Курсовая работа: Низькорівневе програмування контроллера клавіатури

3.1 Принцип роботи контроллера клавіатури і його інтерфейс з BIOS

Контроллер клавіатури працює таким чином: при натисненні або відпуску будь-якої клавіші генерується байт (так званий скан-код), перші 7 бітів якого містять порядковий номер клавіші, а останній, сьомий біт, скинутий, якщо клавіша натискувала, і встановлений, якщо відпущена. Цей скан-код можна прочитати через порт 60h (насправді усередині контроллера клавіатури є якась черга скан-кодов, а порт 60h лише відображує верхній код, але про це можна і не знати). І ще. Як тільки клавіша натискується або відпускається, викликається 9-е переривання (IRQ 1).

Але не завжди натиснення або відпуск клавіші генерує один скан-код. Наприклад, натиснення клавіші Pause викликає генерацію відразу 5-и кодів. Натиснення білої стрілки вгору викликає скан-код 72, а чорної стрілки вгору - відразу 2 коди: 224 і 72. І для кожного з цих скан-кодов викликається 9-е переривання.

Таким чином, процедура обробки клавіатури BIOS, що "сидить" на 9-м перериванні, просто аналізує значення 60h-го порту і відповідним чином модифікує буфер введення. Всі процедури BIOS далі працюють не з поточному значенням порту, а з буфером введення, що дозволяє здійснювати введення з випередженням, тобто навіть тоді, коли система зайнята.

3.2 Програмні переривання і підпрограми обробки переривань

Операційна система MS-DOS надає програмістові, що працює на мові асемблера, великий набір підпрограм, що виконують різні корисні дії. Всі ці підпрограми оформлені як підпрограми обробки переривань, і для кожної підпрограми в керівництві по MS-DOS вказаний номер відповідного нею переривання. Розрізняють апаратні і програмні переривання. Програма обробки апаратного переривання викликається, якщо процесор отримує сигнал запиту переривання від одного з системних пристроїв. Ця підпрограма повинна містити, окрім власне команд, призначених для виконання деяких дій з обробки переривання, визначених програмістом, спеціальні команди, керівники контроллерами переривань. У зв'язку з цим, подпрограммы-обработчики апаратних переривань рідко безпосередньо використовуються програмістами. Підпрограма обробки програмного переривання викликається по команді INT n процесора (n - номер переривання в системній таблиці векторів переривань). Скорочено прийнято самі підпрограми обробки переривань називати "перериваннями", хоча це не правильно. У ПЕВМ IBM РС AT всі програмні переривання підрозділяються на переривання BIOS ( підсистеми управління вводом/выводом ), переривання ОС і переривання користувача. Підпрограми обробки переривань BIOS зазвичай знаходяться в ПЗП, вони поставляються розробниками апаратури для забезпечення єдиного інтерфейсу ОС з різними типами устаткування. Основу системи переривань ОС MS DOS складає переривання з номером 21h, зване перериванням MS DOS. Це переривання забезпечує API прикладних програм (Application Programm Interface - інтерфейс прикладних програм) в середі ОС MS DOS. Залежно від значення, що міститься при виклику переривання в регістрі AH, MS-DOS виконує при цьому один з декількох десятків підпрограм, які прийнято називати функціями DOS. Для кожного переривання і кожної функції DOS в керівництві описаний набір вхідних і вихідних параметрів, що передаються через регістри, а також перелік можливих помилок.

У даній роботі будуть описані переривання і функції DOS і BIOS, що відносяться до роботи з клавіатурою і екраном ПЕВМ IBM РС AT.

3.3 Програмування клавіатури

У клавіатурі IBM РС AT є мікропроцесор, який постійно сканує її в пошуку клавіш, що натискують. Процесор клавіатури пов'язаний з контроллером клавіатури. Від контроллера на клавіатуру поступають команди управління клавіатурою, а з клавіатури коди підтвердження і коди сканування .

За винятком клавіші "PAUSE" всі останні клавіші 101- клавішної клавіатури працюють на нажатие/отжатие .При натисненні генерується код натиснення, при утриманні клавіші він повторюється через певні інтервали часу, а при відпуску генерується код віджимання. Код натиснення і код віджимання разом називаються кодами сканування клавіатури (scan-коды). Код віджимання є двобайтовим: перший байт рівний F0h, а другий байт збігається з кодом натиснення.

Є три рівні програмування підсистеми клавіатури:

1) на фізичному рівні (програмування портів 60h і 64h контроллера клавіатури);

2) за допомогою BIOS ( INT 09h, INT 16h );

3) за допомогою переривання DOS ( INT 21h ).

Для виконання введення даних з клавіатури програмістові в більшості випадків досить використовувати описані нижче функції DOS. У складніших випадках використовується переривання BIOS INT 16h, що дає деякі додаткові можливості. Максимум можливостей програміст може отримати, перехоплюючи апаратне переривання від клавіатури 09h і працюючи безпосередньо з портами ввода/вывода.

3.3.1 Використання BIOS для роботи з клавіатурою

Переривання INT 09h є апаратним перериванням, яке викликається по лінії запиту переривання IRQ1 всякий раз коли заповнюється вихідний буфер контроллера клавіатури, тобто коли поступає байт від клавіатури. Обробник даного переривання прочитує scan-код з порту 60h, перетворить scan-код в код доступний BIOS або виконує спеціальну функцію (виклик деяких інших переривань, наприклад INT 05h після натиснення Prt Scr і ін.). Обробник переривання поміщає для більшості клавіш відповідний їм в BIOS двобайтовий код в спеціальну область пам'яті - буфер клавіатури (див. табл.2). Коди деяких клавіш обробник не поміщає в буфер, інформація про їх натиснення або віджимання записується в байти стану клавіатурРозгледимо докладніше спосіб формування двобайтового коду, INT, що поміщається, 09h в буфер клавіатури. Scan-код, що отримується обробником переривання з клавіатури, відповідає деякій клавіші або комбінації клавіш. BIOS використовує для кодування інформації стандарт кодування ASCII, вживаний для всіх пристроїв, що використовують посимвольний обмін. Таблиця 3 містить коди ASCII. Разом із звичайними символами, застосовуються символи, що управляють (наприклад, CR - повернення каретки, LF - перехід на наступний рядок і т. п.). Кожному ASCII-коду BIOS ставить у відповідність деякий scan-код, що приймається з клавіатури. Якщо натискує клавіша або комбінація клавіш, якою відповідає ASCII-код, обробник переривання INT 09h поміщає в буфер scan-код клавіші і відповідний ASCII-код. Проте, навіть для 83-клавішної клавіатури IBM РС XT, є значна кількість комбінацій клавіш (і відповідно scan-кодов), що не мають відповідних еквівалентів ASCII. До них відносяться клавіші управління курсором, функціональні клавіші і ін. Для подібних клавіш в буфер поміщається спеціальний байт розширеного коду, а другий байт дорівнює нулю. Таблиця 4 містить містить розширені коди деяких клавіш. Більшість нових клавіш і їх комбінацій для 101-клавішної клавіатури (F11,F12 і ін.) кодуються аналогічним чином: для них використовуються незадіяні раніше розширені коди. Проте, для лави клавіш ("сірі" клавіші управління курсором, Delete, End і ін.), продубльованих на 101-клавішній клавіатурі, і їх комбінацій з іншими клавішами, використовується розширений код їх "оригіналів", а другий байт для таких кодів рівний E0h.

При натисненні комбінації клавіш Ctrl-Break переривання INT 09h встановлює ознака запиту по Ctrl-Break (байт 471h) і викликає переривання BIOS INT 1Bh, яке зазвичай перехоплюється MS DOS. Це переривання устанавлиает прапор CTRL-C, після чого управління передається INT 23h, яке перевіряє цей прапор, і в разі його установки викликає дострокове припинення виконання програми. Деякі функції MS DOS перевіряють натиснення CTRL-C і викликають INT 23h. Таким чином, Ctrl-Break є прапором BIOS, а CTRL-C - прапором MS DOS. Ці прапори перевіряються при виконанні функцій 01h-0Ch переривання MS DOS. Функція 33h переривання MS DOS дозволяє розповсюдити контроль по Ctrl-Break на всі функції ввода/вывода.

Переривання BIOS INT 16h дозволяє працювати з клавіатурою на декілька вищому рівні, ніж INT 09h, і нижчому рівні, ніж функції MS DOS. Фактично всі описані нижче функції DOS використовують в своїй роботі переривання 16h, проте програміст може використовувати його і безпосередньо, якщо в цьому є необхідність.

Залежно від значення в регістрі AH переривання INT 16h може виконати одну з наступних функцій.

Функція 00h виконує читання символу з буфера клавіатури. Якщо буфер порожній, функція чекає натиснення клавіші. Якщо клавіша натискує, значення коду заноситься в регістр AX. Функція повертає в Аl ASCII-код, а в AH - scan-код якщо це можливо. Інакше в AH повертається розширений код, а AL дорівнює нулю. Функція не обробляє натиснення клавіш, код яких не поміщається в буфер перериванням INT 09h (Ctrl, Shift і тому подібне), а також додаткових клавіш 101-клавішної клавіатури.

Функція 01h перевіряє, чи є символи в буфері клавіатури. Якщо є, то прапор нуля скидається ( ZF=0 ), якщо немає

- прапор встановлюється ( ZF=1 ). За наявності символу його код заноситься в регістр AX, в тому ж вигляді, як для функції 00h, проте з буфера код не віддаляється. Таким чином, якщо після цього ще раз викликати ту ж функцію, то вона ще раз прочитає той же символ.

Функція 02h записує в регістр AL перший з чотирьох байтів стану клавіатури.

Функції 10h і 11h аналогічні функціям 00h і 01h, але дозволяють обробляти також і додаткові клавіші 101-клавішної клавіатури.

Функція 12h виконує дії, аналогічні 02h, але крім того поміщає в AH другий байт стану клавіатури (див. табл.1).

Функція 03h дозволяє встановити затримку і частоту повторення для клавіатури, а функція 05h - помістити двобайтовий код в буфер клавіатури.

3.3.2 Функції DOS для роботи з клавіатурою

Функція 01h ( тобто переривання 21h при значенні AH=01h ) виконує введення з клавіатури з очікуванням натиснення клавіші, якщо буфер клавіатури порожній. Код введеного символу поміщається в регістр AL. Введений символ відображується на екрані ( эхо-отображение).