USB键盘背后的那些事儿

来自： http://blog.csdn.net/prostar/article/details/4088521

最近晚上闲来无事，决定写几篇技术文章和大家共享一下。关于议题，我想了很久，觉得还是重点写些大家平时接触不到，或者说不容易在其他地方见到的一些概念吧。这样可以一方面开拓大家的知识面，另一方面我也想打破目前BIOS技术过于封闭的局面。现在的BIOS业界的确是过于封闭了，有句话说的不错：在我们这个行业，就那么几个人，大家在不同的公司跳来跳去……原因就在这个行业技术上过于封闭。不是BIOS从业的工程师，很难自学BIOS编程的。

于是呼，我第一篇就选择了谈谈Legacy USB。

1. Legacy USB是什么？

USB我们每天都在用，那么什么又是Leacgy USB呢？随便Google一下，网上什么说法都有，但是很少有说对的。大多数朋友都知道这是一个主板BIOS上的选项，并且几乎都设置成了Enable，但是在问及这个东东到底是干什么的时候，就基本上没人知道了。很多朋友误认为这是USB 1.1支持选项。这是完全错误的，任何一项技术都应该默认做到backward compatibility（向后兼容），如果USB因为升级到2.0就不再支持大量的1.1设备，那么我想估计就没人用USB了。

所以Legacy USB不是USB 1.1支持选项！那么它到底是干什么用的呢？我们不妨来做个实验，现在就重启你的电脑，进入BIOS，将这一项设置成Disable，然后进DOS，接着试试你的USB键盘，看看现在还能不能用呢？或者不进DOS，我们对WinXP来一次非正常关机，然后重启，OS应该会出现一个菜单，接着读秒，提示非正常关机，按任意键继续这样的话，这个时候按下你的USB键盘，看看这个任意键能否被OS识别呢？答案势必是不行。不过在读秒完成后，进入OS，我们的USB键盘又活了。呵呵

所谓的Legacy USB是在传统的环境下，对USB设置（主要是USB键盘，鼠标）提供支持的选项。所谓的传统的环境，是指DOS，或者那些直接去访问8042兼容键盘控制器的程序，或者那些使用BIOS调用INT 9H来取键盘响应的程序。这样的程序一般都比较老，但是在某些场合他们仍然在起作用，况且在OS起来之前，几乎100%都是Legacy USB的应用场合。

那么为什么会有这个问题呢？说起来就远了，大家只要大致明白就可。之前在USB设备出来之前，尤其是USB键盘出来之前，人们并没有想象到未来的某一天还会有个USB键盘这个东西，那个时候我们的PC比较老实，键盘的工业标准是8042，同时访问8042的编程标准则是两个I/O端口，60H和64H。

本文不想变成又一篇描述如何控制8042的启蒙文章，大家只要知道，过去我们一直是通过访问上述两个端口来给8042发一些指令，如读键盘缓冲区，打开/关闭键盘上的LED灯，来进行等等这样的类似的操作。而8042也可以被配置成轮询或者中断模式，在中断模式下，如果键盘缓冲区里有足够多的键，那么8042产生一个中断，接着一个键盘驱动就会取走这些键，然后处理。

一切都那么完美？不是吗？很不幸，当我们的USB键盘出现后，这一切都不是那么完美了。USB键盘并不归8042管辖，当然也不可能使用60/64来通信。这可把那些过去直接使用60/64的程序幽了一默。这些直接访问8042的程序无法对USB键盘的按键做出任何响应。更重要的是，DOS也这么干。一般来说，当你新安装一个设备，如果不能使用，你会想到：啊，那我安装它的驱动啊！的确是这样，但是对于键盘这样一个设备来说，很难想象如果它不能使用还能否安装驱动（也许用户根本无法操作计算机）。换言之，用户希望对自己原来的程序不加修改，就能直接使用USB键盘。

为了保护用户投资，我们必须找到一个方法，使得那些老的系统，老的程序能够能够在不认识USB键盘的条件下，仍然能够使用USB键盘/鼠标。

我仍然记得，在我刚刚入行的时候，我的老板对我说道：你知道吗？在PC里，什么设备最难编程？是小小的键盘！我当时十分不解，一个小小的键盘怎么会最难呢？后来我惊讶的发现，Legacy USB竟然是各家BIOS Vendor竞争的一个焦点所在。谁能提供这个支持，谁就能竞争占据有利地位。那都是因为这个技术太难。

从一个高层程序员的角度，他可能永远都不明白为什么这个问题如此困难。将两完全不一样的硬件做到软件兼容，的确有些难度。不，是很有难度。

2. Legacy USB：实现

那么如何实现呢？问的好！答案是模拟。既然系统可以认识PS/2，那么我们就把USB设备模拟成PS/2设备好了。但是如何模拟呢？

我们必须能够截获所有的USB中断，然后判断这个中断是不是一个来自键盘/鼠标的数据传输中断。如果是的话，读取USB键盘/鼠标里的数据，之后判断一下是不是一个新按的键，如果是，把这个键译码成PS/2使用的Scan code Set 2.然后把这个键写到8042缓冲区里去，换言之，目前我们模拟了一次PS/2键盘按键。如果按键缓冲区满，模拟程序还必须主动触发一个IRQ1以便叫那些访问60端口的程序能够工作。

以上就是Legacy USB的大致实现，实际的实现要复杂的多，而且这必须被实现成SMI，一旦涉及到SMI，那么事情将变得特别复杂。光是想想SMI能够在内存里搬来搬去就令人头晕N次了。