a character pending, return it; otherwise return -1
 * BIOS call "INT 16H Function 01H" to check whether a character is pending
 *  Call with   %ah = 0x1
 *  Return:
 *      If key waiting to be input:
 *          %ah = keyboard scan code
 *          %al = ASCII character
 *          Zero flag = clear
 *      else
 *          Zero flag = set
 */
 ENTRY(console_checkkey)
  push  %ebp
  xorl  %edx, %edx

  call  EXT_C(prot_to_real) /* enter real mode */

  .code16

  sti       /* checkkey needs interrupt on */

  movb  $0x1, %ah
  int   $0x16

  DATA32    jz  notpending

  movw  %ax, %dx
  //call    translate_keycode
  call  remap_ascii_char
  DATA32    jmp pending

notpending:
  movl  $0xFFFFFFFF, %edx

pending:
  DATA32    call    EXT_C(real_to_prot)
  .code32

  mov   %edx, %eax

  pop   %ebp
  ret

Answer 7

轮询键盘控制器的示例：

Start:
      cli
      mov al,2        ; dissable IRQ 1
      out 21h,al
      sti

;--------------------------------------
; Main-Routine
AGAIN:
      in al,64h       ; get the status
      test al,1       ; check output buffer
      jz short NOKEY
      test al,20h     ; check if it is a PS2Mouse-byte
      jnz short NOKEY
      in al,60h       ; get the key

; insert your code here (maybe for converting into ASCII...)

NOKEY:
      jmp AGAIN
;--------------------------------------
; At the end
      cli
      xor al,al       ; enable IRQ 1
      out 21h,al
      sti