30天自制OS学习笔记（五）结构体、文字显示与GDT/IDT 初始化

1.接收启动信息 & 2.试用结构体 & 3.试用箭头符号
在第五天之前，我们都是把vram、xsize、ysize这些值直接写在了bootpack.c文件中。而这些值应从asmhead.nas中获取，因为在asmhead.nas里面我们调用显卡函数并选择了模式，配置好了SCRNX,SCRNY,VRAM参数，如果不从asmhead.nas中获取，当画面模式改变时，系统就不能正常运行。
asmhead.nas中的相关代码：

;有关BOOT_INFO
CYLS    EQU     0x0ff0      ;设定启动区
LEDS    EQU     0x0ff1
VMODE   EQU     0x0ff2      ;关于颜色数目的信息。颜色的位数
SCRNX   EQU     0x0ff4      ;分辨率x（screen x）
SCRNY   EQU     0x0ff6      ;分辨率y（screen y）
VRAM    EQU     0x0ff8      ;图像缓冲区的开始地址ORG      0xc200      ;这个程序要装载到内存中的地方;VGA显卡  320*200*8位彩色     MOV     AL,0x13MOV      AH,0x00INT     0x10MOV      BYTE [VMODE],8  ;记录画面模式MOV      WORD [SCRNX],320MOV     WORD [SCRNY],200MOV     DWORD [VRAM],0x000a0000
;用BIOS取得键盘上各种LED指示灯的状态MOV       AH,0x02INT      0x16            ;keyboard BIOSMOV       [LEDS],AL

因为要传递的变量不是一个两个，为了使代码简洁，利用结构体将这些相关的变量一股脑的打包传递过去。

struct BOOTINFO {char cyls, leds, vmode, reserve;short scrnx, scrny;char *vram;
};
void HariMain(void)
{struct BOOTINFO *binfo = (struct BOOTINFO *) 0x0ff0;init_palette();init_screen(binfo->vram, binfo->scrnx, binfo->scrny);for (;;) {io_hlt();}
}

4.显示字符
之前要显示字符是通过BIOS函数，但这次是32位模式，不能再依赖BIOS了，只能自力更生。
字符可以用8*16的长方形像素点阵来表示。8“位”是一个字节，一个字符是16个字节。

写入内存的字体数据：

static char font_A[16] = {0x00, 0x18, 0x18, 0x18, 0x18, 0x24, 0x24, 0x24,0x24, 0x7e, 0x42, 0x42, 0x42, 0xe7, 0x00, 0x00};

这仅仅是将刚才的0和1的排列，重新成16进制数而已。因为C语言无法用二进制数记录数据，只能写成十六进制或八进制。
数据备齐之后，只要描画到画面上就好了。用for语句将8个像素的程序循环16遍就可以了。

void putfont8(char *vram, int xsize, int x, int y, char c, char *font)
{int i;char *p, d /* data */;for (i = 0; i < 16; i++) {p = vram + (y + i) * xsize + x;d = font[i];if ((d & 0x80) != 0) { p[0] = c; }if ((d & 0x40) != 0) { p[1] = c; }if ((d & 0x20) != 0) { p[2] = c; }if ((d & 0x10) != 0) { p[3] = c; }if ((d & 0x08) != 0) { p[4] = c; }if ((d & 0x04) != 0) { p[5] = c; }if ((d & 0x02) != 0) { p[6] = c; }if ((d & 0x01) != 0) { p[7] = c; }}return;
}

运行程序，A就显示出来了。

5.增加字体
如果还想要显示其他的字符，那就需要一个字符一个字符的添加，太费时了。所以拿来一个现成的字体文件（hankaku.txt）来用，这是OSASK的字体。内容如下：
…

如果在C语言中使用这种字体数据，只需写上以下语句：
ertern char hankaku[4096];
像这种在源程序以外准备的数据，都需要加上extern属性，这样C编译器就能够知道它是外部数据，并在编译时做出相应调整。

void HariMain(void)
{struct BOOTINFO *binfo = (struct BOOTINFO *) 0x0ff0;extern char hankaku[4096];init_palette();init_screen(binfo->vram, binfo->scrnx, binfo->scrny);putfont8(binfo->vram, binfo->scrnx,  8, 8, COL8_FFFFFF, hankaku + 'A' * 16);putfont8(binfo->vram, binfo->scrnx, 16, 8, COL8_FFFFFF, hankaku + 'B' * 16);putfont8(binfo->vram, binfo->scrnx, 24, 8, COL8_FFFFFF, hankaku + 'C' * 16);putfont8(binfo->vram, binfo->scrnx, 40, 8, COL8_FFFFFF, hankaku + '1' * 16);putfont8(binfo->vram, binfo->scrnx, 48, 8, COL8_FFFFFF, hankaku + '2' * 16);putfont8(binfo->vram, binfo->scrnx, 56, 8, COL8_FFFFFF, hankaku + '3' * 16);for (;;) {io_hlt();}
}

6.显示字符串
上面都是输出字符的函数，现在来写一个显示字符串的函数。

void putfonts8_asc(char *vram, int xsize, int x, int y, char c, unsigned char *s)
{extern char hankaku[4096];for (; *s != 0x00; s++) {putfont8(vram, xsize, x, y, c, hankaku + *s * 16);x += 8;}return;
}

所谓字符串是指按顺序排列在内存里，末尾加上0x00而组成的字符编码。所以s是指字符串的首地址，而使用*s就可以读取字符编码。

7.显示变量值
使用sprintf函数可以显示变量的值，它是printf的同类，我们不能随便使用printf函数，但是sprintf函数是可以的。因为sprintf函数不是按指定格式输出，只是将输出内容作为字符串写在内存中。
这个sprintf函数，是名为GO的C编译器附带的函数，它在制作者的精心设计下能够不适用操作系统的任何功能。
要在sprintf函数，需要添加C语言的头文件#include<stdio.h>

接下来在HariMain中使用此函数：

sprintf(s, "scrnx = %d", binfo->scrnx);
putfonts8_asc(binfo->vram, binfo->scrnx, 16, 64, COL8_FFFFFF, s);

输出：

8.显示鼠标指针
比较简单，直接上代码：

void HariMain(void)
{struct BOOTINFO *binfo = (struct BOOTINFO *) 0x0ff0;char s[40], mcursor[256];int mx, my;init_palette();init_screen8(binfo->vram, binfo->scrnx, binfo->scrny);mx = (binfo->scrnx - 16) / 2; /* 计算画面中央位置坐标 */my = (binfo->scrny - 28 - 16) / 2;init_mouse_cursor8(mcursor, COL8_008484);putblock8_8(binfo->vram, binfo->scrnx, 16, 16, mx, my, mcursor, 16);for (;;) {io_hlt();}
}
void init_mouse_cursor8(char *mouse, char bc)   //bc指背景颜色
{static char cursor[16][16] = {"**************..","*OOOOOOOOOOO*...","*OOOOOOOOOO*....","*OOOOOOOOO*.....","*OOOOOOOO*......","*OOOOOOO*.......","*OOOOOOO*.......","*OOOOOOOO*......","*OOOO**OOO*.....","*OOO*..*OOO*....","*OO*....*OOO*...","*O*......*OOO*..","**........*OOO*.","*..........*OOO*","............*OO*",".............***"};int x, y;for (y = 0; y < 16; y++) {for (x = 0; x < 16; x++) {if (cursor[y][x] == '*') {mouse[y * 16 + x] = COL8_000000;}if (cursor[y][x] == 'O') {mouse[y * 16 + x] = COL8_FFFFFF;}if (cursor[y][x] == '.') {mouse[y * 16 + x] = bc;}}}return;
}void putblock8_8(char *vram, int vxsize, int pxsize,int pysize, int px0, int py0, char *buf, int bxsize)
{int x, y;for (y = 0; y < pysize; y++) {for (x = 0; x < pxsize; x++) {vram[(py0 + y) * vxsize + (px0 + x)] = buf[y * bxsize + x];}}return;
}

接下来，只使用以下两个函数就行了。

init_mouse_cursor8(mcursor, COL8_008484);
putblock8_8(binfo->vram, binfo->scrnx, 16, 16, mx, my, mcursor, 16);

9.GDT与IDT的初始化
GDT：全局段号记录表
IDT：中断记录表
所谓分段：打个比方说，就是按照自己喜欢的方式，将合计4GB的内存分成很多块了，每一块的起始地址都看作0来处理。

CPU用8个字节的数据来表示这些信息。但是，用于指定段的寄存器只有16位。模仿图像调色板的做法：现有一个段号，存放在段寄存器里，然后预先设定好段号与段的对应关系。
段寄存器低三位不能用，能够处理的就只有位于0~8191的区域。

要使用鼠标，就必须要使用中断，所以我们必须设定IDT，IDT记录了0~255的中断号码与调用函数的对应关系。其设定方法与GDT相似（或许是因为使用同样的方法能简化CPU电路）。

struct SEGMENT_DESCRIPTOR {short limit_low, base_low;char base_mid, access_right;char limit_high, base_high;
};
struct GATE_DESCRIPTOR {short offset_low, selector;char dw_count, access_right;short offset_high;
};void init_gdtidt(void)
{struct SEGMENT_DESCRIPTOR *gdt = (struct SEGMENT_DESCRIPTOR *) 0x00270000;struct GATE_DESCRIPTOR    *idt = (struct GATE_DESCRIPTOR    *) 0x0026f800;int i;/* 初期化GDT*/for (i = 0; i < 8192; i++) {set_segmdesc(gdt + i, 0, 0, 0);}set_segmdesc(gdt + 1, 0xffffffff, 0x00000000, 0x4092);set_segmdesc(gdt + 2, 0x0007ffff, 0x00280000, 0x409a);load_gdtr(0xffff, 0x00270000);/*初期化IDT */for (i = 0; i < 256; i++) {set_gatedesc(idt + i, 0, 0, 0);}load_idtr(0x7ff, 0x0026f800);return;
}void set_segmdesc(struct SEGMENT_DESCRIPTOR *sd, unsigned int limit, int base, int ar)
{if (limit > 0xfffff) {ar |= 0x8000; /* G_bit = 1 */limit /= 0x1000;}sd->limit_low    = limit & 0xffff;sd->base_low     = base & 0xffff;sd->base_mid     = (base >> 16) & 0xff;sd->access_right = ar & 0xff;sd->limit_high   = ((limit >> 16) & 0x0f) | ((ar >> 8) & 0xf0);sd->base_high    = (base >> 24) & 0xff;return;
}void set_gatedesc(struct GATE_DESCRIPTOR *gd, int offset, int selector, int ar)
{gd->offset_low   = offset & 0xffff;gd->selector     = selector;gd->dw_count     = (ar >> 8) & 0xff;gd->access_right = ar & 0xff;gd->offset_high  = (offset >> 16) & 0xffff;return;
}

变量idt也是一样，IDT被设为了0x26f800~0x26ffff。

for (i = 0; i < 8192; i++) {set_segmdesc(gdt + i, 0, 0, 0);}

内存地址只是一个编号，代表一个内存空间。那么这个空间是多大呢？原来在计算机中存储器的容量是以字节为基本单位的。也就是说一个内存地址代表一个字节（8bit）的存储空间。

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