converter/ibmpc_usb/ibmpc_usb.c

   1 /*
   2 Copyright 2019 Jun Wako <wakojun@gmail.com>
   3
   4 This program is free software: you can redistribute it and/or modify
   5 it under the terms of the GNU General Public License as published by
   6 the Free Software Foundation, either version 2 of the License, or
   7 (at your option) any later version.
   8
   9 This program is distributed in the hope that it will be useful,
  10 but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
  11 MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the
  12 GNU General Public License for more details.
  13
  14 You should have received a copy of the GNU General Public License
  15 along with this program.  If not, see <http://www.gnu.org/licenses/>.
  16 */
  17
  18 #include <stdint.h>
  19 #include <stdbool.h>
  20 #include "print.h"
  21 #include "util.h"
  22 #include "debug.h"
  23 #include "ibmpc.h"
  24 #include "host.h"
  25 #include "led.h"
  26 #include "matrix.h"
  27 #include "timer.h"
  28 #include "action.h"
  29 #include "ibmpc_usb.h"
  30 #include "ibmpc.h"
  31
  32
  33 static void matrix_make(uint8_t code);
  34 static void matrix_break(uint8_t code);
  35
  36 static int8_t process_cs1(void);
  37 static int8_t process_cs2(void);
  38 static int8_t process_cs3(void);
  39
  40
  41 static uint8_t matrix[MATRIX_ROWS];
  42 #define ROW(code)      ((code>>3)&0x0F)
  43 #define COL(code)      (code&0x07)
  44
  45 static int16_t read_wait(uint16_t wait_ms)
  46 {
  47     uint16_t start = timer_read();
  48     int16_t code;
  49     while ((code = ibmpc_host_recv()) == -1 && timer_elapsed(start) < wait_ms);
  50     return code;
  51 }
  52
  53 static uint16_t read_keyboard_id(void)
  54 {
  55     uint16_t id = 0;
  56     int16_t  code = 0;
  57
  58     // Disable
  59     //code = ibmpc_host_send(0xF5);
  60
  61     // Read ID
  62     code = ibmpc_host_send(0xF2);
  63     if (code == -1) { id = 0xFFFF; goto DONE; }     // XT or No keyboard
  64     if (code != 0xFA) { id = 0xFFFE; goto DONE; }   // Broken PS/2?
  65
  66     // ID takes 500ms max TechRef [8] 4-41
  67     code = read_wait(500);
  68     if (code == -1) { id = 0x0000; goto DONE; }     // AT
  69     id = (code & 0xFF)<<8;
  70
  71     code = read_wait(500);
  72     id |= code & 0xFF;
  73
  74 DONE:
  75     // Enable
  76     //code = ibmpc_host_send(0xF4);
  77
  78     return id;
  79 }
  80
  81 void hook_early_init(void)
  82 {
  83     ibmpc_host_init();
  84     ibmpc_host_enable();
  85 }
  86
  87 void matrix_init(void)
  88 {
  89     debug_enable = true;
  90
  91     // initialize matrix state: all keys off
  92     for (uint8_t i=0; i < MATRIX_ROWS; i++) matrix[i] = 0x00;
  93
  94     return;
  95 }
  96
  97 /*
  98  * keyboard recognition
  99  *
 100  * 1. Send F2 to get keyboard ID
 101  *      a. no ACK(FA): XT keyobard
 102  *      b. ACK but no ID: 84-key AT keyboard CodeSet2
 103  *      c. ID is AB 83: PS/2 keyboard CodeSet2
 104  *      d. ID is BF BF: Terminal keyboard CodeSet3
 105  *      e. error on recv: maybe broken PS/2
 106  */
 107 uint16_t keyboard_id = 0x0000;
 108 keyboard_kind_t keyboard_kind = NONE;
 109 uint8_t matrix_scan(void)
 110 {
 111     // scan code reading states
 112     static enum {
 113         INIT,
 114         XT_RESET,
 115         XT_RESET_WAIT,
 116         XT_RESET_DONE,
 117         WAIT_AA,
 118         WAIT_AABF,
 119         WAIT_AABFBF,
 120         READ_ID,
 121         SETUP,
 122         LOOP,
 123     } state = INIT;
 124     static uint16_t init_time;
 125
 126
 127     if (ibmpc_error) {
 128         xprintf("\nERR:%02X\n", ibmpc_error);
 129
 130         // when recv error, neither send error nor buffer full
 131         if (!(ibmpc_error & (IBMPC_ERR_SEND | IBMPC_ERR_FULL))) {
 132             // keyboard init again
 133             if (state == LOOP) {
 134                 xprintf("init\n");
 135                 state = INIT;
 136             }
 137         }
 138
 139         // clear or process error
 140         ibmpc_error = IBMPC_ERR_NONE;
 141     }
 142
 143     switch (state) {
 144         case INIT:
 145             xprintf("I%u ", timer_read());
 146             keyboard_kind = NONE;
 147             keyboard_id = 0x0000;
 148
 149             matrix_clear();
 150             clear_keyboard();
 151
 152             state = XT_RESET;
 153             break;
 154         case XT_RESET:
 155             // Reset XT-initialize keyboard
 156             // XT: hard reset 500ms for IBM XT Type-1 keyboard and clones
 157             // XT: soft reset 20ms min(clock Lo)
 158             ibmpc_host_disable();   // soft reset: inihibit(clock Lo/Data Hi)
 159             IBMPC_RST_LO();         // hard reset: reset pin Lo
 160
 161             init_time = timer_read();
 162             state = XT_RESET_WAIT;
 163             break;
 164         case XT_RESET_WAIT:
 165             if (timer_elapsed(init_time) > 500) {
 166                 state = XT_RESET_DONE;
 167             }
 168             break;
 169         case XT_RESET_DONE:
 170             IBMPC_RST_HIZ();        // hard reset: reset pin HiZ
 171             ibmpc_host_isr_clear();
 172             ibmpc_host_enable();    // soft reset: idle(clock Hi/Data Hi)
 173
 174             xprintf("X%u ", timer_read());
 175             init_time = timer_read();
 176             state = WAIT_AA;
 177             break;
 178         case WAIT_AA:
 179             // 1) Read BAT code and ID on keybaord power-up
 180             // For example, XT/AT sends 'AA' and Terminal sends 'AA BF BF' after BAT
 181             // AT 84-key: POR and BAT can take 900-9900ms according to AT TechRef [8] 4-7
 182             // AT 101/102-key: POR and BAT can take 450-2500ms according to AT TechRef [8] 4-39
 183             // 2) Read key typed by user or anything after error on protocol or scan code
 184             // This can happen in case of keyboard hotswap, unstable hardware, signal integrity problem or bug
 185
 186             /* wait until keyboard sends any code without 10000ms timeout
 187             if (timer_elapsed(init_time) > 10000) {
 188                 state = READ_ID;
 189             }
 190             */
 191             if (ibmpc_host_recv() != -1) {  // wait for AA
 192                 xprintf("W%u ", timer_read());
 193                 init_time = timer_read();
 194                 state = WAIT_AABF;
 195             }
 196             break;
 197         case WAIT_AABF:
 198             // NOTE: we can omit to wait BF BF
 199             // ID takes 500ms max? TechRef [8] 4-41, though 1ms is enough for 122-key Terminal 6110345
 200             if (timer_elapsed(init_time) > 500) {
 201                 state = READ_ID;
 202             }
 203             if (ibmpc_host_recv() != -1) {  // wait for BF
 204                 xprintf("W%u ", timer_read());
 205                 init_time = timer_read();
 206                 state = WAIT_AABFBF;
 207             }
 208             break;
 209         case WAIT_AABFBF:
 210             if (timer_elapsed(init_time) > 500) {
 211                 state = READ_ID;
 212             }
 213             if (ibmpc_host_recv() != -1) {  // wait for BF
 214                 xprintf("W%u ", timer_read());
 215                 state = READ_ID;
 216             }
 217             break;
 218         case READ_ID:
 219             xprintf("R%u ", timer_read());
 220
 221             keyboard_id = read_keyboard_id();
 222             if (ibmpc_error) {
 223                 xprintf("\nERR:%02X\n", ibmpc_error);
 224                 ibmpc_error = IBMPC_ERR_NONE;
 225             }
 226
 227             if (0xAB00 == (keyboard_id & 0xFF00)) {         // CodeSet2 PS/2
 228                 keyboard_kind = PC_AT;
 229             } else if (0xBF00 == (keyboard_id & 0xFF00)) {  // CodeSet3 Terminal
 230                 keyboard_kind = PC_TERMINAL;
 231             } else if (0x0000 == keyboard_id) {             // CodeSet2 AT
 232                 keyboard_kind = PC_AT;
 233             } else if (0xFFFF == keyboard_id) {             // CodeSet1 XT
 234                 keyboard_kind = PC_XT;
 235             } else if (0xFFFE == keyboard_id) {             // CodeSet2 PS/2 fails to response?
 236                 keyboard_kind = PC_AT;
 237             } else if (0x00FF == keyboard_id) {             // Mouse is not supported
 238                 xprintf("Mouse: not supported\n");
 239                 keyboard_kind = NONE;
 240             } else {
 241                 keyboard_kind = PC_AT;
 242             }
 243
 244             xprintf("ID:%04X(%d)\n", keyboard_id, keyboard_kind);
 245
 246             state = SETUP;
 247             break;
 248         case SETUP:
 249             xprintf("S%u ", timer_read());
 250             switch (keyboard_kind) {
 251                 case PC_XT:
 252                     break;
 253                 case PC_AT:
 254                     led_set(host_keyboard_leds());
 255                     break;
 256                 case PC_TERMINAL:
 257                     ibmpc_host_send(0xF8);
 258                     break;
 259                 default:
 260                     break;
 261             }
 262             state = LOOP;
 263             xprintf("L%u ", timer_read());
 264         case LOOP:
 265             switch (keyboard_kind) {
 266                 case PC_XT:
 267                     if (process_cs1() == -1) state = INIT;
 268                     break;
 269                 case PC_AT:
 270                     if (process_cs2() == -1) state = INIT;
 271                     break;
 272                 case PC_TERMINAL:
 273                     if (process_cs3() == -1) state = INIT;
 274                     break;
 275                 default:
 276                     break;
 277             }
 278             break;
 279         default:
 280             break;
 281     }
 282     return 1;
 283 }
 284
 285 inline
 286 bool matrix_is_on(uint8_t row, uint8_t col)
 287 {
 288     return (matrix[row] & (1<<col));
 289 }
 290
 291 inline
 292 uint8_t matrix_get_row(uint8_t row)
 293 {
 294     return matrix[row];
 295 }
 296
 297 uint8_t matrix_key_count(void)
 298 {
 299     uint8_t count = 0;
 300     for (uint8_t i = 0; i < MATRIX_ROWS; i++) {
 301         count += bitpop(matrix[i]);
 302     }
 303     return count;
 304 }
 305
 306
 307 inline
 308 static void matrix_make(uint8_t code)
 309 {
 310     if (!matrix_is_on(ROW(code), COL(code))) {
 311         matrix[ROW(code)] |= 1<<COL(code);
 312     }
 313 }
 314
 315 inline
 316 static void matrix_break(uint8_t code)
 317 {
 318     if (matrix_is_on(ROW(code), COL(code))) {
 319         matrix[ROW(code)] &= ~(1<<COL(code));
 320     }
 321 }
 322
 323 void matrix_clear(void)
 324 {
 325     for (uint8_t i=0; i < MATRIX_ROWS; i++) matrix[i] = 0x00;
 326 }
 327
 328 void led_set(uint8_t usb_led)
 329 {
 330     if (keyboard_kind != PC_AT) return;
 331
 332     uint8_t ibmpc_led = 0;
 333     if (usb_led &  (1<<USB_LED_SCROLL_LOCK))
 334         ibmpc_led |= (1<<IBMPC_LED_SCROLL_LOCK);
 335     if (usb_led &  (1<<USB_LED_NUM_LOCK))
 336         ibmpc_led |= (1<<IBMPC_LED_NUM_LOCK);
 337     if (usb_led &  (1<<USB_LED_CAPS_LOCK))
 338         ibmpc_led |= (1<<IBMPC_LED_CAPS_LOCK);
 339     ibmpc_host_set_led(ibmpc_led);
 340 }
 341
 342
 343 /*******************************************************************************
 344  * XT: Scan Code Set 1
 345  *
 346  * See [3], [a]
 347  *
 348  * E0-escaped scan codes are translated into unused range of the matrix.(54-7F)
 349  *
 350  *     01-53: Normal codes used in original XT keyboard
 351  *     54-7F: Not used in original XT keyboard
 352  *
 353  *         0   1   2   3   4   5   6   7   8   9   A   B   C   D   E   F
 354  *     50  -   -   -   -   *   *   x   x   x   x   *   *   *   *   *   *
 355  *     60  *   *   *   *   x   x   x   x   x   x   x   x   x   x   x   *
 356  *     70  x   *   *   x   *   *   x   *   *   x   *   x   *   x   x   *
 357  *
 358  * -: codes existed in original XT keyboard
 359  * *: E0-escaped codes translated
 360  * x: Non-espcaped codes(Some are not used in real keyboards probably)
 361  *
 362  * Codes assigned in range 54-7F:
 363  *
 364  *     50  -                60  Up*                 70  KANAx
 365  *     51  -                61  Left*               71  Insert*
 366  *     52  -                62  Down*               72  Delete*
 367  *     53  -                63  Right*              73  ROx
 368  *     54  PrintScr*        64  F13x                74  Home*
 369  *     55  Pause*           65  F14x                75  End*
 370  *     56  Euro2x           66  F15x                76  F24x
 371  *     57  F11x             67  F16x                77  PageUp*
 372  *     58  F12x             68  F17x                78  PageDown*
 373  *     59  Keypad=x         69  F18x                79  HENKANx
 374  *     5A  LGUI*            6A  F19x                7A  RCTL*
 375  *     5B  RGUI*            6B  F20x                7B  MUHENKANx
 376  *     5C  APP*             6C  F21x                7C  RALT*
 377  *     5D  Mute*            6D  F22x                7D  JPYx
 378  *     5E  Volume Down*     6E  F23x                7E  Keypad,x
 379  *     5F  Volume Up*       6F  Keypad Enter*       7F  Keypad/ *
 380  */
 381 static uint8_t cs1_e0code(uint8_t code) {
 382     switch(code) {
 383         // Original IBM XT keyboard doesn't use E0-codes probably
 384         // Some XT compatilble keyobards need these keys?
 385         case 0x37: return 0x54; // Print Screen
 386         case 0x46: return 0x55; // Ctrl + Pause
 387         case 0x5B: return 0x5A; // Left  GUI
 388         case 0x5C: return 0x5B; // Right GUI
 389         case 0x5D: return 0x5C; // Application
 390         case 0x20: return 0x5D; // Mute
 391         case 0x2E: return 0x5E; // Volume Down
 392         case 0x30: return 0x5F; // Volume Up
 393         case 0x48: return 0x60; // Up
 394         case 0x4B: return 0x61; // Left
 395         case 0x50: return 0x62; // Down
 396         case 0x4D: return 0x63; // Right
 397         case 0x1C: return 0x6F; // Keypad Enter
 398         case 0x52: return 0x71; // Insert
 399         case 0x53: return 0x72; // Delete
 400         case 0x47: return 0x74; // Home
 401         case 0x4F: return 0x75; // End
 402         case 0x49: return 0x77; // Page Up
 403         case 0x51: return 0x78; // Page Down
 404         case 0x1D: return 0x7A; // Right Ctrl
 405         case 0x38: return 0x7C; // Right Alt
 406         case 0x35: return 0x7F; // Keypad /
 407
 408         // Shared matrix cell with other keys
 409         case 0x5E: return 0x70; // Power (KANA)
 410         case 0x5F: return 0x79; // Sleep (HENKAN)
 411         case 0x63: return 0x7B; // Wake  (MUHENKAN)
 412
 413         default:
 414            xprintf("!CS1_E0_%02X!\n", code);
 415            return code;
 416     }
 417     return 0x00;
 418 }
 419
 420 static int8_t process_cs1(void)
 421 {
 422     static enum {
 423         INIT,
 424         E0,
 425         // Pause: E1 1D 45, E1 9D C5 [a] (TODO: test)
 426         E1,
 427         E1_1D,
 428         E1_9D,
 429     } state = INIT;
 430
 431     uint16_t code = ibmpc_host_recv();
 432     if (code == -1) {
 433         return 0;
 434     }
 435
 436     // Check invalid codes; 0x59-7F won't be used in real XT keyboards probably
 437     // 0x62 is used to handle escape code E0 and E1
 438     if ((code & 0x7F) >= 0x62) {
 439         xprintf("!CS1_INV!\n");
 440         state = INIT;
 441         return -1;
 442     }
 443
 444     switch (state) {
 445         case INIT:
 446             switch (code) {
 447                 case 0x00:
 448                 case 0xFF:  // Error/Overrun [3]p.26
 449                     xprintf("!CS1_ERR!\n");
 450                     return -1;
 451                     break;
 452                 case 0xE0:
 453                     state = E0;
 454                     break;
 455                 case 0xE1:
 456                     state = E1;
 457                     break;
 458                 default:
 459                     if (code < 0x80)
 460                         matrix_make(code);
 461                     else
 462                         matrix_break(code & 0x7F);
 463                     break;
 464             }
 465             break;
 466         case E0:
 467             switch (code) {
 468                 case 0x2A:
 469                 case 0xAA:
 470                 case 0x36:
 471                 case 0xB6:
 472                     //ignore fake shift
 473                     state = INIT;
 474                     break;
 475                 default:
 476                     if (code < 0x80)
 477                         matrix_make(cs1_e0code(code));
 478                     else
 479                         matrix_break(cs1_e0code(code & 0x7F));
 480                     state = INIT;
 481                     break;
 482             }
 483             break;
 484         case E1:
 485             switch (code) {
 486                 case 0x1D:
 487                     state = E1_1D;
 488                     break;
 489                 case 0x9D:
 490                     state = E1_9D;
 491                     break;
 492                 default:
 493                     state = INIT;
 494                     break;
 495             }
 496             break;
 497         case E1_1D:
 498             switch (code) {
 499                 case 0x45:
 500                     matrix_make(0x55);
 501                     break;
 502                 default:
 503                     state = INIT;
 504                     break;
 505             }
 506             break;
 507         case E1_9D:
 508             switch (code) {
 509                 case 0x45:
 510                     matrix_break(0x55);
 511                     break;
 512                 default:
 513                     state = INIT;
 514                     break;
 515             }
 516             break;
 517         default:
 518             state = INIT;
 519     }
 520     return 0;
 521 }
 522
 523
 524 /*******************************************************************************
 525  * AT, PS/2: Scan Code Set 2
 526  *
 527  * Exceptional Handling
 528  * --------------------
 529  * Some keys should be handled exceptionally. See [b].
 530  *
 531  * Scan codes are varied or prefix/postfix'd depending on modifier key state.
 532  *
 533  * 1) Insert, Delete, Home, End, PageUp, PageDown, Up, Down, Right, Left
 534  *     a) when Num Lock is off
 535  *     modifiers | make                      | break
 536  *     ----------+---------------------------+----------------------
 537  *     Ohter     |                    <make> | <break>
 538  *     LShift    | E0 F0 12           <make> | <break>  E0 12
 539  *     RShift    | E0 F0 59           <make> | <break>  E0 59
 540  *     L+RShift  | E0 F0 12  E0 F0 59 <make> | <break>  E0 59 E0 12
 541  *
 542  *     b) when Num Lock is on
 543  *     modifiers | make                      | break
 544  *     ----------+---------------------------+----------------------
 545  *     Other     | E0 12              <make> | <break>  E0 F0 12
 546  *     Shift'd   |                    <make> | <break>
 547  *
 548  *     Handling: These prefix/postfix codes are ignored.
 549  *
 550  *
 551  * 2) Keypad /
 552  *     modifiers | make                      | break
 553  *     ----------+---------------------------+----------------------
 554  *     Ohter     |                    <make> | <break>
 555  *     LShift    | E0 F0 12           <make> | <break>  E0 12
 556  *     RShift    | E0 F0 59           <make> | <break>  E0 59
 557  *     L+RShift  | E0 F0 12  E0 F0 59 <make> | <break>  E0 59 E0 12
 558  *
 559  *     Handling: These prefix/postfix codes are ignored.
 560  *
 561  *
 562  * 3) PrintScreen
 563  *     modifiers | make         | break
 564  *     ----------+--------------+-----------------------------------
 565  *     Other     | E0 12  E0 7C | E0 F0 7C  E0 F0 12
 566  *     Shift'd   |        E0 7C | E0 F0 7C
 567  *     Control'd |        E0 7C | E0 F0 7C
 568  *     Alt'd     |           84 | F0 84
 569  *
 570  *     Handling: These prefix/postfix codes are ignored, and both scan codes
 571  *               'E0 7C' and 84 are seen as PrintScreen.
 572  *
 573  * 4) Pause
 574  *     modifiers | make(no break code)
 575  *     ----------+--------------------------------------------------
 576  *     Other     | E1 14 77 E1 F0 14 F0 77
 577  *     Control'd | E0 7E E0 F0 7E
 578  *
 579  *     Handling: Both code sequences are treated as a whole.
 580  *               And we need a ad hoc 'pseudo break code' hack to get the key off
 581  *               because it has no break code.
 582  *
 583  * Notes:
 584  * 'Hanguel/English'(F1) and 'Hanja'(F2) have no break code. See [a].
 585  * These two Korean keys need exceptional handling and are not supported for now.
 586  *
 587  */
 588 static uint8_t cs2_e0code(uint8_t code) {
 589     switch(code) {
 590         // E0 prefixed codes translation See [a].
 591         case 0x11: return 0x0F; // right alt
 592         case 0x14: return 0x17; // right control
 593         case 0x1F: return 0x19; // left GUI
 594         case 0x27: return 0x1F; // right GUI
 595         case 0x2F: return 0x5C; // apps
 596         case 0x4A: return 0x60; // keypad /
 597         case 0x5A: return 0x62; // keypad enter
 598         case 0x69: return 0x27; // end
 599         case 0x6B: return 0x53; // cursor left
 600         case 0x6C: return 0x2F; // home
 601         case 0x70: return 0x39; // insert
 602         case 0x71: return 0x37; // delete
 603         case 0x72: return 0x3F; // cursor down
 604         case 0x74: return 0x47; // cursor right
 605         case 0x75: return 0x4F; // cursor up
 606         case 0x7A: return 0x56; // page down
 607         case 0x7D: return 0x5E; // page up
 608         case 0x7C: return 0x6F; // Print Screen
 609         case 0x7E: return 0x00; // Control'd Pause
 610
 611         case 0x21: return 0x65; // volume down
 612         case 0x32: return 0x6E; // volume up
 613         case 0x23: return 0x7F; // mute
 614         case 0x10: return 0x08; // (WWW search)     -> F13
 615         case 0x18: return 0x10; // (WWW favourites) -> F14
 616         case 0x20: return 0x18; // (WWW refresh)    -> F15
 617         case 0x28: return 0x20; // (WWW stop)       -> F16
 618         case 0x30: return 0x28; // (WWW forward)    -> F17
 619         case 0x38: return 0x30; // (WWW back)       -> F18
 620         case 0x3A: return 0x38; // (WWW home)       -> F19
 621         case 0x40: return 0x40; // (my computer)    -> F20
 622         case 0x48: return 0x48; // (email)          -> F21
 623         case 0x2B: return 0x50; // (calculator)     -> F22
 624         case 0x34: return 0x08; // (play/pause)     -> F13
 625         case 0x3B: return 0x10; // (stop)           -> F14
 626         case 0x15: return 0x18; // (previous track) -> F15
 627         case 0x4D: return 0x20; // (next track)     -> F16
 628         case 0x50: return 0x28; // (media select)   -> F17
 629         case 0x5E: return 0x50; // (ACPI wake)      -> F22
 630         case 0x3F: return 0x57; // (ACPI sleep)     -> F23
 631         case 0x37: return 0x5F; // (ACPI power)     -> F24
 632
 633         // https://github.com/tmk/tmk_keyboard/pull/636
 634         case 0x03: return 0x18; // Help        DEC LK411 -> F15
 635         case 0x04: return 0x08; // F13         DEC LK411
 636         case 0x0B: return 0x20; // Do          DEC LK411 -> F16
 637         case 0x0C: return 0x10; // F14         DEC LK411
 638         case 0x0D: return 0x19; // LCompose    DEC LK411 -> LGUI
 639         case 0x79: return 0x6D; // KP-         DEC LK411 -> PCMM
 640         case 0x83: return 0x28; // F17         DEC LK411
 641         default: return (code & 0x7F);
 642     }
 643 }
 644
 645 static int8_t process_cs2(void)
 646 {
 647     // scan code reading states
 648     static enum {
 649         INIT,
 650         F0,
 651         E0,
 652         E0_F0,
 653         // Pause
 654         E1,
 655         E1_14,
 656         E1_F0,
 657         E1_F0_14,
 658         E1_F0_14_F0,
 659     } state = INIT;
 660
 661     uint16_t code = ibmpc_host_recv();
 662     if (code == -1) {
 663         return 0;
 664     }
 665
 666     switch (state) {
 667         case INIT:
 668             switch (code) {
 669                 case 0x00:  // Error/Overrun [3]p.26
 670                 case 0xFF:
 671                     matrix_clear();
 672                     xprintf("!CS2_ERR!\n");
 673                     state = INIT;
 674                     return -1;
 675                     break;
 676                 case 0xE0:
 677                     state = E0;
 678                     break;
 679                 case 0xF0:
 680                     state = F0;
 681                     break;
 682                 case 0xE1:
 683                     state = E1;
 684                     break;
 685                 case 0x83:  // F7
 686                     matrix_make(0x02);
 687                     state = INIT;
 688                     break;
 689                 case 0x84:  // Alt'd PrintScreen
 690                     matrix_make(0x6F);
 691                     state = INIT;
 692                     break;
 693                 case 0xAA:  // Self-test passed
 694                 case 0xFC:  // Self-test failed
 695                     // reset or plugin-in new keyboard
 696                     state = INIT;
 697                     return -1;
 698                     break;
 699                 default:    // normal key make
 700                     state = INIT;
 701                     if (code < 0x80) {
 702                         matrix_make(code);
 703                     } else {
 704                         matrix_clear();
 705                         xprintf("!CS2_INIT!\n");
 706                         return -1;
 707                     }
 708             }
 709             break;
 710         case E0:    // E0-Prefixed
 711             switch (code) {
 712                 case 0x12:  // to be ignored
 713                 case 0x59:  // to be ignored
 714                     state = INIT;
 715                     break;
 716                 case 0xF0:
 717                     state = E0_F0;
 718                     break;
 719                 default:
 720                     state = INIT;
 721                     if (code < 0x80) {
 722                         matrix_make(cs2_e0code(code));
 723                     } else {
 724                         matrix_clear();
 725                         xprintf("!CS2_E0!\n");
 726                         return -1;
 727                     }
 728             }
 729             break;
 730         case F0:    // Break code
 731             switch (code) {
 732                 case 0x83:  // F7
 733                     matrix_break(0x02);
 734                     state = INIT;
 735                     break;
 736                 case 0x84:  // Alt'd PrintScreen
 737                     matrix_break(0x6F);
 738                     state = INIT;
 739                     break;
 740                 default:
 741                     state = INIT;
 742                     if (code < 0x80) {
 743                         matrix_break(code);
 744                     } else {
 745                         matrix_clear();
 746                         xprintf("!CS2_F0!\n");
 747                         return -1;
 748                     }
 749             }
 750             break;
 751         case E0_F0: // Break code of E0-prefixed
 752             switch (code) {
 753                 case 0x12:  // to be ignored
 754                 case 0x59:  // to be ignored
 755                     state = INIT;
 756                     break;
 757                 default:
 758                     state = INIT;
 759                     if (code < 0x80) {
 760                         matrix_break(cs2_e0code(code));
 761                     } else {
 762                         matrix_clear();
 763                         xprintf("!CS2_E0_F0!\n");
 764                         return -1;
 765                     }
 766             }
 767             break;
 768         // Pause make: E1 14 77
 769         case E1:
 770             switch (code) {
 771                 case 0x14:
 772                     state = E1_14;
 773                     break;
 774                 case 0xF0:
 775                     state = E1_F0;
 776                     break;
 777                 default:
 778                     state = INIT;
 779             }
 780             break;
 781         case E1_14:
 782             switch (code) {
 783                 case 0x77:
 784                     matrix_make(0x00);
 785                     state = INIT;
 786                     break;
 787                 default:
 788                     state = INIT;
 789             }
 790             break;
 791         // Pause break: E1 F0 14 F0 77
 792         case E1_F0:
 793             switch (code) {
 794                 case 0x14:
 795                     state = E1_F0_14;
 796                     break;
 797                 default:
 798                     state = INIT;
 799             }
 800             break;
 801         case E1_F0_14:
 802             switch (code) {
 803                 case 0xF0:
 804                     state = E1_F0_14_F0;
 805                     break;
 806                 default:
 807                     state = INIT;
 808             }
 809             break;
 810         case E1_F0_14_F0:
 811             switch (code) {
 812                 case 0x77:
 813                     matrix_break(0x00);
 814                     state = INIT;
 815                     break;
 816                 default:
 817                     state = INIT;
 818             }
 819             break;
 820         default:
 821             state = INIT;
 822     }
 823     return 0;
 824 }
 825
 826 /*
 827  * Terminal: Scan Code Set 3
 828  *
 829  * See [3], [7]
 830  *
 831  * Scan code 0x83 and 0x84 are handled exceptioanally to fit into 1-byte range index.
 832  */
 833 static int8_t process_cs3(void)
 834 {
 835     static enum {
 836         READY,
 837         F0,
 838     } state = READY;
 839
 840     uint16_t code = ibmpc_host_recv();
 841     if (code == -1) {
 842         return 0;
 843     }
 844
 845     switch (state) {
 846         case READY:
 847             switch (code) {
 848                 case 0x00:  // Error/Overrun [3]p.26
 849                 case 0xFF:
 850                     xprintf("!CS3_ERR!\n");
 851                     return -1;
 852                     break;
 853                 case 0xF0:
 854                     state = F0;
 855                     break;
 856                 case 0x83:  // F7
 857                     matrix_make(0x02);
 858                     break;
 859                 case 0x84:  // keypad -
 860                     matrix_make(0x7F);
 861                     break;
 862                 default:    // normal key make
 863                     if (code < 0x80) {
 864                         matrix_make(code);
 865                     } else {
 866                         xprintf("!CS3_READY!\n");
 867                         return -1;
 868                     }
 869             }
 870             break;
 871         case F0:    // Break code
 872             switch (code) {
 873                 case 0x00:
 874                 case 0xFF:
 875                     xprintf("!CS3_F0_ERR!\n");
 876                     state = READY;
 877                     return -1;
 878                     break;
 879                 case 0x83:  // F7
 880                     matrix_break(0x02);
 881                     state = READY;
 882                     break;
 883                 case 0x84:  // keypad -
 884                     matrix_break(0x7F);
 885                     state = READY;
 886                     break;
 887                 default:
 888                     state = READY;
 889                     if (code < 0x80) {
 890                         matrix_break(code);
 891                     } else {
 892                         xprintf("!CS3_F0!\n");
 893                         return -1;
 894                     }
 895             }
 896             break;
 897     }
 898     return 0;
 899 }
 900
 901 /*
 902  * IBM PC Keyboard Protocol Resources:
 903  *
 904  * [a] Microsoft USB HID to PS/2 Translation Table - Scan Code Set 1 and 2
 905  * http://download.microsoft.com/download/1/6/1/161ba512-40e2-4cc9-843a-923143f3456c/translate.pdf
 906  *
 907  * [b] Microsoft Keyboard Scan Code Specification - Special rules of Scan Code Set 1 and 2
 908  * http://download.microsoft.com/download/1/6/1/161ba512-40e2-4cc9-843a-923143f3456c/scancode.doc
 909  *
 910  * [1] PS/2 Reference Manuals - Collection of IBM Personal System/2 documents.
 911  * http://www.mcamafia.de/pdf/pdfref.htm
 912  *
 913  * [2] Keyboard and Auxiliary Device Controller - Signal Timing and Format
 914  * http://www.mcamafia.de/pdf/ibm_hitrc07.pdf
 915  *
 916  * [3] Keyboards(101- and 102-key) - Keyboard Layout, Scan Code Set, POR, and Commands.
 917  * http://www.mcamafia.de/pdf/ibm_hitrc11.pdf
 918  *
 919  * [4] IBM PC XT Keyboard Protocol
 920  * https://github.com/tmk/tmk_keyboard/wiki/IBM-PC-XT-Keyboard-Protocol
 921  *
 922  * [5] IBM Keyboard Scan Code by John Elliott - 83-key, 84-key, 102-key and 122-key
 923  * https://www.seasip.info/VintagePC/index.html
 924  *
 925  * [6] IBM 1391406 Keyboard - Scan Code Set 2 of 102-key PS/2 keyboard
 926  * https://www.seasip.info/VintagePC/ibm_1391406.html
 927  *
 928  * [7] The IBM 6110344 Keyboard - Scan Code Set 3 of 122-key terminal keyboard
 929  * https://www.seasip.info/VintagePC/ibm_6110344.html
 930  *
 931  * [y] TrackPoint Engineering Specifications for version 3E
 932  * https://web.archive.org/web/20100526161812/http://wwwcssrv.almaden.ibm.com/trackpoint/download.html
 933  *
 934  * [z] [Soarer's XT/AT/PS2/Terminal to USB converter]
 935  * https://geekhack.org/index.php?topic=17458.0
 936  *
 937  */