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PS/2 インターフェイスの研究

PS/2インターフェイス概要

PS/2インターフェイスの信号はDAT,CLK,Vcc,GNDの４つで、DATはシリアル化されたデータ、CLKはデータが有効であることを示す信号です。
DAT,CLKは双方向になっていて、キー入力された文字を送るだけでなく、LEDを点灯させるなどのコマンドを受信します。
キーボード側パソコン側ともに4.7kΩでプルアップされたオープンコレクタ出力で出力が衝突しても破壊されないように構成されています。

インターフェイス信号

スタートビット、データ８ビット、ODDパリティ、ストップの合計11ビットの、一般的な調歩同期。
送信速度は1ビットあたり60～100μS

スタートビット D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 ODDパリティストップビット
0 x x x x x x x x p 1

パソコン側では以下のI/Oポートで入出力を行う

PC/ATのキーボードI/O(8042)

アドレス Bit R/W 内容
060h 7:0 R/W データバッファ
064h 7:0 W (コマンドバイト)
0 割り込み許可(キーボード) IRQ1 1=許可
1 割り込み許可(マウス) IRQ2 1=許可
2 システムフラグ
3 (リザーブ)
4 キーボード禁止 1=禁止
5 マウス禁止 1=禁止
6 キーボード・スキャン・モード
7 (リザーブ)
064h 7:0 R (ステータスバイト)
0 出力バッファ・フル
1 入力バッファ・フル
2 システムフラグ
3 コマンド／データ
4 スイッチ禁止
5 転送タイムアウトまたは、マウスフル
6 ジェネラル・タイムアウト
7 パリティエラー

コマンド送受信

パソコンがキーボードへ発行するコマンドコード

コマンドコード(HEX) 内容応答
Set/Reset Mode Indicator ED キーボードのLEDの点灯/消灯要求。
これに続くオプションバイトでLEDを指定する。

2Byte目指定LED
Bit2 Caps Lock LED
Bit1 Numeric Lock LED
Bit0 Scroll Lock LED

ACK
Echo EE キーボードが接続されている場合、キーボードはパソコンへ応答（ECHO Responce）を返す。 ECHO
Reset
(廃止?) EF リセットと自己診断 ACK
ID読み出し F2 識別情報を要求 ACK ('L') ('H')
スキャンコード選択
(廃止?) F0 F0h,ACK,[Opt],ACK
Opt=00 現在のスキャンコードを返す
01 コードセット1
02 コードセット2
03 コードセット4
ACK(Code)
ACK x ACK
ACK x ACK
ACK x ACK
セット・オールキー
(廃止?) F7 すべてのキーをタイプマティック(オートリピート)にセットする ACK
F8 すべてのキーをメイク／ブレークにセットする ACK
F9 すべてのキーをメイクにセットする ACK
FA すべてのキーをタイプマティック／メイク／ブレークにセットする ACK
セット・キータイプ
(廃止?) FB 個々のキーをタイプマティック(オートリピート)にセットする
FB, ACK, [Code],...[Code] ACK
FC すべてのキーをメイク／ブレークにセットする
FC, ACK, [Code],...[Code] ACK
FD すべてのキーをメイクにセットする
FD, ACK, [Code],...[Code] ACK
Set Typematic Rate/Delay F3 Default Rate=10Char/Sec, Delay=500mS

ディレィの設定

Bit6 Bit5 ディレィ
0 0 250mS
0 1 500mS
1 0 750mS
1 1 1000mS

リピートレートの設定
Rate=1 / ((8 + (bit2:0) ) * (2 ** (bit4:3)) * 0.00417 ) MakeCode/Sec

Bit Rate
4 3 2 1 0
0 0 0 0 0 30.0
0 0 0 0 1 26.7
0 0 0 1 0 24.0
0 0 0 1 1 21.8
0 0 1 0 0 20.0
0 0 1 0 1 18.5
0 0 1 1 0 17.1
0 0 1 1 1 16.0
0 1 0 0 0 15.0
0 1 0 0 1 13.3
0 1 0 1 0 12.0
0 1 0 1 1 10.9
0 1 1 0 0 10.0
0 1 1 0 1 9.2
0 1 1 1 0 8.6
0 1 1 1 1 8.0

Bit Rate
4 3 2 1 0
1 0 0 0 0 7.5
1 0 0 0 1 6.7
1 0 0 1 0 6.0
1 0 0 1 1 5.5
1 0 1 0 0 5.0
1 0 1 0 1 4.6
1 0 1 1 0 4.3
1 0 1 1 1 4.0
1 1 0 0 0 3.7
1 1 0 0 1 3.3
1 1 0 1 0 3.0
1 1 0 1 1 2.7
1 1 1 0 0 2.5
1 1 1 0 1 2.3
1 1 1 1 0 2.1
1 1 1 1 1 2.0

ACK
Enable F4 キースキャンを開始する ACK
Default Disable F5 起動時の状態へ戻し、キースキャンを停止する　
Set Default F6 起動時の状態へ戻す ACK
Resend FE 再送要求 DATA
Reset FF キーボードリセットコマンド。
正しく受け取った場合ACKを返す。その後キーボードはセルフテストを実行する。 ACK

キーボードがパソコンへ発行するコマンドコード

コマンドコード(HEX) 内容
Overrun 00 16バイトの受信バッファを超えた
BAT Completion AA BAT(Basic Assurance Test)が正しく終了した
ECHO Responce EE エコーコマンドへの応答を示す
Break Code Prefix F0 Breakコードのプリフィックス
Ack FA ECHO、RESEND以外のコマンドに対する正しく受け取られた応答メッセージ
BAT Failed FC BATが正しく終了できなかった
Disgnostic Failure FD セルフチェック時にエラー発生
Resend FE パソコンからの送信データ再送要求

スキャンコード送信

キーボードのキーが押された時と、キーを離した時にスキャンコードを送信します。
キー・スキャンコードは３種類でデフォルトはスキャンコードセット２です。
これはASCIIいコードではなくキー番号（VFキーコード)です。
キーが押された時はMakeコードを、離した時にはBreakコードを送信します。
BreakコードはほとんどがMakeコードに0F0hを加えた2バイトコードで、オートリピートはMakeコードの送信です。

Exp:'A'を押すと'1Ch'送信、離すと'0F0h,1Ch'の2バイト送信

スキャンコードセット

キー Scan Code Set 1 Scan Code Set 2 Scan Code Set 3 Memo
Make Break Make Break Make Break
1(FullKey) 02 82 16 F0 16 16 F0 16
1(TenKey) 4F CF 69 F0 69 69 F0 69
End *1 E0 4F E0 CF E0 69 E0 F0 69 65 F0 65 *1 (Base Case or Shift+NumLock)
*2 E0 AA E0 4F E0 CF E0 2A E0 F0 12 E0 69 E0 F0 69 E0 12 *2 (Shift Case)
*3 E0 2A E0 4F E0 CF E0 AA E0 12 E0 69 E0 F0 69 E0 F0 12 *3 (Num Lock on)

スキャンコードセット２を使用する

キーボードにはキー番号が定義されている。詳細は「OADGテクニカルリ・ファレンス」4章「キーボード」を参照のこと。→OADG

109キーボードのキー番号

シフト状態に影響されないスキャンコード群(Breakコードは先頭にF0を送る)

Key Make Break
1 0E F0 0E
2 16 F0 16
3 1E F0 1E
4 26 F0 26
5 25 F0 25
6 2E F0 2E
7 36 F0 36
8 3D F0 3D
9 3E F0 3E
10 46 F0 46
11 45 F0 45
12 4E F0 4E
13 55 F0 55
14 6A F0 6A
15 66 F0 66
16 0D F0 0D
17 15 F0 15
18 1D F0 1D
19 24 F0 24
20 2D F0 2D
21 2C F0 2C
22 35 F0 35
23 3C F0 3C
24 43 F0 43

Key Make Break
25 44 F0 44
26 4D F0 4D
27 54 F0 54
28 5B F0 5B
29(*) 5D F0 5D
30 58 F0 58
31 1C F0 1C
32 1B F0 1B
33 23 F0 23
34 2B F0 2B
35 34 F0 34
36 33 F0 33
37 3B F0 3B
38 42 F0 42
39 4B F0 4B
40 4C F0 4C
41 52 F0 52
42 5D F0 5D
43 5A F0 5A
44 12 F0 12
45(*) 61 F0 61
46 1A F0 1A
47 22 F0 22
48 21 F0 21

Key Make Break
49 2A F0 2A
50 32 F0 32
51 31 F0 31
52 3A F0 3A
53 41 F0 41
54 49 F0 49
55 4A F0 4A
56 51 F0 51
57 59 F0 59
58 14 F0 14
60 11 F0 11
61 29 F0 29
62 E0 11 E0 F0 11
64 E0 14 E0 F0 14
90 77 F0 77
91 6C F0 6C
92 6B F0 6B
93 69 F0 69
96 75 F0 75
97 73 F0 73
98 72 F0 72
99 70 F0 70
100 7C F0 7C
101 7D F0 7D

Key Make Break
102 74 F0 74
103 7A F0 7A
104 71 F0 71
105 7B F0 7B
106 79 F0 79
108 E0 5A E0 F0 5A
110 76 F0 76
112 05 F0 05
113 06 F0 06
114 04 F0 04
115 0C F0 0C
116 03 F0 03
117 0B F0 0B
118 83 F0 83
119 0A F0 0A
120 01 F0 01
121 09 F0 09
122 78 F0 78
123 07 F0 07
125 7E F0 7E
131 67 F0 67
132 64 F0 64
133 13 F0 13

*=Reserved

2バイト系コード

番号 Key Make Break
62 Alt (R) E0 11 E0 F0 11
64 Ctrl (R) E0 14 E0 F0 14
108 Ten.Enter E0 5A E0 F0 5A

Shift、Numのキーコンビネーション

番号 Key 通常
Shift+NumLock Shift NumLock
Make Break Make Break Make Break
75 Ins E0 70 E0 F0 70 E0 F0 12 E0 70 E0 F0 70 E0 12 E0 12 E0 70 E0 F0 70 E0 F0 12
76 Del E0 71 E0 F0 71 E0 F0 12 E0 71 E0 F0 71 E0 12 E0 12 E0 71 E0 F0 71 E0 F0 12
79 ← E0 6B E0 F0 6B E0 F0 12 E0 6B E0 F0 6B E0 12 E0 12 E0 6B E0 F0 6B E0 F0 12
80 Home E0 6C E0 F0 6C E0 F0 12 E0 6C E0 F0 6C E0 12 E0 12 E0 6C E0 F0 6C E0 F0 12
81 End E0 69 E0 F0 69 E0 F0 12 E0 69 E0 F0 69 E0 12 E0 12 E0 69 E0 F0 69 E0 F0 12
83 ↑ E0 75 E0 F0 75 E0 F0 12 E0 75 E0 F0 75 E0 12 E0 12 E0 75 E0 F0 75 E0 F0 12
84 ↓ E0 72 E0 F0 72 E0 F0 12 E0 72 E0 F0 72 E0 12 E0 12 E0 72 E0 F0 72 E0 F0 12
85 PgUp E0 7D E0 F0 7D E0 F0 12 E0 7D E0 F0 7D E0 12 E0 12 E0 7D E0 F0 7D E0 F0 12
86 PgDn E0 7A E0 F0 7A E0 F0 12 E0 7A E0 F0 7A E0 12 E0 12 E0 7A E0 F0 7A E0 F0 12
89 → E0 74 E0 F0 74 E0 F0 12 E0 74 E0 F0 74 E0 12 E0 12 E0 74 E0 F0 74 E0 F0 12
95 Ten./ E0 4A E0 F0 4A E0 F0 12 E0 4A E0 F0 4A E0 12

特殊のキーコンビネーション

番号 Key 通常 Ctrl,Shift時 Alt時
Make Break Make Break Make Break
124 PrintScreen E0 12 E0 7C E0 F0 7C E0 12 E0 7C E0 F0 7C 84 F0 84

特殊のキーコンビネーション(Makeのみ)

番号 Key 通常 Ctrl時
126 Pause E1 14 77 E1 14 F0 77 E0 7E E0 F0 7E

キーボードからシステムへの送信

(1) キーボードがCLKを調べてインアクティブ('L')なら出力禁止(キーボード禁止)
(2) キーボードがDATを調べてインアクティブ('L')ならシステムがデータを持っているので受信する(システム送信要求)
(3) CLK,DATともにアクティブ('H')ならデータ送信開始。
CLKはインアクティブの時に有効。送信中は60μS以内でCLKを調べて、システムがインアクティブにしている場合(回線競合)なら送信中止する。
システム側はCLKが10ビット目開始エッジ以前であれば、CLKをインアクティブにしてキーボードの送信を中断できる。このときシステム側はCLK,DATをアクティブに戻す。
(4) 10ビット目出力後、？以内に送信が完了しているか（回線競合がなかったか）調べる。
正常ならストップビットを出力して送信終了。 (5) データ出力後、システム側でCLKをインアクティブに保つことで。次のキーボードからの送信を禁止でる。
(6) システムがキーボードにデータを送りたい場合は、DATをインアクティブ('L')にし、CLKをアクティブ('H')にする。

システムからキーボードへの送信

(1) キーボードからデータが送信中で、10ビット目以降を送っている場合には、その送信が終わるまで待つ。
(2) キーボード側ではCLKが、インアクティブなら出力できない。
(3) キーボード側はDATがインアクティブならCLKをインアクティブにする。するとシステム側は最初のスタートビットを送信できる。
(4) キーボードはスタートビットを確認したら、CLKをインアクティブにする。次にシステムはDATに最初のDataBitを乗せる。キーボードがCLKをインアクティブにするたびに、システムはDATに次のDataBitを乗せ、すべてのビットを送り終わるまで続ける。
(5) CLKがアクティブにある間、キーボードはDATを調べてDataBitを取り込む。DATはCLKの立ち上がりから1μS以内に安定する。
(6) 10番目のCLKのあとで、キーボード側はDATを調べ、アクティブならばインアクティブにして、CLKを1ビットカウントする。この動作によりキーボードがデータ受信を完了したことをシステム側に通知する。システム側では通知後にレディ状態に戻るか、準備が整うまでCLKをインアクティブにしてキーボード禁止にする。
10番目のCLKの後のDATがインアクティブならフレーミングエラーが発生したことになり、アクティブになるまでCLKをカウントし、DATをインアクティブにして再送信コマンドをシステムに送信する。
(7) キーボードがDATをインアクティブにして回線制御ビットを生成

キーボードはCLKを10mS以下の間隔で監視しシステムからのコマンドに応答する。
キーボードはシステムからのコマンドに20mS以内に応答する。
システムはキーボードの応答が無効またはエラーなら再送信する。

PC/AT起動時の応答

PC/AT起動時に搬送されるコマンドは、
0FFh,0F2h,0EDh,00h,0F2hだった
実験環境：シャトル製i810マザー ME-17
BIOS設定：タイプマティックRate設定なし、NumLockなし

PC/ATの初期化コマンドと応答

項 PC/AT側コマンドキーボード側応答
1 FF Reset
キーボードリセットコマンド。
キーボードはセルフテストを実行する。
FA Ack
コマンドに対する正しく受け取られた応答
AA BAT Completion
BAT(Basic Assurance Test)が正しく終了した
2 F2 ID Read
識別情報を要求
FA Ack
コマンドに対する正しく受け取られた応答
AB ID(L)
識別IDのLowバイト
83 ID(H)
識別IDのHighバイト
3 ED Set/Reset Mode Indicator
キーボードのLEDの点灯/消灯要求
00 オプションバイト
Bit2:0がLEDに対応する
FA Ack
コマンドに対する正しく受け取られた応答
4 F2 ID Read
識別情報を要求
FA Ack
コマンドに対する正しく受け取られた応答
AB ID(L)
識別IDのLowバイト
83 ID(H)
識別IDのHighバイト

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スタートビット	D0	D1	D2	D3	D4	D5	D6	D7	ODDパリティ	ストップビット
0	x	x	x	x	x	x	x	x	p	1

アドレス	Bit	R/W	内容
060h	7:0	R/W	データバッファ
064h	7:0	W	(コマンドバイト)
0	割り込み許可(キーボード) IRQ1 1=許可
1	割り込み許可(マウス) IRQ2 1=許可
2	システムフラグ
3	(リザーブ)
4	キーボード禁止 1=禁止
5	マウス禁止 1=禁止
6	キーボード・スキャン・モード
7	(リザーブ)
064h	7:0	R	(ステータスバイト)
0	出力バッファ・フル
1	入力バッファ・フル
2	システムフラグ
3	コマンド／データ
4	スイッチ禁止
5	転送タイムアウトまたは、マウスフル
6	ジェネラル・タイムアウト
7	パリティエラー

コマンド	コード(HEX)	内容
Overrun	00	16バイトの受信バッファを超えた
BAT Completion	AA	BAT(Basic Assurance Test)が正しく終了した
ECHO Responce	EE	エコーコマンドへの応答を示す
Break Code Prefix	F0	Breakコードのプリフィックス
Ack	FA	ECHO、RESEND以外のコマンドに対する正しく受け取られた応答メッセージ
BAT Failed	FC	BATが正しく終了できなかった
Disgnostic Failure	FD	セルフチェック時にエラー発生
Resend	FE	パソコンからの送信データ再送要求

キー	Scan Code Set 1	Scan Code Set 2	Scan Code Set 3	Memo
Make	Break	Make	Break	Make	Break
1(FullKey)	02	82	16	F0 16	16	F0 16
1(TenKey)	4F	CF	69	F0 69	69	F0 69
End	*1	E0 4F	E0 CF	E0 69	E0 F0 69	65	F0 65	*1 (Base Case or Shift+NumLock)
*2	E0 AA E0 4F	E0 CF E0 2A	E0 F0 12 E0 69	E0 F0 69 E0 12	*2 (Shift Case)
*3	E0 2A E0 4F	E0 CF E0 AA	E0 12 E0 69	E0 F0 69 E0 F0 12	*3 (Num Lock on)

番号	Key	Make	Break
62	Alt (R)	E0 11	E0 F0 11
64	Ctrl (R)	E0 14	E0 F0 14
108	Ten.Enter	E0 5A	E0 F0 5A

番号	Key	通常 Shift+NumLock	Shift	NumLock
Make	Break	Make	Break	Make	Break
75	Ins	E0 70	E0 F0 70	E0 F0 12 E0 70	E0 F0 70 E0 12	E0 12 E0 70	E0 F0 70 E0 F0 12
76	Del	E0 71	E0 F0 71	E0 F0 12 E0 71	E0 F0 71 E0 12	E0 12 E0 71	E0 F0 71 E0 F0 12
79	←	E0 6B	E0 F0 6B	E0 F0 12 E0 6B	E0 F0 6B E0 12	E0 12 E0 6B	E0 F0 6B E0 F0 12
80	Home	E0 6C	E0 F0 6C	E0 F0 12 E0 6C	E0 F0 6C E0 12	E0 12 E0 6C	E0 F0 6C E0 F0 12
81	End	E0 69	E0 F0 69	E0 F0 12 E0 69	E0 F0 69 E0 12	E0 12 E0 69	E0 F0 69 E0 F0 12
83	↑	E0 75	E0 F0 75	E0 F0 12 E0 75	E0 F0 75 E0 12	E0 12 E0 75	E0 F0 75 E0 F0 12
84	↓	E0 72	E0 F0 72	E0 F0 12 E0 72	E0 F0 72 E0 12	E0 12 E0 72	E0 F0 72 E0 F0 12
85	PgUp	E0 7D	E0 F0 7D	E0 F0 12 E0 7D	E0 F0 7D E0 12	E0 12 E0 7D	E0 F0 7D E0 F0 12
86	PgDn	E0 7A	E0 F0 7A	E0 F0 12 E0 7A	E0 F0 7A E0 12	E0 12 E0 7A	E0 F0 7A E0 F0 12
89	→	E0 74	E0 F0 74	E0 F0 12 E0 74	E0 F0 74 E0 12	E0 12 E0 74	E0 F0 74 E0 F0 12
95	Ten./	E0 4A	E0 F0 4A	E0 F0 12 E0 4A	E0 F0 4A E0 12

番号	Key	通常	Ctrl,Shift時	Alt時
Make	Break	Make	Break	Make	Break
124	PrintScreen	E0 12 E0 7C	E0 F0 7C E0 12	E0 7C	E0 F0 7C	84	F0 84

番号	Key	通常	Ctrl時
126	Pause	E1 14 77 E1 14 F0 77	E0 7E E0 F0 7E

項	PC/AT側コマンド	キーボード側応答
1	FF	Reset キーボードリセットコマンド。キーボードはセルフテストを実行する。
	FA	Ack コマンドに対する正しく受け取られた応答
AA	BAT Completion BAT(Basic Assurance Test)が正しく終了した
2	F2	ID Read 識別情報を要求
	FA	Ack コマンドに対する正しく受け取られた応答
AB	ID(L) 識別IDのLowバイト
83	ID(H) 識別IDのHighバイト
3	ED	Set/Reset Mode Indicator キーボードのLEDの点灯/消灯要求
00	オプションバイト Bit2:0がLEDに対応する
	FA	Ack コマンドに対する正しく受け取られた応答
4	F2	ID Read 識別情報を要求
	FA	Ack コマンドに対する正しく受け取られた応答
AB	ID(L) 識別IDのLowバイト
83	ID(H) 識別IDのHighバイト

E-mail : saza00@mail.goo.ne.jp Index に戻る