《操作系统30天》-合川秀实-学习日志day5

结构体

接收启动区信息：从asmhead.nas中用指针获取VRam的地址（0xa0000），xsize,ysize等值；把前一天的背景显示部分（最后绿色的矩阵图）做成一个函数独立出来（init_screen）。

void init_screen(char *vram, int x, int y)
void HariMain(void)
{char *vram;int xsize, ysize;short *binfo_scrnx, *binfo_scrny;int *binfo_vram;init_palette();binfo_scrnx = (short *) 0x0ff4;  //x=320binfo_scrny = (short *) 0x0ff6;  //y=200binfo_vram = (int *) 0x0ff8;    //varm=0xa0000xsize = *binfo_scrnx;ysize = *binfo_scrny;vram = (char *) *binfo_vram;init_screen(vram, xsize, ysize);for (;;) {io_hlt();}
}

做成结构体
相当于把每个像素点作为一个点来处理，每个点有对应的x,y值、地址、柱面（启动区）、led灯的状态、还有显示模式，结构体命名为BOOTINFO，包含了12字节（4个char+2个short+一个4字节地址）：

struct BOOTINFO {char cyls, leds, vmode, reserve;short scrnx, scrny;char *vram;
};

需要用到结构体中的值时，指针都是表示成“（*名字）.变量” 的格式：binfo = (struct BOOTINFO *) 0x0ff0;  //表示结构体从这个地址开始xsize = (*binfo).scrnx;ysize = (*binfo).scrny;vram = (*binfo).vram;
箭头
上面的(*binfo).scrnx简化成binfo->scrnx，再省略中间变量xsize,ysize：
struct BOOTINFO *binfo = (struct BOOTINFO *) 0x0ff0;init_palette();init_screen(binfo->vram, binfo->scrnx, binfo->scrny);

显示字体

字符用8x16的长方形像素点来表示：8“位”是一个字节，1个字符是16个字节。

描述A字体的数据（实际是16个八位二进制数的16进制表示）：

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

上面的函数只能显示A字体，结合与运算原理，再用一个for循环循环16行，每次比较八位中的1位是否需要显示（从第一列开始到最后一列），16次之后就可以显示一个字符。0x80换成2进制就是1000000,0x40换成2进制就是01000000，那么00011000与00010000比较时P[3]就会描上颜色。P=varm+(y+i)*xsize+x的理解是把这个首地址存到p中，p[1]就表示首地址的下一个，以此类推，赋的值对应的是颜色，font是对应的上面那个字体的数据。

函数编辑之后要在程序前部声明函数，在主函数中直接调用函数就可以了（颜色可以直接用数字传 COL8_FFFFFF ->7）：

putfont8(binfo->vram, binfo->scrnx, 10, 10,7, font_A);
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;
}

Make run 结果：

显示字符串

用OSASK字体，将hankaku.txt文本（256个字符文本，16x256=4096字节）用makefont.exe工具编译生成hankaku.bin文件，再由bin2obj.exe来转换成目标程序，相当于将源程序转换成汇编，实现：

_hankanku:

DB 各种数据(4096字节)

可以修改hankaku.txt的值来修改显示的字体内容，关于生成hankaku的各种文件在Makefile中都有记录（见下图介绍）。

字库文件的链接：字库文件是一个TXT文件，需要一些工具把他编译链接到我们的程序中，由Makefile文件的依赖关系得出下图：

在C中使用字体数据要加上extern char hankaku[4096];像这种在源程序以外准备的数据，都需要加上externa属性（代码中红色字体）。让编译器知道它是外部数据，并在编译时做出相应调整。

另外OSASK的字体数字是依照ASCII字符编码顺序，同样含256个字符。直接查询每个字符的ASCII码对应的十六进制数就可以得出那个字符，比如‘A’字符的十六进制为0x41。那么这个字体的数据就放在“hankaku+0x41*16”开始的16字节里。也可以直接用A代替

0x41->”hankaku + 'A' * 16”。
void HariMain(void)
{struct BOOTINFO *binfo = (struct BOOTINFO *) 0x0ff0;extern char hankaku[4096];init_palette();init_screen(binfo->vram, binfo->scrnx, binfo->scrny);  /*显示字符部分*/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();}
}

加入显示字符的代码Makerun之后得出ABC 1236个字符：

为了减少代码，作者写了一个显示字符串的函数。For循环中的判断是判断s是否结尾（C语言中，字符串以0x00结尾），所以s是指字符串前头的地址，而使用*s就可以读取字符编码（那个地址）：

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;
}

整理一下主函数，显示字符 "Haribote OS."调用了两次函数：

void HariMain(void)
{struct BOOTINFO *binfo = (struct BOOTINFO *) 0x0ff0;init_palette();init_screen(binfo->vram, binfo->scrnx, binfo->scrny);putfonts8_asc(binfo->vram, binfo->scrnx,  8,  8, COL8_FFFFFF, "ABC 123");putfonts8_asc(binfo->vram, binfo->scrnx, 31, 31, COL8_000000, "Haribote OS.");putfonts8_asc(binfo->vram, binfo->scrnx, 30, 30, COL8_FFFFFF, "Haribote OS.");for (;;) {io_hlt();}
}

结果：

显示变量值（sprintf函数）：

sprintf函数和printf函数的区别在于它不是按指定格式输出，只是将输出内容作为字符串卸载内存中，另外sprintf函数只对内存进行操作，所以在所有的操作系统都适用。

sprintf函数的格式：sprintf（地址，格式，值，值，值，……）

这里的地址指定所生成字符串的存放地址。格式基本上只是单纯的字符串，如果有%的这类标记，就置换成后面的值的内容。除了%d（将数值作为十进制数转化为字符串）还有%s，%x（将数值作为十六进制转化为字符串）等符号。

在C语言中使用sprintf函数需要加上#include<stdio.h>这句话：

sprintf(s, "scrnx = %d", binfo->scrnx);

putfonts8_asc(binfo->vram, binfo->scrnx, 16, 64, COL8_FFFFFF, s);

以上两句是输出scrnx=320的代码，那为什么sprintf....这个函数不能一步直接输出来？因为sprintf函数并没有实现输出功能，实现输出的是下面的putfonts8_asc函数，sprintf函数只是先把binfo->scrnx这个值赋给scrnx，再把scrnx=320这个式子放到地址s里面。下一句用函数putfonts8_asc就是输出s的代码。

显示鼠标指针

鼠标整体大小定为16x16，先准备16*16=256字节的内存，然后往里面写入指针的数据。将这个程序写在函数里面，mouse是像素地址，bc是背景色：

void init_mouse_cursor8(char *mouse, char bc)
/*准备鼠标指针（16x16）*/
{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;   //鼠标的各个颜色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;
}
背景色部分（16*16中除鼠标箭头外）, pxsize, pysize表示鼠标大小（16X16）  px0, py0表示鼠标头所在的坐标 buf是像素地址（上面那个鼠标的每一个点）， bxsize表示每行有16个像素。
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;
}
主函数中调用：
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;        /* 鼠标头所在的位置 */my = (binfo->scrny - 28 - 16) / 2;init_mouse_cursor8(mcursor, COL8_008484);putblock8_8(binfo->vram, binfo->scrnx, 16, 16, mx, my, mcursor, 16);sprintf(s, "(%d, %d)", mx, my);        /*显示鼠标的坐标值*/putfonts8_asc(binfo->vram, binfo->scrnx, 0, 0, COL8_FFFFFF, s);for (;;) {io_hlt();}
}

GDT与IDT的初始化

让鼠标动起来需要将GDT和IDT初始化，他们都是与CPU有关的设定，是为了让操作系统能够使用32位模式，需要对CPU做各种设定。

GDT: Global(segment) Descriptor Table 全局段号记录表

IDT: Interrput Descriptor Table 中断记录表

为了解决内存范围重叠使用的问题，需要对内存进行分段(即对GDT进行初始化)。
IDT记录了0~255的中断号码与调用函数的对应关系。
分段：将合计4GB的内存分成很多块（block），每一块的起始地址都看做0来处理。如前面提到的ORG指令明确声明程序要读入的内存地址。这里的分段使用的是前面讲到过的段寄存器（16位），“MOV AL,[DS:EBX]”指令中的DS表示的是段的起始地址（一般省略，默认DS）。为了表示一个段，需要以下信息：

段的大小是多少
段的起始地址在哪里
段的管理属性（禁止写入，禁止执行，系统专用等）

CPU用8个字节的数据来表示这些信息。段寄存器只有16位，远远不足。为了解决这个问题，模仿图像调色板的做法：段寄存器中保存段号，再预先设定好段号与段的对应关系。CPU设计原因，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。即可以定义8191个段，设定这么多段就需要8192x8=65536字节（64KB）。这64KB的数据就称为GDT，“global（segment） description table”的缩写，意思是全局短号记录表。将这些数据整齐地排列在内存的某个地方，然后将内存的起始地址和有效设定个数放在CPU内被称作GDTR的特殊寄存器中。
IDT是“interrupt description tabel”的缩写，表示“中断记录表”，用来执行CPU的中断功能。各个设备有变化是就产生中断，中断发生后，CPU暂时停止正在处理的任务，保存现场，转而执行中断程序，执行完毕之后恢复现场。

总结来就是要使用鼠标就需要中断机制，所以必须设定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很相似。