在上一篇，我講了鍵盤操作會產生掃描碼以及如何解析`Pause`鍵和`Print Screen`鍵的掃描碼。 在這一篇，我會說清楚”鍵盤上的輸入為什麼會出現在顯示器上“。 ## 極簡版 1. 我們敲擊鍵盤，產生掃描碼。 2. 作業系統獲取掃描碼，把掃描碼解析成ASCII碼。 3. 作業系統把ASCII碼寫入視訊記憶體，顯示器上就會打印出視訊記憶體中的可列印字元。 ## 解析掃描碼 在上一篇，我建立了一個Make Code和按鍵ASCII碼（部分按鍵如Enter是我自己設定的值）的對映陣列`keyboardMap`。 按鍵不是`Pause`，也不是`Print Screen`，就進入下面的解析流程。 ### 預設鍵值 1. 當接收到的掃描碼只有一個， 2. 掃描碼的型別是Make Code， 3. 這個Make Code的值是`V`， 4. 那麼鍵值是`keyboardMap[V *3]`。 ### 另一個鍵值 1. 接收到的第一個掃描碼是Make Code，值是`V`。 2. 從`keyboardMap`中查詢出被按下的鍵是`left_shift`或`right_shift`。 3. 設定`column`的值是1。 4. 接收到第二個掃描碼是Make Code，值是`N`。 5. 從對映陣列中查詢這個掃描碼對應的鍵值是：`keyboardMap[N * 3 + column]`。 注意，查詢到的鍵值是`keyboardMap[N * 3 + column]`。這就是鍵盤上的`1`、`A`這類按鍵與`shift`鍵組合時的值，即預設值外的另一個值。 #### 提問 請想一想，點選`shift + A`鍵，讀取掃描碼的過程是什麼樣的？ ### Enter Enter鍵和Backspace鍵很容易解析。獲取掃描碼(Make Code)S，獲取鍵值`keyboardMap[N * 3]`。 根據鍵值識別出是Enter鍵後就把游標設定到下一行。 識別出是Backspace就這樣處理最新的兩個位元組：將高位元組設定成`0Fh`，將低位元組設定成空字元的ASCII碼；另外，將游標的位置後退兩個字元。 ### Caps Lock等鍵 沒有弄明白。 ## 清屏 使用linux的命令列、顯示器上列印滿了字元，我們可以使用`clear`讓命令列終端的字元全部消失。讓螢幕上的字元全部消失，這就是清屏。 `clear`命令只是移動了游標的位置，並沒有清除螢幕上的字元。按下方向鍵中的`Up`能定位到已經消失的字元。 我們的清屏，是讓字元徹底從螢幕上消失，無論怎麼按`Up`鍵都不會再看到字元。 清屏其實很簡單，就是往寫滿字元的視訊記憶體區域寫入空字元。 ## tty ### 什麼是tty 我覺得`tty`是一個比較過時的功能，我幾乎沒用過。 想體驗一番`tty`是什麼的同學，可以在安裝了linux系統的電腦或虛擬機器上按下`shift + alt + f1`或`shift + alt + f2`鍵在不同的tty之間切換。下面是我在虛擬機器上切換tty的效果，一個是圖形介面，一個是純命令列介面。   ### VGA 我只講述`VGA`模式下的tty。 如上圖所示，不同的tty視窗展示的內容完全不相同，在tty0視窗敲擊鍵盤，資料只會出現在tty0的顯示器；切換到tty1後，顯示器上不會出現剛剛敲擊鍵盤的資料；反過來也是一樣。 不同tty之間，是完全隔離的，只是公用一個鍵盤。 `VGA`是什麼呢？我覺得弄清楚這個概念的方方面面沒有更多的作用。對`VGA`，瞭解有限的下面這些有限的知識就夠了。 #### 字元顯示 在這種模式下，顯示器一共能顯示25行字元，每行80個字元。 每個字元佔用2個位元組，高位元組是字元的顏色，低位元組是字元的ASCII碼。例如 ```assembly mov ah, 0Ah mov al, 'A' ``` `mov ah, 0Ah` 中的 `0Ah` 的高4位和低4位分別是： `0000b` 和 `1010b`。它們分別設定字元的背景色和前景色。 `mov al, 'A'` 中的 `A` 是要列印的字元。 #### 暫存器 `VGA`模式下的顯示器是一個硬體，提供了多組暫存器。 讀寫這些暫存器，能設定游標的位置、點選`Up`等方向鍵能滾屏。 讀寫這類暫存器，需先往一類暫存器中寫入另一類暫存器的索引，即往另一類暫存器的第N個暫存器中寫入資料；然後往第二類暫存器寫入資料，不需要再指定具體是哪個暫存器。 ### tty的實現 顯示器上的內容是視訊記憶體中的資料的對映。要讓不同的tty視窗列印不同的內容，只需把視訊記憶體分割成若干塊，每個tty分配一塊。 顯示器一滿屏所需空間是`80 * 25 * 2 = 4000`個位元組。視訊記憶體的記憶體地址是`0xB8000~~~0xBFFFF`，總計`0xBFFFF - 0xB8000 + 1 = 0x8000 = 32768`位元組。如果實現3個tty，每個tty對應的視訊記憶體大小大概是`32768 / 3 = 10922`個位元組，能儲存兩”滿屏“資料。 #### 虛擬碼 每個tty設計一個緩衝區C1，資料從鍵盤緩衝區C2到這個緩衝區，然後再從C1讀取資料寫入對應tty的視訊記憶體區域。 tty對應的視訊記憶體區域，也設計一個結構來儲存，叫`Console`。 直接看虛擬碼吧。 ````c typedef struct{ // tty使用的視訊記憶體的開始位置 int original_address; // tty使用的視訊記憶體的大小 int limit; // tty使用視訊記憶體的當前位置 int current_address; // tty的游標位置 int cursor_address; }Console; typedef struct{ // 緩衝區下一個要處理的字元的 int tail; // 緩衝區下一個空閒位置 int head; // 緩衝區儲存的資料的數量 int count; // 儲存資料的陣列 int buff[256]; Console * console; }TTY; ```` #### 全域性視角下的流程 1. tty任務和其他使用者程序（TestA等）一起初始化，並使用`restart`執行tty任務。 2. tty任務的流程如下： 1. tty任務遍歷所有的tty視窗。 2. 如果被遍歷到的tty視窗是當前tty，從C1緩衝區讀取資料D。 3. 把D轉換成ASCII碼，然後交給寫視訊記憶體模組列印到顯示器。 3. 發生時鐘中斷，給tty任務建立快照，排程模組讓使用者程序上CPU執行。 4. 使用者敲擊鍵盤，8048監測到鍵盤操作，讀取掃描碼（第2套），傳輸給8042。 5. 8042把掃描碼（第2套）轉換成第1套，放入鍵盤緩衝區C2，通知8259A發生鍵盤中斷。 1. 在C2中的資料被取走前，8042不再接收新資料。 6. 鍵盤中斷例程`save`當前程序，從C2讀取資料，然後放入C1。 7. tty任務在某個時刻獲得CPU控制權，執行第2步的