通信协议——PS2

概述

PS/2是在较早电脑上常见的接口之一，不支持热插拔。在Windows环境下，ps/2鼠标的采样率默认为60次/秒，USB鼠标的采样率为120次/秒。较高的采样率理论上可以提高鼠标的移动精度。

工作原理

数据和时钟都是集电极开路的，这就意味着它们通常保持高电平而且很容易下拉到地 逻辑 0。 任何你连接到 PS/2 鼠标、键盘或 host 的设备在时钟和数据线上要有一个大的上拉电阻。置 0 就把线拉低 置 1 就让线上浮成高电平。图中数据和时钟线的一般接口结构。（注意如果你打算使用象 PIC 这样的微控制器， 由于它们的 I/O 管脚是双向的，你可以跳过晶体管和缓冲门，并且通用同一个管脚进行输入和输出。在这种组态情况下，要设置管脚为输入就写入 1 使得电阻上拉线上的电平，要改变管脚为输出就写入 0 到那个管脚，把线路下拉到地。）
图 1 数据线和时钟线的集电极开路接口。数据和时钟分别由微控制器的 A 端口和 B端口读入。这两条线通常保持+5V，但可以往端口 C 和 D 写入1 来拉到地。结果是数据是 D 的反相，时钟是 C 的反相。

PS/2 鼠标和键盘履行一种双向同步串行协议。换句话说，每次数据线上发送一位数据并且每在时钟线发一个脉冲就被读入。键盘/鼠标可以发送数据到主机，而主机也可以发送数据到设备，但主机总是在总线上有优先权，它可以在任何时候抑制来自于键盘/鼠标的通讯，只要把时钟拉低即可。

从键盘/鼠标发送到主机的数据在时钟信号的下降沿（当时钟从高变到低的时候）被读取 ；从主机发送到键盘/鼠标的数据在上升沿（当时钟从低变到高的时候）被读取。不管通讯的方向怎样，键盘/鼠标总是产生时钟信号。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（这个过程在下一章节中被描述）。最大的时钟频率是 33kHz， 而且大多数设备工作在 10~20kHz 。如果你要制作一个 PS/2 设备， 我推荐你把频率控制在 15kHz 左右。 这就意味着时钟应该是高 40 微秒低 40 微秒。

通信时序

协议格式
所有数据安排在字节中， 每个字节为一帧 ，包含了 11~12 个位。这些位的含义如下：

如果数据位中包含偶数个 1， 校验位就会置 1； 如果数据位中包含奇数个 1 ，校验位就会置 0 。数据位中1 的个数加上校验位总是为奇数 （这就是奇校验 ）。这是用来进行错误检测的。

当主机发送数据给键盘/鼠标时， 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
数据和时钟线都是集电极开路结构（正常保持高电平）当键盘或鼠标等待发送数据时， 它首先检查时钟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（键盘有 16 字节的缓冲区 ，而鼠标的缓冲区仅存储最后一个要发送的数据包）。 如果时钟线是高电平， 设备就可以开始传送数据。每位在时钟的下降沿被主机读入。
设备到主机的通讯 当时钟为高 数据线改变状态 在时钟信号的下降沿数据被锁存
我推荐下面的过程发送一个单一字节从仿真键盘/鼠标到主机：

• 等待 Clock = high
• 延时 50 微秒
• Clock s 仍旧为 high? No—到第 1 步
• Data = high? No—放弃 (并且从主机读取字节)
• 延迟 20 毫秒 (=40 微秒 to the time Clock is pulled low in sending the start bit.)
• 输出起始位 (0)
• 输出 8 个数据位
• 输出校验位
• 输出停止位 (1)
• 延迟 30 毫秒 (=50 微秒 from the time Clock is released in sending the stop bit)

按如下的过程发送单个位：

• 设置/复位数据
• 延迟 20 微秒
• 把时钟拉低
• 延迟 40 微秒
• 释放时钟
• 延迟 20 微秒

主机到设备
首先 PS/2 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，如下示：

• 通过下拉时钟线至少 100 微秒来抑制通讯。
• 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 10 毫秒的间隔内就要检查这个状态。 当设备检测到这个状态， 它将开始产生时钟信号， 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。 当发生在设备到主机通讯的过程中时正好相反。

在停止位发送后 ，设备要应答接收到的字节， 就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（然后设备将产生一个错误）。

主机可以在第 11 个时钟脉冲（应答位）前中止一次传送， 只要下拉时钟线至少 100 微秒。
要使得这个过程易于理解 ，主机必须按下面的步骤发送数据到 PS/2 设备：

• 把时钟线拉低至少 100 微秒
• 把数据线拉低
• 释放数据线
• 等待设备把时钟线拉低
• 发送第一个数据位
• 等待设备把时钟拉高
• 等待设备把时钟拉低
• 重复 5-7 步 发送剩下的 7 个数据位和校验位
• 释放数据线
• 等待设备把数据线拉低
• 等待设备把时钟线拉低
• 等待设备释放数据线和时钟线

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 — 数据的改变发生在时钟线为高的时候 不同于其它 11 位是当它为低的时候。
上图描述了两个重要的定时条件：a 和 b。 a 在主机最初把数据线拉低后 ，设备开始产生时钟脉冲的时间 ，必须不大于 15ms， b 数据包被发送的时间必须不大于 2ms。 如果这两个条件不满足 ，主机将产生一个错误。 在包收到后 ，主机为了处理数据立刻把时钟线拉低来抑制通讯。 如果主机发送的命令要求有一个回应， 这个回应必须在主机释放时钟线后 20ms 之内被收到 。如果没有收到 ，则主机产生一个错误 。在设备到主机通讯的情况中， 时钟改变后的 5 微秒内不应该发生数据改变的情况。

如果你要仿真一个鼠标或键盘 ，我推荐你按如下的过程从主机读入数据：
在你的主程序中， 至少每 10 毫秒检测数据线是否为低。如果数据线已被主机拉低， 则从主机读取一个字节。

• 等待时钟线为高
• 数据线仍然为低吗？不，有错误发生；放弃
• 读入 8 个数据位
• 读入校验位
• 读入停止位
• 数据线仍旧为 0 吗？是—保持时钟直到数据 1，然后产生一个错误
• 输出应答位
• 检查校验位，如果校验位不正确则产生一个错误
• 延迟 45 微秒 ，给主机时间抑制下次的传送

按如下次序读取每位 8 个数据位 检验位和停止位：

• 延迟 20 微秒
• 把时钟拉低
• 延迟 40 微秒
• 释放时钟
• 延迟 20 微秒
• 读数据线

按如下次序发送应答位：

• 延迟 15 微秒
• 把数据线拉低
• 延迟 5 微秒
• 把时钟线拉低
• 延迟 40 微秒
• 释放时钟线
• 延迟 5 微秒