时间：2022-10-03 05:59:26
摘要：本文介绍基于EP9315处理器开发的SED-A9C主板PS/2键盘接口的实现方法，对Cirrus Logic公司的在Linux操作系统下的PS/2键盘驱动程序进行分析，找出相应的漏洞，并给予解决。
关键词：Linux；ARM；嵌入式操作系统；SPI；PS/2
引言
EP931x是Cirrus Logic公司推出的基于ARM920T的片上系统，它广泛应用于数字媒体服务器播放器、遥控系统、GPS定位设备等领域。
深圳桑达龙金商业机器有限公司开发的基于EP9315处理器的SED-A9C主板，全面支持Linux2.6.8、eCos 2.0、5.0等操作系统，在原有公开的Linux/WinCE的基础上，根据自身的硬件特性进行相应的驱动程序开发，形成一个完整的SED―A9C主板嵌入式操作系统。
PS/2是A9C主板的主要接口之一，本文介绍基于EP9315处理器的SED-A9C主板PS/2键盘接口实现方法。
键盘协议
PS/2设备(下面简称设备)按照一种双向同步串行协议进行通讯。设备可以发送数据到主机，主机也可以发送数据到设备，但主机在总线上具有优先权，它可以在任何时候抑制来自于设备的通讯，只要把时钟拉低即可。
从设备发送到主机的数据在时钟信号的下降沿被读取，从主机发送到设备的数据在上升沿被读取。不管通讯的方向怎样，设备总是产生时钟信号。如果主机要发送数据，它必须首先告诉设备开始产生时钟信号。最大的时钟频率是33kHz，而且大多数设备工作在10kHz～20kHz。
数据由11～12位组成。这些位如下：1个起始位总是为0；8个数据位低位在前；1个奇校验位；1个停止位总是为1；1个应答位仅在主机对设备的通讯中。
如果数据位中包含偶数个1，校验位就置1；如果数据位中包含奇数个1，校验位就置0。数据位中1的个数加上校验位总是为奇数(奇校验)，主要用来进行错误检测。
当主机发送数据给设备时，设备回送一个握手信号来应答数据包已经收到，这个位不会出现在设备发送数据到主机的过程中。
设备到主机的通讯过程
数据和时钟线都是集电极开路结构。当设备等待发送数据时，它首先检查时钟线以确认它是否是高电平。如果不是，那么是主机抑制了通讯，设备必须缓冲任何要发送的数据直到重新获得总线的控制权。如果时钟线是高电平，设备就可以开始发送数据。
上面提及的设备使用一种每帧包含11位的串行协议，且1个起始位总是为0；8个数据位低位在前；1个奇校验位；1个停止位总是为1。
数据的每位在时钟的下降沿被主机读入。
主机到设备的通讯
由于设备总是产生时钟信号，如果主机要发送数据，它必须首先把时钟和数据线设置为请求“发送状态”，通过下拉时钟线至少100μs来抑制通讯；通过下拉数据线来应用请求发送，然后释放时钟。
设备应该在不超过10ms的间隔内检查这个状态。当设备检测到这个状态，它才开始产生时钟信号，并且时钟脉冲标记下输入八个数据位和一个停止位。主机仅当时钟线为低的时候改变数据线，而数据在时钟脉冲的上升沿被锁存。这与设备到主机通讯的过程正好相反。
在停止位发送完毕后，设备要应答接收到的数据，把数据线拉低并产生最后一个时钟脉冲。如果主机在第11个时钟脉冲后不释放数据线，设备将继续产生时钟脉冲直到数据线被释放(设备将产生一个错误)。
主机可以在第11个时钟脉冲前中止一次传送，只需下拉时钟线至少100μs。
图1以单独的时序表示了由主机产生的信号及由PS/2设备产生的信号。注意应答位时序的改变，此时表现为数据的改变发生在时钟线为高的时候。
硬件实现
SED-A9C主板采用EP9315嵌入式处理器，再加上一些芯片来实现特有的功能。
EP9315内嵌有SPI(串口外设接口)接口，也称为SSP，支持以主模式和从模式与外设的同步串行通信。
软件实现
SED-A9C嵌入式主板上运行Linux 2.6.20操作系统。由于PS/2的硬件只能实现键盘设备到主机的通讯，下面着重介绍驱动程序的实现过程。
EP9315中SSPCR0控制寄存器配置为：MotorolaSPI格式，11位数据位(1位开始位、8位数据位、1位奇校验位、1位停止位)。
SSPCR1控制寄存器配置为从模式，同步串口允许，接收中断允许，溢出中断禁止。
SSPDR是16位宽度的数据寄存器，当读该寄存器时是在访问接收FIFO，当写该寄存器时是在访问发送FIFO。
SSPSR为只读状态寄存器，可查询接收／发送FIFO和工作忙状态。
SSPIIR中断标识寄存器，可以查询到中断的类型。
对于接收中断，并不是SPI每接收一个来自键盘的数据都会产生一个中断，中断条件是接收FIFO中不少于4个数据。
目前Cirrus Logic的SPI键盘驱动程序中，取SPI接收数据有2个中断，一个中断是sPI本身的接收中断，当接收FIFO超过4个数据时，会产生中断，这样SPI接收中断程序会去读SPI接收FIFO的数据。但由于EP9315的SPI接收中断设计本身的限制，当接收FIFO中有数据，但又不足4个时，不会发生中断。为了避免上面的实时性不足，驱动程序又设置了1个20ms定时器，定时器是每隔20ms执行一个程序，查询接收FIFO中是否有数据，从而实现实时取接收数据的目的。
SPI接收中断和定时器程序都是调用一个程序ReadIntoBufferO来实现取SPI接收FIFO中的数据，ReadIntoBufferO子程序会读SPI接收FIFO中的数据，并保存在一个uiKeyBuffer[256]的环形数组缓存区中，在这种设计方法下，SPI中断程序和定时器程序有可能会同时调用ReadIntoBuffer()程序，发生“重入”问题，从而使数据不正确。但当键盘快速输入时会产生误码或丢码现象。
图2是Cirrus Logic公司SPI接收中断程序、定时器程序和ReadIntoBuffer()程序的框图。
针对这种情况，我们在程序上做了改进，当发生SPI接收中断时，说明接收FIFO中至少有4个键盘数据，为了避免sPI接口再次接收到数据从而造成接收FIFO溢出，在接收中断程序中通过EGPIO14输出高电平使时钟保持低电平来抑制键盘的发送，不调用ReadIntoB uffer()子程序，取SPI数据的工作由定时器程序执行，从而解决“重入”问题。图3是修改后的SPI接收中断程序和定时器程序的框图。
经测试，PC键盘数据接收正常，应用在POS机上也正确无误。
结语
本文介绍的设计方法成功应用在SED-A9C主板的开发中，目前SED-A9C主板已应用在桑达POS机及北京地铁10号线广告上。