小梅哥和你一起深入學(xué)習(xí)FPGA之PS2鍵盤驅(qū)動

　　實現(xiàn)采用PS2協(xié)議的PC機鍵盤的解碼，最終將PS2鍵盤作為FPGA系統(tǒng)的一個標(biāo)準(zhǔn)輸入設(shè)備。

　　二、 實驗原理

　　PS2鍵盤的內(nèi)部結(jié)構(gòu)我們不需要過多的去關(guān)注，我們只需要關(guān)心其接口協(xié)議，正確的解碼其發(fā)送過來的按鍵信息即可，至于解碼到的按鍵信息該怎么處理，不同的應(yīng)用有不同的處理方式，這里就不做過多的介紹。PS2協(xié)議的簡單描述如下：

　　PS2協(xié)議總共由兩根線組成，一根時鐘線和一根數(shù)據(jù)線。這里我們將采用PS2協(xié)議的鍵盤稱為從機，將控制和解碼PS2協(xié)議的一方成為主機，生活中最常見的主機便是我們的PC機。PS2總線協(xié)議的兩根線中，時鐘線傳輸時鐘信號，該時鐘信號始終由從機，即鍵盤產(chǎn)生。PS2協(xié)議發(fā)送一個字節(jié)的數(shù)據(jù)總共有11位，分別為

　　1位起始位

　　8位數(shù)據(jù)位

　　1位校驗位

　　1位停止位

　　PS2從機發(fā)送一個完整數(shù)據(jù)包的時序圖如下所示：

　　圖2-1 PS2從機發(fā)送數(shù)據(jù)時序圖

　　相信熟悉UART協(xié)議的同學(xué)一眼就能看出來，PS2協(xié)議和我們最熟悉的UART通信協(xié)議非常相似，那么我們的工作就簡單了，既然鍵盤按照這個協(xié)議發(fā)送數(shù)據(jù)，我們FPGA作為主機，只需要正確的實現(xiàn)該協(xié)議的解碼，將其中的8位數(shù)據(jù)位讀取出來即可。由圖可知，數(shù)據(jù)在時鐘的下降沿處是穩(wěn)定的，因此我們只需要去捕獲時鐘信號的下降沿，并在檢測到這個下降沿時去讀取數(shù)據(jù)線上的電平，就能夠正確的讀到數(shù)據(jù)。

　　以上是PS2協(xié)議中從機到主機的一個通訊過程，實際在PS2協(xié)議中，包含了從機到主機和主機到從機的通信時序，只是在我們進行PS2鍵盤的解碼時，可以不需要進行主機到從機的通信，因此這部分內(nèi)容小梅哥就不在這里講解了，如果大家以后要解碼PS2鼠標(biāo)的話，就會用到主機到從機的通信了。

　　上面只是簡單的介紹了PS2從機到主機的通信協(xié)議，我們知道了鍵盤是一個字節(jié)一個字節(jié)的往主機發(fā)送數(shù)據(jù)的，但是，每個字節(jié)代表了什么內(nèi)容呢，我們還需要對照鍵盤編碼對照表來查看。

　　鍵盤掃描碼分為第一套掃描碼、第二套掃描碼和第三套掃描碼，我們?nèi)粘Ｉ钪谐Ｒ姷膾呙璐a絕大多數(shù)采用第二套掃描碼，因此這里小梅哥就只附上第二套掃描碼的內(nèi)容。

　　實際一個按鍵由按下到釋放時鍵盤將按照如下的規(guī)定往主機發(fā)送數(shù)據(jù)：

　　只要一個鍵被按下，這個鍵的通碼(MAKE)就被發(fā)送到計算機。通碼只表示鍵盤上的一個按鍵，它不表示印刷在按鍵上的那個字符。 這就意味著在通碼和ASCII碼之間沒有已定義好的關(guān)聯(lián)， 直到主機把掃描碼翻譯成一個字符或命令。

　　雖然多數(shù)第二套通碼都只有一個字節(jié)寬，但也有少數(shù)“ 擴展按鍵”的通碼是兩字節(jié)或四字節(jié)寬，這類的通碼第一個字節(jié)總是為E0H(如“END”、“HOME”……)。正如鍵按下通碼就被發(fā)往計算機一樣， 只要鍵一釋放， 斷碼就會被發(fā)送。每個鍵都有它自己唯一的通碼，它們也都有唯一的斷碼。 幸運的是，你不用總是通過查表來找出按鍵的斷碼―― 在通碼和斷碼之間存在著必然的聯(lián)系。 多數(shù)第二套斷碼有兩字節(jié)長，它們的第一個字節(jié)是F0H， 第二個字節(jié)是這個鍵的通碼。

　　例如，當(dāng)我們按下鍵盤上的“A”鍵時，鍵盤就會往主機發(fā)送”A”鍵對應(yīng)的通碼(MAKE)”1C”,如果你一直按下這個按鍵不釋放，那么在一個短暫的延時之后，鍵盤會再次開始，以一定的速率持續(xù)向主機發(fā)送”1C“，直到該按鍵被釋放。在該按鍵被釋放后，鍵盤將會向主機發(fā)送“A ”的斷碼(Break)，即首先發(fā)送“F0”，然后下一個字節(jié)再馬上發(fā)送“1C”。

　　如果我們按下的是“END”、“PAGE UP”等擴展按鍵時，會怎么樣呢?這里，以”END”鍵舉例。當(dāng)”END“鍵被按下后，鍵盤會首先向主機發(fā)送“E0”，發(fā)送完成后，又會接著發(fā)送下一個字節(jié)“69”，釋放時也與前面的普通按鍵類似，先發(fā)送“E0”，然后發(fā)送“F0”，最后再發(fā)送“69”。

　　由上述分析可知，我們FPGA在解碼到一次數(shù)據(jù)后，還需要對這個數(shù)據(jù)進行分析判斷，判斷該數(shù)據(jù)是否為斷碼標(biāo)志“F0”以及擴展碼標(biāo)志”E0“。

　　三、 硬件設(shè)計

　　PS2電路結(jié)構(gòu)簡單，因此這里就略去。

　　四、 架構(gòu)設(shè)計

　　本實驗我們進行PS2鍵盤的解碼實驗，并將解碼到的結(jié)果顯示在數(shù)碼管上，同時，為了使我們更加直觀的感受到按鍵被按下和釋放，小梅哥在這里增加了一個蜂鳴器，當(dāng)有按鍵按下或釋放(包括長按時每接收到一個通碼)時，蜂鳴器發(fā)出一個短暫的響聲，來反饋給操作者，讓我們知道我們的解碼模塊解碼到了按鍵信息。設(shè)計結(jié)構(gòu)如下圖所示：

　　圖4-1 led實驗?zāi)K組織結(jié)構(gòu)圖

　　詳細端口名及其意義如下

　　表4-1 獨立按鍵檢測實驗端口說明

　　因為存在模塊間的連接，因此有部分內(nèi)部信號，下表為內(nèi)部信號的名稱和功能說明

　　表4-2 獨立按鍵檢測實驗內(nèi)部信號說明