Avdeev

205

При включении питания или поступлении команды контроллера

FFh (сброс) клавиатура выполняет базовый тест, связанный с проверкой переключателей клавиш, внутренних ОЗУ и ПЗУ. Если базовый тест завершен успешно, то в контроллер передается код Aah (код ответа) и осуществляется сканирование переключателей клавиш. И наоборот, в случае ошибки в контроллер выводится код FCh.

Контроллер представляет собой однокристальный микрокомпьютер, взаимодействующий с процессором с помощью портов и аппаратного прерывания IRQ1. Доступ к портам выполняется по адресным сигналам А0 (младший бит адреса), CS (выбор кристалла) и сигналам управления RD (чтения порта), WR (запись в порт), а также с помощью команд. Передача данных между контроллером и процессором осуществляется по внутренней шине данных XD0-XD7, подключенной к системной шине данных SD0-SD7 через приемопередатчик (на см. рис. 8.5 это соединение не показано). Контроллер выполняет преобразование полученных от клавиатуры кодов нажатия (отжатия) клавиш в системные (стандартные для обработчика прерываний) скэн-коды, причем 2-байтовый код отпускания клавиши заменяется байтовым, у которого бит D7=1. Процессор устанавливает наличие в контроллере кодов нажатия (отпускания) через прерывание IRQ1, по которому определяется адрес вектора прерывания (36 или 24h, т. е. номер прерывания 9 умножается на 4), указывающий на фиксированнуюячейку оперативнойпамяти(0000:0024),хранящую4-байтовыйвек- тор прерывания (стартовый адрес обработчика прерывания). Кроме того, процессор с помощью обработчика прерывания выполняет анализ системного скэн-кода нажатия и преобразование его в 2-байтовый код, помещаемый в буфер клавиатуры (FIFO) оперативной памяти (RAM).

БуферклавиатурыRAMреализуетрежимкольцевойочередииможетхранить 15 двухбайтовых кодов нажатия, причем для обычных клавиш (алфавитно-цифро- вых),которымсоответствуюткодыASCII,вбуфереклавиатурыотводитсядвабайта, первый из которых является кодом ASCII, а второй - скэн-кодом (порядковым номером этой клавиши). Второй байт необходим для различения одинаковых клавиш.

206

При нажатии специальных клавиш, например, F1-F12, INS, DEL и т. д., которым присвоен двухбайтный расширенный код, в буфер клавиатуры RAM помещается также 2 байта, первый из которых равен 00, а второй содержит порядковый номер этой клавиши (скэн-код). Буфер клавиатуры представлен на рис. 8.6.

Рис. 8.6. Циклический буфер клавиатуры RAM

Начальный адрес буфера клавиатуры - 0040:001Е, а конечный адрес - 0040:003С. Буферу клавиатуры RAM соответствуют все 2-байтовые ячейки памяти с адресами 0040:001А и 0040:001С, первая из которых является указателем головы заносимых данных (определяет первые введенные 2 байта данных), а вторая - указателем хвоста (см. рис. 8.6). В этих ячейках обычно используется только младший байт. По мере занесения данных в сторону увеличения адреса буфера клавиатуры RAMменяетсясоответственноизначениеуказателяхвоста.Послезаполненияконца буфера клавиатуры данные заносятся в его начальные ячейки памяти, если они были удалены при чтении данных из буфера клавиатуры, приводящим к изменению значения (позиции) указателя головы. В результате подобных действий значения указателя хвоста оказываются меньше значения указателя головы. Кроме того, в буфере клавиатуры используется дополнительная 2-байтовая ячейка (пустая позиция), которая содержит код возврата каретки (13) и код ввода (28) и предшествует ячейке буфера, соответствующей указателю головы.

Если значения указателей головы и хвоста равны, то буфер клавиатуры пуст. Поэтому для очистки буфера клавиатуры следует установить равные значения в указателях головы и хвоста. В том случае, если буфер клавиатуры уже заполнен, а поступают другие данные, вырабатывается звуковой сигнал переполнения. Наличие

207

данных в буфере клавиатуры с целью их ввода можно определить по неравенству значений в указателях головы и хвоста.

Состояния нажатия и отпускания переключательных клавиш Caps Lock, Num Lock,ScrollLock,Ins,Shiftит.д.отражаютсявфиксированных ячейкахRAM(байтах состояния), имеющих адреса 0040:0017 и 0040:0018. Кроме того, информация о состоянии расширенной клавиатуры отмечается в ячейках с адресами 0040:0096 и 0040:0097. В этих ячейках задается состояние правых клавиш Ctrl, Alt и состояние индикаторов. При прерывании клавиатуры, если была нажата переключательная клавиша, устанавливается соответствующий бит одного из байтов состояния. Обработчик прерывания INT9h проверяет каждый раз состояние переключательных клавиш,чтобыправильноинтерпретироватьвводимыйкодклавиши,например,«С»или

«с».

При нажатии (отпускании) клавиши аппаратное прерывание IRQ1 вызывает обработчик прерывания INT09h, который выполняет следующие основные функции:

-сохранение содержимого регистров процессора;

-считывание и анализ номера клавиши из контроллера;

-преобразование этого номера с использованием таблиц в код ASCII и системный скэн-код;

-оповещение контроллера о завершении чтения номера клавиши;

-сбрасывание запроса в контроллере прерывания;

-передачу двухбайтного кода в буфер клавиатуры RAM;

-управление динамиком и буфером клавиатуры RAM и восстановление регистров процессора.

Кроме того, для некоторых комбинаций клавиш: Ctrl_Alt_Del (перезагрузка операционной системы), Ctrl_Break (формирование прерывания INT1Bh с установкой бита D7 в байте 0040:0071h), Alt_SysRq (вызов подфункции 85h прерывания INT15h) и т. д., выполняющих специальные функции, обработчик прерывания INT09h не использует скэн-коды в буфере клавиатуры RAM. Для других переключательных клавиш: Caps Lock, Num Lock и т. д. при их нажатии (отпускании) обработчик прерывания INT09h изменяет содержимое байтов состояния, размещенных в фиксированных ячейках RAM.

208

Обработчик (драйвер) программного прерывания INT16h употреб-

ляет функции:

-чтение кода нажатой клавиши (00h);

-проверка состояния буфера клавиатуры (01h);

-чтение байта состояния клавиатуры (02h);

-установка скорости повторения кода клавиши (03h);

-считывание кода нажатой клавиши (10h);

-проверка состояния буфера клавиатуры (11h);

-чтение байтов состояния клавиатуры (12h).

Функции 00h-02h предназначены для старой клавиатуры.

Функция 00h по значению указателя головы удаляет 2-байтный код из буфера клавиатуры, причем первый байт (код ASCII) помещается в регистр AL, а второй байт (скэн-код) - в регистр AH процессора. Если буфер клавиатуры пуст, то функция 00h ожидает нажатия клавиши (появления 2-байтного кода) и только потом передает управление программе.

Функция 01h позволяет исключить время ожидания нажатия клавиши путем проверки нажатия 2-байтных кодов в буфере клавиатуры. Эта функция сообщает только о готовности ввода с клавиатуры (устанавливает признак ZF=1, если буфер клавиатуры пуст).

Функция 02h предназначена для чтения байта состояния клавиатуры, который помещается в регистр AL.

Формат байта состояния (0040:0017) изображен на рис. 8.7.

Рис. 8.7. Формат байта состояния

209

Функция 03h управляет задержкой и частотой (скоростью) повто-

рения кода клавиши. Значение частоты повторения (число из диапазона 0-31) задается в регистре BL, а в регистре BH - задержка повторения (0-250 мс, 1-500 мс, ..., 3- 1000 мс).

В новой клавиатуре, имеющей 101 (102) клавишу, используется функция 00h, 01hи02hстаройклавиатуры.Этарасширеннаяклавиатура,какужеотмечалось,применяется в ПК РС/АТ и PS/2.

Функция 10h используется вместо функции 00h, если расширенная клавиатура работает в режиме 2, что позволяет получить коды для дополнительных клавиш. Общее назначение, входные и выходные параметры функций 00h и 10h совпадают. Аналогичным образом используется функция 11h вместо 01h. Функция 12h заменяет функцию 02h, если расширенная клавиатура работает в режиме 2. При выполнении функции 12h байты состояния размещаются в регистрах AL и АН, причем в регистре AL хранится первый байт состояния (см. рис. 8.7), а в регистре АН - второй байт состояния (0040:0018), формат которого показан на рис. 8.8.

Рис. 8.8. Формат второго байта состояния Рассмотрим структурную схему контроллера, показанную на рис. 8.9.

210

XD0 - XD7

Рис. 8.9. Структурная схема контроллера

Входной буфер подключается к шине XD0 -XD7 и содержит два 8 - битовых регистра данных и команд, доступных по записи и имеющих соответственно адреса 60h и 64h. Информация записывается во входной буфер, если сброшен бит D1 регистра состояния (64h), содержащего флаг входного буфера (IBF), который устанавливается в единицу при записи информации во входной буфер. Данные из входного буфера (регистра данных) передаются в клавиатуру и выполняется автоматический сброс IBF.

Выходной буфер включает 8-битовый регистр, адрес которого 60h. Содержимое этого регистра считывается, если бит DO регистра состояния (64h) равен единице (установлен флаг выходного буфера OBF), что указывает на наличие данных в выходном буфере (выходной буфер полон). При чтении выходного буфера бит DO (OBF) регистра состояния (64h) автоматически сбрасывается.

211

Читаемый регистр состояния (64h) предназначен для хранения информации о состоянии контроллера и интерфейса. Формат регистра состояния (64h) представлен на рис. 8.10.

биты

D7 1 - ошибка нечетного паритета

D6 1 - прием байта из клавиатуры не завершен

D5 1 - передача байта в клавиатуру не завершена

D4 0 - клавиатура заблокирована (защитный замок закрыт) D3 0 - в выходном буфере данные

1- в выходном буфере команда D2 0 - сброс по включению питания

1- программный сброс

D1 0 - входной буфер пуст (IBF)

D0 1 - выходной буфер полон (OBF)

Рис. 8.10. Формат регистра состояния

Доступ к другим портам контроллера выполняется с помощью специальных команд, так как из-за ограниченного числа контактов микросхемы I8042 они не имеют адресов. Команды C0h(R), D0h(R), D1h(W), и Е0h(R) (см. рис. 8.9) использу-

ются соответственно для чтения входного и выходного портов, записи в выходной порт и чтение порта Т0, Т1 (чтение состояния линий CLK и DATA интерфейса клавиатуры). Эти команды должны быть переданы в регистр команд входного буфера по адресу 64h.

Входной порт контроллера предназначен для чтения информации о конфигурации системы, используемой программами BIOC. Формат входного порта показан на рис. 8.11.

Рис. 8.11. Формат входного порта

212

Выходной порт доступен по записи (W) и чтению (R) и хранит значения выходных линий. Формат выходного порта представлен на рис. 8.12.

Рис. 8.12. Формат выходного порта

Значения порта состояния линий Т0 и Т1 считываются командой E0h(R), причем бит Т0 соответствует входному значению линии CLK, а бит Т1 - входному значению линии DATA.

Кроме того, контроллер содержит управляющий байт, доступный по чтению с помощью команды 20h(R) и по записи с использованием команды 60h(W).

Для считывания управляющего байта необходимо вначале записать команду 20h(R) в регистр команды (64h), а затем получить управляющий байт из выходного буфера (60h). Запись управляющего байта выполняется следующим образом. Предварительно в регистр команд (64h) входного буфера заносится команда 60h(W), а после этого содержимое управляющего байта - в регистр данных (60h) входного буфера. Формат управляющего байта изображен на рис. 8.13.

Рис. 8.13. Формат управляющего байта

213

Различают команды контроллера (некоторые из них были уже рассмотрены: C0h(R), D0h(R), D1h(W) и т.д.), команды управления клавиатурой и коды ответов клавиатуры.

Команда контроллера выводится процессором в регистр команд (64h) входного буфера и если у команды есть байт данных, то он загружается сразу после команды в регистр данных (60h) входного буфера.

Команды контроллера приведены в табл. 8.1.

Рассмотрим назначение команд контроллера. Команда ААh вызывает выполнение внутреннего теста контроллера. Если тест завершается успешно, то в выходной буфер (60h) помещается код 55h. Тест интерфейса (линий CLK и DATA) осуществляется командой AВh и в выходном буфере хранится результат тестирования (00 - ошибок нет, 01(03) - линия CLK(DATA) имеет нулевой уровень, 02(04) - на

214

линии CLK(DATA) установлен высокий уровень. По команде ADh производится отключение клавиатуры (данные не передаются и не принимаются), а по команде AЕh - разрешается работа клавиатуры (сбрасывается бит D4 управляющего байта). Команда C0h осуществляет чтение входного порта и занесение его содержимого в выходной буфер (60h).

Предварительно следует убедиться, что выходной буфер пуст, т.е. проверить бит D0(0BF) регистра состояния (64h). Чтение выходного порта исполняется командой D0h, которая помещает его содержимое в выходной буфер, если он пуст. Запись в выходной порт выполняется по команде D1h, за которой следует вывести байт по адресу 60h регистра данных, причем бит 0 выходного порта не должен быть равным нулю, иначе будет системный сброс. Для считывания значений порта Т0 и Т1 (значений входных линий CLK и DATA) в выходной буфер употребляется команда E0h. Команды F0h - FFh указывают своим кодом, какие четыре младших бита выходного порта следует сбросить, причем значение 0 определяет сброс бита.

Команды управления клавиатурой выводятся системным процессором как данные в регистр данных (60h) входного буфера контроллера, откуда передаются затем в клавиатуру. Клавиатура обязательно подтверждает прием команды управления, кроме команд EEh и FEh.

Команды управления клавиатурой представлены в табл. 8.2.