[原创]我所知道的EC====>Keyboard

peterhu

我所知道的EC====>Keyboard

7 O. t: f# w, _7 d6 p

1.Keyboard Introduction

Keyboard是PC架构中的一个重要组成部分。在常见的PC系统中主板上都有一颗专用的8042接口芯片去处理(现在被集成进了SB中)，8042控制keyboard的整个工作过程，包括加电自检键盘扫描码的缓冲以及与chipset沟通。在NB上这部分工作都有EC负责，它有一个keyboard controller，它扮演8042相似的角色。NB都有一个内置Keyboard，这个keyboard是由EC控制的。Keyboard和touchpad都是EC内置的一个部分，它们按照ps2协议工作，最终的数据通过EC送给host。常见的102 key的键盘如下图1所示：

   

2．
8 B, k1 X) n8 U; Y" l, t$ \Scan code and Make & Break
7 U. S" _1 V. p$ {! @# ]$ e

9 S. a5 ]0 }$ E% r5 ?当键盘上有键被按下，键盘将产生扫描码（scan code），scan code有两种Make code和Break code，也就是通常所说的通码和断码。每一个按键都有一个唯一的Make code和Break code。当一个键被按下就会产生Make code，松开时就会产生一个Break code。Scan code一共有三套称之为set1、set2、set3，PS2接口键盘默认使用set2。EC收到set2 scan code以后会将它转化为set1送给host。Set1的scan code中标准按键的Scan code Make code和Break code都只有一个字节，Make code和BreakCode的差别就在最高位。Make code最高位为0，Break code最高位为1。

A的scan code如下图1所示:

A key	Make code	Break code
Set1	1Eh	; _) A$ Y3 e3 u; u6 n+ f9Eh
Set2	1Ch	F0h,1Ch
Set3	1Ch	F0h,1Ch

+ \! S8 G. d$ P" [  ^+ S& N  x图2

! l- ]7 H( x; y, p% }, ^

3.How Does Keyboard Work?

  j) U) z% `: ~! I+ k( HKey board功能虽然比较简单，只是让用户可以输入一些字符而已，可是它的工作原理却不简单。从一个键被按下到操作系统识别它并送给其他的driver或者AP，中间经历了很多道工序。键盘是一种矩阵结构，每一个键都有一个行地址和列地址，用户按下键以后,EC获得该按键的matrix address，EC将该address转化为matrix value然后判断该键的类型是特殊功能键还是标准按键，然后采用不同的方法将matrix value转成Set2，最后在转成Set1 value送给host，host收到就可以送给其它需要的程序了。其完整的工作流程如下图3所示：

                    
1 Y3 h" ^4 U, H% D1 J

4．
5 G8 J' K/ N7 @+ I' ^4 zCustomized
' H/ Q/ ^# t. T1 Y/ VHot Key

NB上有一些被称为Hot Key（热键）的东东，比如用户可以按Fn+F4/F5调整亮度等。这些是如何实现的呢？既然key board部分是由EC FW处理，那定制这些特殊功能键就不是什么难事了。Fn没有scan code但是它有matrix address 所以EC收到该键按下后置一个flag，后续检测到F1-F12 被按下后，EC发一个Q_EVENT（什么是Q_EVENT?后续会详细描述J）给Host,Host就可以和EC通信了。如此便可以定制出各种各样的功能了。
+ `, O. f2 h' i7 n% k- O
$ G# ~( y$ B! |! ^6 O' \" }

/ p8 T* g) H! z/ t

5．
IO Port Command

Host通过60h，64h这两个ports和Keyboard进行通信，其中60h被称为数据端口，64h为命令端口。Host对EC发命令是通过64h port实现的命令分别为：

- J8 z+ g+ N7 V6 I# n0 {

Command	Description
EDh	设置LED。Keyboard收到此命令后，一个LED设置会话开始。Keyboard首先回复一个ACK（FAh），然后等待从60h端口写入的LED设置字节，如果等到一个，则再次回复一个ACK，然后根据此字节设置LED。然后接着等待。。。直到等到一个非LED设置字节(高位被设置)，此时LED设置会话结束。
EEh	诊断Echo。此命令纯粹为了检测Keyboard是否正常，如果正常，当Keyboard收到此命令后，将会回复一个EEh字节。
F0h	选择Scan code set。Keyboard系统共可能有3个Scan code set。当Keyboard收到此命令后，将回复一个ACK，然后等待一个来自于60h端口的Scan code set代码。系统必须在此命令之后发送给Keyboard一个Scan code set代码。当Keyboard收到此代码后，将再次回复一个ACK，然后将Scan code set设置为收到的Scan code set代码所要求的。
F2h	读取Keyboard ID。由于EC芯片后不仅仅能够接Keyboard。此命令是为了读取后所接的设备ID。设备ID为2个字节，Keyboard ID为83ABh。当键盘收到此命令后，会首先回复一个ACK，然后，将2字节的Keyboard ID一个一个回复回去。
F3h	设置Typematic Rate/Delay。当Keyboard收到此命令后，将回复一个ACK。然后等待来自于60h的设置字节。一旦收到，将回复一个ACK，然后将Keyboard Rate/Delay设置为相应的值。

) a) c6 `, k0 Z. [6 W+ C5 u& W

F4h	清理键盘的Output Buffer。一旦Keyboard收到此命令，将会将Output buffer清空，然后回复一个ACK。然后继续接受Keyboard的击键。
F5h	设置默认状态(w/Disable)。一旦Keyboard收到此命令，将会将Keyboard完全初始化成默认状态。之前所有对它的设置都将失效——Output buffer被清空，Typematic Rate/Delay被设置成默认值。然后回复一个ACK，接着等待下一个命令。需要注意的是，这个命令被执行后，键盘的击键接受是禁止的。如果想让键盘接受击键输入，必须Enable Keyboard。
F6h	设置默认状态。和F5命令唯一不同的是，当此命令被执行之后，键盘的击键接收是允许的。
FEh	Resend。如果Keyboard收到此命令，则必须将刚才发送到Output Register中的数据重新发送一遍。当系统检测到一个来自于Keyboard的错误之后，可以使用自命令让Keyboard重新发送刚才发送的字节。
FFh	Reset Keyboard。如果Keyboard收到此命令，则首先回复一个ACK，然后启动自身的Reset程序，并进行自身基本正确性检测（BAT-Basic Assurance Test）。等这一切结束之后，将返回给系统一个单字节的结束码（AAh=Success, FCh=Failed），并将键盘的Scan code set设置为2。
20h	准备读取芯片的Command Byte；其行为是将当前Command Byte的内容放置于Output Register中，下一个从60H端口的读操作将会将其读取出来。
60h	准备写入EC芯片的Command Byte；下一个通过60h写入的字节将会被放入Command Byte。
A4h	测试一下键盘密码是否被设置；测试结果放置在Output Register，然后可以通过60h读取出来。测试结果可以有两种值：FAh=密码被设置；F1h=没有密码。
A5h	设置键盘密码。其结果被按照顺序通过60h端口一个一个被放置在Input Register中。密码的最后是一个空字节（内容为0）。
A6h	让密码生效。在发布这个命令之前，必须首先使用A5h命令设置密码。
AAh	自检。诊断结果放置在Output Register中，可以通过60h读取。55h=OK。
ADh	禁止键盘接口。Command Byte的bit-4被设置。当此命令被发布后，Keyboard将被禁止发送数据到Output Register。
AEh	打开键盘接口。Command Byte的bit-4被清除。当此命令被发布后，Keyboard将被允许发送数据到Output Register。
C0h	准备读取Input Port。Input Port的内容被放置于Output Register中，随后可以通过60h端口读取。
D0h	准备读取Outport端口。结果被放在Output Register中，随后通过60h端口读取出来。
D1h	准备写Output端口。随后通过60h端口写入的字节，会被放置在Output Port中。
D2h	准备写数据到Output Register中。随后通过60h写入到Input Register的字节会被放入到Output Register中，此功能被用来模拟来自于Keyboard发送的数据。如果中断被允许，则会触发一个中断。

$ k) o! U& K: c) g* ?. n1 V

.

上面的表格就是EC支持的全部的command。那么如何向EC发一个命令呢？在向端口60h，64h写任何信息之前，EC输入缓冲区必须为空。读取64h获得状态，然后检查bit1，如果是0表示buffer为空可写，否则为满不能写入。

Example：

" z$ V8 @* n9 m+ e/ W* ]( U+ O4 Lin
al,64h

" v% j' y' J/ G+ O" o/ {6 Ntest
al,2

3 d* Z& i% O% N! H' A7 rjz
2 L1 {+ J5 _, Y" fsend_cmd

/ e/ ?- }: j9 }- Jret

send_cmd:

! G/ ?: s" A8 Z' o: bmov
0 B9 A7 c4 `* ~+ h. _% ?. J+ |bl,adh

6 W; I) A/ D! A! z# N) H0 k* Fout 64h,bl

- {& |; I' l& j

如何从EC端读取数据呢？读取任何信息之前，必须检查控制器输出缓冲区状态，以确定可以读取一个字节。读取64h bit0如果是1表示buffer为满可读，否则为空不能读取。

Example：

in
al，64h

" @% Q$ N# w/ A. p$ X* ptest
& P6 u7 I. L% \  d9 {7 g2 ?. ual，1

jnz
read_key_ready

! v$ A" t0 G3 ~+ {& s; K# Iret

/ D: W6 D( u; E4 Jread_key_ready:

in
4 I5 C  k8 g$ c' @9 C) {al,60h

Status Register（状态寄存器）的状态位如下所述：

Bit7: PARITY-EVEN(P_E): 从键盘获得的数据奇偶校验错误
Bit6: RCV-TMOUT(R_T): 接收超时，置1
( }3 [' v# u, a" gBit5: TRANS_TMOUT(T_T): 发送超时，置1
Bit4: KYBD_INH(K_I): 为1键盘没有被禁止。为0键盘被禁止。
Bit3: CMD_DATA(C_D): 为1输入缓冲器中的内容为命令，0输入缓冲器中的内容为数据。
" Z1 Y  N* F2 P+ |5 x& nBit2: SYS_FLAG(S_F): 系统标志，加电启动置0，自检通过后置1
Bit1: INPUT_BUF_FULL(I_B_F): 输入缓冲器满置1，i8042 取走后置0
BitO: OUT_BUF_FULL(O_B_F): 输出缓冲器满置1，CPU读取后置0

; B2 j2 ~& t. z, ]1 m

6．
Co-Work With USB Keyboard

4 x+ f) x! N, W1 m6 d8 ^' t大家可能会觉得Usb keyboard好像和EC没什么关系，其实不然。

Usb keyboard在Legacy mode需要将数据送给EC，由EC在送给Host。（借腹生子哈哈）。完整的流程如图4所示：

. X9 _! m. P4 \1 V5 C
   

当usb keyboard有数据输入，BIOS将数据转化并通过D2 command将数据送给EC，

EC通过IRQ1通知Host，Host再下来读取。

Peter

kinbo

小弟刚开始学习EC，用的是ITE的8511，收益匪浅，但是还有几个疑问，
/ R$ Z( C+ L- j1. peter老师提到，按下Fn后，ec要设置flag，是在哪里设置flag呢？如何去查看这个flag？
2. 有了flag后，按下fn功能组合键，比如说Fn+F2，应该能够抓到scancode吧？这个scancode与单纯的F2键的set2 scancode一样吗？
3. Fn+Fx功能键的调节功能是如何实现的呢？是Q_EVent吗？
, y+ ]6 r, h" z( v0 S1 z$ k4. 为什么有些Fn组合键的功能可以不需要应用程序（进入OS的那种）就可以实现，而有些需要有驱动程序的支持呢？这两种组合功能键实现上有什么区别？

sunnyholiday

1.peter老师说的这个flag,应该是code里设置的，定义一个BYTE，一般存overlay,Fn,Numlock,ctrl,alt,shift这些flag.
2.单纯按F2，一定有ccancode，但是Fn+F2这个要不要发scancode，要看这个功能需不需要，假设我要做LCD/CRT Switch，EC要发query event，不用发scancode
3.调节功能你指得是什么呢？Query event是需要通知上层就发，asl对应的method会作处理
4.对EC来说，就是判断按下了什么键，你要EC怎么处理完全随你！
有EC本身可以实现的，发scancode os处理的，发Q_Event asl实现的，还有driver实现的

kinbo

多谢sunnyholiday，

能不能推荐更详细介绍Fn功能键具体实现的资料呢？我找了很多地方都只是很泛泛的说一下。

小弟是很新鲜的菜鸟。

kinbo

今天看到坛子里一个关于键盘的帖子，
/ y! V9 A5 W/ E! t' d3 n, S8 Bhttp://ufoit.com/bbs/thread-770-1-1.html
& y8 H7 H; i% }" M: E
结合Peter和Sunnyholiday两位老师的指导，重新理解一下Fn的工作原理，请各位老师指正。

; p# x2 ^: m: x3 W/ D! e/ |假设Fn+F2是某个功能的Hotkey，不管是什么功能，当按下Fn+F2时，EC会下Flag，同时给出F2的keycode,EC or OS接收keycode的同时，检查flag，然后由EC直接实现该功能，或者EC发送keycode给OS，由driver实现对应的功能。

不知道我这样理解是否正确？

sunnyholiday

Peter是老师，我可不是。。。
我的意思是按Fn,EC会有个flag，os可没有flag！你可以看看CORE_XLT.C，如果你的code有的话。
$ c* }/ [( ]8 K6 ?$ H, s+ X) K只按F2，会发scancode, 但是按Fn+F2，要怎么样就是EC自己搞了。例子，假设我Fn+F2要做LCD/CRT Switch，EC发个query event就可以了，不用发scancode，asl的对应的method会做处理。假设我Fn+F2要做增加减少声音，发scancode就行了。