操作系统学习14 IDT + PIC + 键盘中断

操作系统学习14 IDT + PIC + 键盘中断

• 一、本章说明
• • 1. 前置知识
  • 2. 本章目标
  • 3. 目录结构
  • 4. 与 lesson13 的差异
• 二、IDT：中断来了跳去哪
• • 1. 为什么需要 IDT
  • • 中断门描述符（Interrupt Gate）的硬件细节
    • 门描述符里保存：
  • 2. 向量号布局
  • 3. 代码：注册 IRQ1 门描述符
• 三、8259A 可编程中断控制器（PIC）
• • 1. 8259A 是什么
  • 2. 主从级联：最多 15 路 IRQ
  • 3. IRQ 线 vs 中断向量号
  • 3.1 为什么必须「重映射」（本章最核心）
  • • 致命隐患：向量号冲突
    • 解药：ICW 四步握手，整体后移到 32~47
  • 4. 端口与寄存器组
  • • 4.1 两类控制字
    • • ICW 的核心功能与分类
      • ICW 与 OCW 的区别
    • 4.2 内部关键寄存器（不必直接读，理解即可）
  • 5. 初始化命令字 ICW1 ~ ICW4
  • • ICW1 — 启动初始化（写命令端口）
    • ICW2 — 中断向量基址（写数据端口）
    • ICW3 — 级联关系（写数据端口）
    • ICW4 — 附加模式（写数据端口）
    • 初始化后立刻设置 IMR
  • 6. 完整 init_pic 与 ICW 对照
  • 7. 一次键盘中断的完整流程
  • 8. EOI（End Of Interrupt）
  • • 非特定 EOI（本章使用）
    • 特定 EOI（了解）
    • 从片 IRQ 的 EOI
  • 9. 运行期 OCW 操作（本章未用，供扩展）
  • 10. BIOS 默认 vs 本章重映射
• 四、8253 可编程间隔定时器（PIT）
• • 1. 8253 是什么
  • 2. 输入时钟与 3 个通道
  • • 2.1 输入频率
    • 2.2 三个通道在 PC 上的用途
  • 3. I/O 端口
  • 4. 控制字（Control Word）格式
  • 5. 六种工作模式（MODE 0~5）
  • 6. 初始化 Channel 0 示例（下一章参考）
  • 7. 常用分频对照表
  • 8. Channel 2 与 PC 扬声器（了解）
  • 9. 一次 IRQ0 定时中断的流程
  • 10. 本章与 8253 的关系
• 五、8042 与键盘中断使能
• 六、IRQ1 处理程序与环形缓冲
• • 1. 为何用缓冲
  • 2. irq1_handler
  • 3. read_char：缓冲优先，端口兜底
• 七、kernel.c
• 八、编译与运行
• • 按键无反应排查
  • • 0. 你的日志说明什么
    • 1. 先排除低级问题
    • 2. 用断点定位「中断有没有触发」
    • 3. 对照 lesson13（最快二分）
    • 4. 查 PIC 与向量号（最常见根因）
    • 5. 查 8042 是否有数据（中断以外的证据）
    • 6. 现象对照
• 九、常见问题
• 十、PIC_REMAP 必须为 1：踩坑与修复
• • 1. 问题现象
  • 2. 根因（一句话）
  • 3. 修复
  • 4. 教训总结
• 十一、本章小结

一、本章说明

1. 前置知识

请先阅读：

本章在 lesson13 基础上，把键盘输入从 CPU 空转轮询 升级为 IRQ1 硬件中断驱动。

2. 本章目标

完成本章后，我们将能够：

• 构造 IDT（中断描述符表），用 LIDT 告诉 CPU 中断向量对应的处理程序
• 初始化 8259A PIC（ICW1~4 重映射、IMR 屏蔽），把 IRQ 映射到向量 32~47
• 编写 IRQ1 键盘中断处理程序：读 0x60 扫描码、写入环形缓冲、向 PIC 发 EOI
• 在 init_keyboard 末尾 STI 开中断，read_char 用 HLT 休眠 等待按键，不再占用 CPU
• 理解 8253 PIT 三通道、端口 0x40~0x43 及与 PIC IRQ0 的关系（本章屏蔽 IRQ0，下一章启用）

3. 目录结构

lesson14/
├── Makefile
├── boot/
│ ├── loader.s # 与 lesson13 相同：读盘 + 进保护模式
│ └── pm.inc # 段/门描述符宏
├── kernel/
│ ├── kernel.c # 欢迎语 + 提示符 + 键盘回显（同 lesson13）
│ ├── utilities.s # IDT + PIC + IRQ1 + 环形缓冲
│ └── utilities.h
└── README.md

4. 与 lesson13 的差异

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lesson14 中断

按键

8042 OBF=1

PIC IRQ1

CPU 查 IDT 向量33

irq1_handler 读0x60入缓冲

EOI → STI 后 HLT 唤醒

read_char 从缓冲取键

lesson13 轮询

IN 0x64

否 空转

是

read_char

OBF=1?

IN 0x60

二、IDT：中断来了跳去哪

1. 为什么需要 IDT

在实模式下，中断发生时 CPU 会去内存前 1KB 的 IVT（中断向量表） 寻找 4 字节的 CS:IP。但进入保护模式后，IVT 宣告失效，取而代之的是 IDT（Interrupt Descriptor Table）。

中断门描述符（Interrupt Gate）的硬件细节

IDT 数组中存放的每一项都是一个 8 字节（64位） 的门描述符。其硬件内存布局如下：

31 16 15 14 13 12 11 8 7 5 4 0
+———————+—+—–+—+—–+—+—+——–+
| Offset 31:16 | P | DPL | 0 | Type| 0 | 0 |Reserved| 高 32 位
+———————+—+—–+—+—–+—+—+——–+
| Segment Selector | Offset 15:0 | 低 32 位
+———————+————————————+

• Offset (31:0)：中断处理程序（ISR）在内存中的 32 位绝对物理地址（分为高 16 位和低 16 位拼凑）。
• Segment Selector (15:0)：目标代码段的选择子。在平坦模型内核中，这里恒为内核代码段选择子 0x08（GDT 的第 1 项）。
• Type (11:8)：对于 32 位中断门，此字段固定为 0xE（即二进制 1110）。
• DPL (14:13)：特权级。内核中断设为 00。当发生硬件中断时，即使当前 CPU 处于用户态（DPL=3），也能无缝切入内核态执行。
• P (15)：有效位。置 1 表示该中断门有效。

门描述符里保存：

用 LIDT 加载 IDTR（基址 + 界限），与 LGDT 加载 GDT 类似。

2. 向量号布局

IRQ 与向量不是同一个概念： 键盘占 IRQ1 这条硬件线；经 PIC 重映射后，对应 中断向量 33（0x20 + 1）。8259A 的端口、ICW/OCW、IMR、EOI 等详见 第三节。

3. 代码：注册 IRQ1 门描述符

utilities.s 中预留 256×8 字节的 idt，只填写向量 33 一项：

SELECTOR_CODE equ 8
IRQ1_VECTOR equ 33 ; PIC 重映射后 IRQ1 → 0x21

idt: times 256 * 8 db 0
idt_ptr:
dw idt_end – idt – 1
dd idt

init_idt:
MOV EAX, irq1_handler
MOV WORD [idt + IRQ1_VECTOR * 8 + 0], AX ; 偏移低 16 位
MOV WORD [idt + IRQ1_VECTOR * 8 + 2], SELECTOR_CODE
MOV BYTE [idt + IRQ1_VECTOR * 8 + 5], 0x8E ; 32 位中断门
SHR EAX, 16
MOV WORD [idt + IRQ1_VECTOR * 8 + 6], AX ; 偏移高 16 位
LIDT [idt_ptr]
RET

pm.inc 中的 Gate 宏 可静态生成门描述符；本章仅注册一项，直接在内存里写字段更直观。

三、8259A 可编程中断控制器（PIC）

1. 8259A 是什么

8259A（Programmable Interrupt Controller，可编程中断控制器）是 IBM PC/AT 时代的经典芯片，用来管理 外部设备中断。

CPU 只有一条 INTR 中断请求输入线，外设却有键盘、时钟、磁盘、串口等多路信号。8259A 的作用就是：

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IRQ1

IRQ0

IRQ6

INTR

INTA

查 IDT

键盘 8042

8259A PIC

时钟 8253

软盘

x86 CPU

中断处理程序

历史说明： 现代多核 PC 已普遍改用 APIC / IOAPIC，8259A 在物理机上多由芯片组模拟或仅用于兼容模式。但在 Bochs、QEMU 教学环境以及《30天自制操作系统》等入门路线中，8259A 仍是理解 「外设 IRQ → 向量号 → IDT」 的最佳起点。

2. 主从级联：最多 15 路 IRQ

一片 8259A 有 8 条 IRQ 输入（IRQ0~IRQ7）。PC/AT 通过 级联 再挂第二片，形成 主片 + 从片：

从片的 INTR 输出接到 主片的 IRQ2，因此主片 IRQ2 被占用为「级联线」，实际可用 15 路 外设中断（IRQ0_1、37、8~15）。

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INTR 接主片 IRQ2

从片 8259A 端口 A0h/A1h

IRQ8 RTC

IRQ9 …

IRQ15 …

主片 8259A 端口 20h/21h

IRQ0 时钟

IRQ1 键盘

IRQ2 级联从片

IRQ3 串口2

IRQ4 串口1

IRQ5 并口2

IRQ6 软盘

IRQ7 并口1

CPU INTR

本章键盘走主片 IRQ1，EOI 只需写主片命令端口 0x20。

3. IRQ 线 vs 中断向量号

初学者容易混淆的两个概念：

8259A 只决定「哪条 IRQ 线对应哪个向量号」；CPU 拿到向量号后再查 IDT。因此 PIC 映射 与 IDT 注册 必须一致。

3.1 为什么必须「重映射」（本章最核心）

这是本章最容易让初学者遭遇 Triple Fault（三重故障 → 重启） 的知识点。

致命隐患：向量号冲突

IBM PC 在设计之初留下了一个历史包袱：实模式下，BIOS 默认把 8259A 主片 IRQ0~7 映射到中断向量 8~15。

然而 Intel 在设计 80386 保护模式时规定：向量 0~31 强制保留给 CPU 内部异常（如 0 为除零、13 为 #GP、14 为 #PF）。

BIOS 默认映射一览：

8253 PIT 以约 18.2 Hz 周期拉高 IRQ0。若不重映射就 STI，时钟中断会以向量 8 进入 IDT——而这正是 #DF 的槽位。空门描述符 → #GP → 再 #DF → Triple Fault 重启。键盘 IRQ1→9 同理。

解药：ICW 四步握手，整体后移到 32~47

为避开 0~31 的雷区，必须向主片端口（0x20/0x21）和从片端口（0xA0/0xA1）按固定顺序发送 ICW（Initialization Command Words），把外部中断整体映射到 向量 32~47：

重映射后的布局（本章做法，基址 0x20）：

结论： 任何进入保护模式的 OS，都必须在 STI 之前 对 8259A 执行完整的 ICW1~4 重映射。本章 PIC_REMAP equ 1，详细位域与代码见下文 §5、§6；踩坑记录见 第十节。

4. 端口与寄存器组

8259A 通过 4 个 I/O 端口 访问，每个端口读写含义由 命令字 决定：

4.1 两类控制字

在微机原理与接口技术（特别是可编程中断控制器 8259A）中，在系统启动或复位后,要对 8259A 芯片的工作模式进行一次性配置，建立其基础的工作框架，即ICW，全称是 Initialization Command Words，中文称为初始化命令字。

ICW 的核心功能与分类

8259A 共有 4 个初始化命令字（ICW1 ~ ICW4），它们需要严格按照顺序写入，分别负责不同的基础配置：

• ICW1（基本功能设置）：决定中断请求的触发方式（边沿触发或电平触发）、设置是单片工作还是多片级联模式，并指示是否需要写入 ICW4。
• ICW2（中断向量设置）：用于设置中断向量基地址（中断类型码的起始地址）。CPU 收到中断后，会根据这个基地址和中断引脚的编号找到对应的中断服务程序。
• ICW3（级联控制字）：仅在多片 8259A 级联时使用。主片用它来标识哪些 IRQ 引脚连接了从片；从片用它来标识自己在级联系统中的编号。
• ICW4（高级方式控制）：用于配置更高级的系统行为，例如选择 CPU 系统模式（如 8086 模式）、设置中断结束方式（如自动 EOI）、缓冲模式以及全嵌套方式等。

ICW 与 OCW 的区别

与 ICW 对应的是 OCW（Operation Command Words，操作命令字）。两者的主要区别在于：

• ICW（初始化命令字）：属于一次性配置。在系统上电或复位时按严格顺序写入，决定了芯片的底层基础架构，初始化完成后一般不再改动。
• OCW（操作命令字）：属于运行时控制。在芯片初始化完成后的正常工作期间，可以随时写入，用于动态控制中断行为，例如动态屏蔽/开放某个中断（OCW1）、发送中断结束命令 EOI（OCW2）或读取内部状态等。 结合你上一轮提供的汇编代码，init_pic 函数中向 0x20 和 0x21 等端口连续写入的 0x11、0x20、0x28 等字节，正是严格按照顺序写入的 ICW1 到 ICW4，用于重新映射（Remap）主从 8259A 的中断向量基地址。

初始化完成后，再写 0x11 等 ICW 值会破坏芯片状态，须重新初始化。

4.2 内部关键寄存器（不必直接读，理解即可）

优先级（默认）： IRQ0 最高，IRQ7 最低；从片 IRQ8~15 整体优先级介于主片 IRQ1 与 IRQ2 之间（具体与 ICW4 配置有关）。

5. 初始化命令字 ICW1 ~ ICW4

8259A 上电后必须按固定顺序初始化。本章 init_pic 对 主从各写一遍。

ICW1 — 启动初始化（写命令端口）

向 0x20 / 0xA0 写 0x11：

写 ICW1 后，芯片进入初始化状态，自动屏蔽所有 IRQ，并准备接收后续 ICW。

ICW2 — 中断向量基址（写数据端口）

写入的是 IRQ0 / IRQ8 对应的向量号，后续 IRQ 依次 +1。

ICW3 — 级联关系（写数据端口）

ICW4 — 附加模式（写数据端口）

向 0x21 / 0xA1 写 0x01：

未设置此项时，EOI、向量格式可能与 x86 保护模式不兼容。

初始化后立刻设置 IMR

ICW 序列结束后，通过 IMR 决定哪些 IRQ 能进来。写 数据端口 0x21 / 0xA1：

; 主片：仅开放 IRQ1（键盘）
MOV AL, 0xFD ; 二进制 11111101，bit1=0 → IRQ1 开放
OUT 0x21, AL
; 从片：全部屏蔽
MOV AL, 0xFF
OUT 0xA1, AL

IMR 位含义： bit N = 1 表示 屏蔽 IRQN；0 表示 允许。

为何要屏蔽 IRQ0 等： 本章 IDT 只注册了向量 33。若 IRQ0（时钟）未屏蔽且触发，CPU 会跳到空的 IDT 项 → triple fault。

6. 完整 init_pic 与 ICW 对照

init_pic:
; ICW1
MOV AL, 0x11
OUT 0x20, AL ; 主片
OUT 0xA0, AL ; 从片

; ICW2：向量基址
MOV AL, 0x20
OUT 0x21, AL ; 主片 IRQ0 → 32
MOV AL, 0x28
OUT 0xA1, AL ; 从片 IRQ8 → 40

; ICW3：级联
MOV AL, 0x04
OUT 0x21, AL ; 主片 IRQ2 接从片
MOV AL, 0x02
OUT 0xA1, AL ; 从片编号 2

; ICW4：8086 模式
MOV AL, 0x01
OUT 0x21, AL
OUT 0xA1, AL

; IMR：仅开放 IRQ1
MOV AL, 0xFD
OUT 0x21, AL
MOV AL, 0xFF
OUT 0xA1, AL
RET

7. 一次键盘中断的完整流程

irq1_handler

IDT

CPU

8259A 主片

8042

按键

irq1_handler

IDT

CPU

8259A 主片

8042

按键

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IF=1 且 STI 已执行

扫描码

OBF=1, 拉 IRQ1

IRQ1 有效

IRR bit1=1

INTR=1

INTA 周期

向量号 33

查门描述符

跳转 irq1_handler

IN 0x60 读扫描码

OUT 0x20, 0x20 EOI

IRET

8. EOI（End Of Interrupt）

中断处理程序结束前，必须通知 PIC：当前这一级 IRQ 已服务完毕，否则 ISR 位一直置位，同级或更低优先级中断可能被阻塞。

非特定 EOI（本章使用）

MOV AL, 0x20
OUT 0x20, AL ; 主片：结束优先级最高的那一条 in-service 中断

键盘 IRQ1 接 主片，写 0x20 命令端口 即可。

特定 EOI（了解）

若需明确结束某一条 IRQ，可写 0x20 | IRQ号 到主/从片命令端口，例如结束 IRQ1：OUT 0x20, 0x21。多 IRQ 并发、嵌套中断时才常用；本章单 IRQ 场景用 0x20 足够。

从片 IRQ 的 EOI

若中断来自 从片（IRQ8~15），须 先 向从片发 EOI，再 向主片发 EOI（因为 IRQ2 级联）。键盘 IRQ1 在主片，无需 写 0xA0。

9. 运行期 OCW 操作（本章未用，供扩展）

例如开放 IRQ0 定时器（须先注册 IDT[32] 并初始化 PIT，见 第四节 8253）：

IN AL, 0x21
AND AL, 0xFE ; 清 bit0，开放 IRQ0
OUT 0x21, AL

10. BIOS 默认 vs 本章重映射

常见错误： 执行了 init_pic 重映射，IDT 却仍注册向量 9；或 未 重映射，IDT 注册 33。按键后 CPU 跳到 未注册的门 → triple fault 或「无反应」（视环境而定）。

调试时可对照 tools/bochsout.txt：若 IF=1 且 EIP 停在 HLT，多为 8042 未开中断位 或 IMR 仍屏蔽 IRQ1；若按键立刻重启，优先查 向量号与 IDT 是否一致。

四、8253 可编程间隔定时器（PIT）

1. 8253 是什么

8253（Programmable Interval Timer，可编程间隔定时器）是 PC 上负责 硬件计时 的经典芯片；后续 8254 与其 pin 兼容、功能相近，BIOS/OS 文档里常统称 PIT。

它内部有 3 个独立的 16 位计数器（通道 Channel 0~2），对固定 输入时钟 分频，在计数到设定值时改变输出电平，或向 8259A PIC 的 IRQ0 发中断请求。

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Channel 0

Channel 1

Channel 2

输入时钟 1.193182 MHz

8253 PIT

PIC IRQ0

DRAM 刷新 历史用途

PC 扬声器 Gate

8259A

CPU 定时中断

与 8259A 的关系： 8253 不产生 CPU 向量，只拉 IRQ0 线；向量号仍由 PIC 决定（BIOS 默认 8，重映射后 32）。下一章做 定时器中断 / sleep / 调度 时，通常同时配置 PIT + IDT[32] + 开放 PIC IRQ0。

本章为何屏蔽 IRQ0： init_pic 写 IMR 0xFD 屏蔽 IRQ0，因为尚未注册 向量 32 的处理程序；若开放，约 18.2 次/秒 的 IRQ0 会触发 triple fault。

2. 输入时钟与 3 个通道

2.1 输入频率

PC 上 PIT 输入时钟固定为：

f

in

=

1
 

193
 

182
  

Hz

≈

1193182
  

Hz

f_{\\text{in}} = 1\\,193\\,182 \\;\\text{Hz} \\approx 1193182 \\;\\text{Hz}

fin​=1193182Hz≈1193182Hz

（即 ISA 总线时钟 14.31818 MHz 经 12 分频。）

输出频率：

f

out

=

1193182

分频值 

N

f_{\\text{out}} = \\frac{1193182}{\\text{分频值 }N}

fout​=分频值 N1193182​

分频值 N 为 16 位，范围 1 ~ 65535。例如 N = 65535 时：

f

≈

1193182

65535

≈

18.2
  

Hz

f \\approx \\frac{1193182}{65535} \\approx 18.2 \\;\\text{Hz}

f≈655351193182​≈18.2Hz

即 约每 55ms 中断一次——BIOS 默认 Channel 0 常用此量级，也是 DOS 时代 INT 08h 系统时钟 tick 的来源。

2.2 三个通道在 PC 上的用途

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8253 三通道

OUT

OUT

OUT

Channel 0 系统时钟

Channel 1 刷新

Channel 2 扬声器

8259A IRQ0

内存刷新电路

0x61 bit0 Gate

扬声器

3. I/O 端口

注意： 三个数据端口 共用 一套「先写控制字、再写分频值」的协议；必须先向 0x43 写入 控制字，再向 0x40/0x41/0x42 写入 16 位分频值（低字节、高字节顺序由控制字决定）。

4. 控制字（Control Word）格式

向 0x43 写入 1 字节 控制字，格式如下：

7 6 5 4 3 2 1 0
┌───┬───┬───────┬───────────────┐
│ SC│ RW│ MODE │ BCD │
└───┴───┴───────┴───────────────┘

示例： 配置 Channel 0、先写低字节再写高字节、Mode 3、二进制：

SC=00

,

 RW=11

,

 MODE=011

,

 BCD=0

\\text{SC=00},\\ \\text{RW=11},\\ \\text{MODE=011},\\ \\text{BCD=0}

SC=00, RW=11, MODE=011, BCD=0

⇒

0

x

0011011

2

=

0

x

36

\\Rightarrow 0x0011011_2 = \\mathbf{0x36}

⇒0x00110112​=0x36

5. 六种工作模式（MODE 0~5）

Channel 0 系统时钟 几乎总是 Mode 3（方波）：输出在 0/1 间周期性翻转，每个周期可在 OUT 下降沿 触发 IRQ0（具体边沿与模式有关；BIOS 默认配置下约 18.2 Hz 进 IRQ0）。

Mode 2（速率发生器）也常见于 OS 自行初始化 PIT 时（如 Linux 早期 tick）。

6. 初始化 Channel 0 示例（下一章参考）

下列代码 本章未使用；演示如何把 PIT 设为 约 100 Hz，并配合 PIC/IDT 开放 IRQ0：

; 1193182 / 100 ≈ 11932
PIT_HZ equ 100
PIT_DIV equ 1193182 / PIT_HZ

init_pit_ch0:
; 控制字：Ch0, 先低后高, Mode 3, 二进制 → 0x36
MOV AL, 0x36
OUT 0x43, AL

MOV AX, PIT_DIV
OUT 0x40, AL ; 低 8 位
MOV AL, AH
OUT 0x40, AL ; 高 8 位
RET

配套步骤（下一章）：

7. 常用分频对照表

公式：N = 1193182 / 目标 Hz（整数除，会有微小误差）。

8. Channel 2 与 PC 扬声器（了解）

Channel 2 输出接 8255 PPI 端口 0x61 bit0（Gate），Gate=1 时方波驱动扬声器：

; 设置 Ch2 频率（控制字 0xB6 = Ch2, 先低后高, Mode 3）
MOV AL, 0xB6
OUT 0x43, AL
; 写入分频值到 0x42 …
; 打开 Gate
IN AL, 0x61
OR AL, 3 ; bit0 Gate, bit1 数据（简化）
OUT 0x61, AL

本章节未使用，与键盘中断无直接关系。

9. 一次 IRQ0 定时中断的流程

timer_handler

CPU

8259A IRQ0

8253 Ch0

1.193182 MHz

timer_handler

CPU

8259A IRQ0

8253 Ch0

1.193182 MHz

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每个时钟递减计数

计数到 0，OUT 翻转

IRQ0 有效

INTR（若 IMR bit0=0）

INTA

向量 32

IDT[32]

tick++, 任务调度等

OUT 0x20, 0x20 EOI

IRET

与 IRQ1 键盘 对比：

10. 本章与 8253 的关系

BIOS 启动后 Channel 0 通常已在运行并 不断请求 IRQ0；本章用 0xFD 屏蔽 IRQ0 是刻意为之。下一章实现 定时器中断 时，再按 第 6 节 初始化 PIT、注册 IDT[32]、开放 IMR bit0 即可。

五、8042 与键盘中断使能

与 lesson13 相同：0xAE 启用键盘 + 0xF4 开启扫描。不在 Bochs 里读写 8042 命令字节（易卡死或破坏键盘）。

注意： 不要使用 0xAD/0xA7/0xD2 那套「完整 OSDev 流程」——在 Bochs 里可能 卡死在 wait_8042。

init_8042:
; 0xAE → drain → 0xF4（kbd_cmd）→ drain
RET

初始化顺序： CLI → init_pic（仅屏蔽 IRQ0）→ init_idt（向量 9 与 33）→ init_8042 → STI。

六、IRQ1 处理程序与环形缓冲

1. 为何用缓冲

中断处理应尽量 短：读硬件、存数据、EOI，复杂逻辑放到 read_char（主线程上下文）。扫描码先写入 环形队列，避免中断里调用 print_char 等可能重入的代码。

KBD_RING_SIZE equ 64
kbd_ring: times KBD_RING_SIZE db 0
kbd_rpos: dd 0
kbd_wpos: dd 0

2. irq1_handler

irq1_handler:
PUSH EAX

IN AL, 0x60
CALL kbd_ring_push

MOV AL, 0x20
OUT 0x20, AL ; EOI

POP EAX
IRET

注意： ISR 必须用 IRET 返回；此处只保存/恢复 EAX 即可。

3. read_char：缓冲优先，端口兜底

kbd_pop_scancode:
MOV EAX, [kbd_rpos]
CMP EAX, [kbd_wpos]
JNE .from_ring
CALL read_kbd_scancode ; 缓冲空：与 lesson13 相同，读 8042
RET
.from_ring:
; 从 kbd_ring 取一字节
RET

设计说明：

• IRQ 正常时：irq1_handler 先入队，kbd_pop 只消费缓冲，不读端口。
• Bochs 实测：IDT/PIC/IF 均正确时 IRQ1 仍可能进不了 handler，但 8042 OBF 有数据；缓冲空时 回退到 read_kbd_scancode，与 lesson13 一致，保证能打字。
• 仍是 lesson14 架构（IDT + PIC + ISR + 环形缓冲），不是退回纯 lesson13。

read_char 仍采用：等按下 → 等释放 → 查 scancode_map。

七、kernel.c

与 lesson13 相同，无需感知中断细节：

void main(void)
{
clear_screen();
init_keyboard(); /* 内部：PIC + IDT + 8042 + STI */
print_str("NotOneOS 32-bit Protected Mode.\\r\\nWelcome..\\r\\n", ...);
print_str("> ", 2);

char a;
fin:
a = read_char();
if (a != 0) {
print_char(a);
}
goto fin;
}

八、编译与运行

cd lesson14
make
make install
make run # Bochs
make debug # 调试

验证清单：

• 欢迎语与 > 提示符正常
• 软件光标 _ 可见
• 点击 Bochs 窗口 获得焦点后，按键可回显
• 调试器中 IF=1，read_char 停在 HLT 而非 IN 0x64 轮询
• 无 triple fault

调试建议（详见下方「按键无反应排查」）：

make debug
b 0xC200
c

地址以 ../target/kernel.map 为准（make 后自动生成）。

按键无反应排查

0. 你的日志说明什么

若 tools/bochsout.txt 末尾类似：

IF=1
EIP=0000cc5f
>> call … (0x0000cc33)

表示：欢迎语已打印，STI 已执行，CPU 在 read_char → kbd_pop → HLT 里等键盘中断，不是 lesson13 那种 IN 0x64 轮询。按键无反应 = IRQ1 没进来或 8042 没把扫描码送给 PIC。

1. 先排除低级问题

• 重新 make install 再运行。
• 鼠标点击 Bochs 显示窗口（黑屏区域），不是下方调试命令行。
• 确认能看到 Welcome.. 和 > 提示符。

2. 用断点定位「中断有没有触发」

重要： CPU 停在断点上时按键不会进中断。须 bc 清断点或只保留 irq1_handler，再 c 继续运行后按键。

make 后打开 ../target/kernel.map（当前典型地址）：

推荐命令：

bc
b 0xCC2F
c

点击 Display 窗口，按 a（调试器命令行不要抢焦点）：

• 能断在 irq1_handler → 中断通，查 scancode_map / 环形缓冲。
• 断不到 → 继续第 4、5 步。

验证 IDT（PIC_REMAP=0 时查向量 9）：

xp /8bx 0xC342
info cpu

期望：06 2f cc 08 00 8e 00 00 一类（指向 0xCC2F），且 eflags 含 IF。

3. 对照 lesson13（最快二分）

用 lesson13 编译运行：若 lesson13 能回显、lesson14 不能 → 8042 有数据，问题在 IDT/PIC/8042 命令字节 bit0。若 两个都不行 → 先查 Bochs 焦点和键盘配置。

4. 查 PIC 与向量号（最常见根因）

代码里 utilities.s 顶部：

PIC_REMAP equ 0 ; Bochs 默认：不重映射，IRQ1 → 向量 9
; 改为 1 则 ICW 重映射，IRQ1 → 向量 33

你之前的症状（IDT[33] 正确、IF=1、按 a 不进 handler）：多半是 Bochs 仍按 BIOS 发向量 9，或 8042 命令字节 bit0 未真正置 1。当前默认已改为 PIC_REMAP=0 + 读命令字节前 drain_kbd。

• 按键后 立刻重启 → IDT 向量与 PIC 映射不一致（例如 remap=1 却只注册了 9）。
• 不重启也不进 handler → 8042 未开 IRQ（查命令字节 bit0）或未点 Display 焦点。

5. 查 8042 是否有数据（中断以外的证据）

程序停在 HLT 时，若能在调试器里看到 0x64 的 bit0（OBF）随按键变 1，说明扫描码已到 8042，只是 没产生 IRQ → 重点查 init_8042 里命令字节 bit0 是否为 1。

6. 现象对照

九、常见问题

向量号对照：

本章采用 重映射 + 向量 33，与主流教程（《30天自制操作系统》等）一致。

十、PIC_REMAP 必须为 1：踩坑与修复

理论背景（向量冲突、Triple Fault、ICW 四步握手）已写入 第三节 §3.1。本节只保留实践结论。

1. 问题现象

若 PIC_REMAP equ 0（沿用 BIOS 默认 IRQ0~7 → 向量 8~15），在 Bochs 中常见：按键无反应，且很快自动重启（triple fault）。

2. 根因（一句话）

BIOS 映射与 CPU 异常区 0~31 重叠；PIT 的 IRQ0 以向量 8（#DF）进来，空 IDT 门 → #GP → #DF → Triple Fault。即使勉强屏蔽 IRQ0，不写完整 ICW 也无法可靠开放 IRQ1、配置从片与 8086 模式。

3. 修复

将 utilities.s 中改为：

PIC_REMAP equ 1 ; 必须为 1：保护模式下必须重映射 8259A

init_pic 走完整 ICW1~4（主片基址 0x20、从片 0x28）+ IMR 0xFD/0xFF，IRQ1 → 向量 33，与 IDT[33] 一致。对照表见 §3.1 与 §6。

4. 教训总结

十一、本章小结

• IDT 定义「向量号 → 处理函数」；8259A PIC 定义「IRQ 线 → 向量号」，并通过 IMR 屏蔽 / EOI 结束 管理中断生命周期
• 8253 PIT 以 1.193182 MHz 分频驱动 IRQ0；BIOS 默认约 18.2 Hz；本章 屏蔽 IRQ0，下一章再初始化 Channel 0 并注册 IDT[32]
• 8259A 主从级联共 15 路 IRQ；键盘占 主片 IRQ1，重映射后对应 向量 33
• 键盘中断链路：按键 → 8042 → PIC IRQ1 → CPU → IDT[33] → irq1_handler → EOI
• 环形缓冲 + HLT 把「硬件响应」与「字符处理」解耦，CPU 不再空转
• lesson13 的显存输出、软件光标、扫描码表可原样复用

后面章节可在此基础上增加：8253 定时器 IRQ0（tick / sleep）、Shift 大写、或 分页（CR3 + 页表）。

源码： https://gitee.com/xundh/learn-os/tree/master/lesson14