自制操作系统Antz day09——实现内核 (下) 实现图形化界面

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Linux内核源码分析地址：https://www.cnblogs.com/LexMoon/category/1267413.html
Github项目地址：https://github.com/CasterWx/AntzOS
　　在前几天的任务中，我们已经简单实现了MBR，直接操作显示器和硬盘操作来加载其他扇区的程序，如今已经可以进入保护模式了，并且编写了我们自己的内核程序，接下来我们要完成界面的图形化，在显示屏中显示鼠标字符桌面，并显示一个终端界面。

　　效果如下：

　　现在我们已经简单实现了半终端半桌面的显示，虽然说非常Low，但也是Antz的一大步了。

封装函数
　　在前几天我们已经说明了屏幕显示的原理，也就是在显存固定位置写入数据，这对于显卡来说就是像素点。

　　如果屏幕显示原理不清楚的可以参考第三天的：http://www.cnblogs.com/LexMoon/p/antz03.html

　　为了方便实现图像化，我将显卡写入的代码使用C语言封装成了函数，颜色定义为数组。

复制代码
1 static unsigned char table_rgb[16 * 3] = {
2 0x00, 0x00, 0x00, /* 0:黑 /
3 0xff, 0x00, 0x00, / 1:梁红 /
4　　　　　　　....
5 0x84, 0x00, 0x84, / 13:暗紫 /
6 0x00, 0x84, 0x84, / 14:浅暗蓝 /
7 0x84, 0x84, 0x84 / 15:暗灰 */
8 };
复制代码
　　这个数组对应了我们要显示的颜色RGB值，将数组下标定义对应的枚举值，可以更加方便使用。

　　要在显示器显示字体，可以使用putfont8_asc ()函数，它调用了putfont8()函数:

复制代码
1 void putfonts8_asc(char vram, int xsize, int x, int y, char c, unsigned char s)
2 {
3 extern char hankaku[4096];
4 /* C语言中，字符串都是以0x00结尾 /
5 for (; s != 0x00; s++) {
6 putfont8(vram, xsize, x, y, c, hankaku + s 16);
7 x += 8;
8 }
9 return;
10 }
复制代码
　　鼠标指针实现是将其呈图形化的写入，函数init_mouse_cursor8()：

复制代码
1 void init_mouse_cursor8(char mouse, char bc)
2
3 {
4 static char cursor[16][16] = {
5
6 };
7 int x, y;
8
9 for (y = 0; y < 16; y++) {
10 for (x = 0; x < 16; x++) {
11 if (cursor[y][x] == '') {
12 mouse[y * 16 + x] = COL8_000000;
13 }
14 if (cursor[y][x] == 'O') {
15 mouse[y * 16 + x] = COL8_FFFFFF;
16 }
17 if (cursor[y][x] == '.') {
18 mouse[y * 16 + x] = bc;
19 }
20 }
21 }
22 return;
23 }
复制代码
　　

2 . GDT与lDT
　　GDT是在32位时16位寻址模式的改造，在学习汇编时，我们所说的段：偏移量（段x16+偏移量）寻址方式已经不能使用了，所以厂商们使用了GDT，在不改变段寄存器位数的情况下，完成了32位段寻址，就是利用GDT。

（1）全局描述符表GDT（Global Descriptor Table）

　　在整个系统中，全局描述符表GDT只有一张(一个处理器对应一个GDT)，GDT可以被放在内存的任何位置，但CPU必须知道GDT的入口，也就是基地址放在哪里，Intel的设计者门提供了一个寄存器GDTR用来存放GDT的入口地址，程序员将GDT设定在内存中某个位置之后，可以通过LGDT指令将GDT的入口地址装入此寄存器，从此以后，CPU就根据此寄存器中的内容作为GDT的入口来访问GDT了。GDTR中存放的是GDT在内存中的基地址和其表长界限。

　　基地址指定GDT表中字节0在线性地址空间中的地址，表长度指明GDT表的字节长度值。指令LGDT和SGDT分别用于加载和保存GDTR寄存器的内容。在机器刚加电或处理器复位后，基地址被默认地设置为0，而长度值被设置成0xFFFF。在保护模式初始化过程中必须给GDTR加载一个新值。

（2）段选择子（Selector）

　　由GDTR访问全局描述符表是通过“段选择子”（实模式下的段寄存器）来完成的。段选择子是一个16位的寄存器（同实模式下的段寄存器相同）

　　段选择子包括三部分：描述符索引（index）、TI、请求特权级（RPL）。他的index（描述符索引）部分表示所需要的段的描述符在描述符表的位置，由这个位置再根据在GDTR中存储的描述符表基址就可以找到相应的描述符。然后用描述符表中的段基址加上逻辑地址（SEL:OFFSET）的OFFSET就可以转换成线性地址，段选择子中的TI值只有一位0或1，0代表选择子是在GDT选择，1代表选择子是在LDT选择。请求特权级（RPL）则代表选择子的特权级，共有4个特权级（0级、1级、2级、3级）。

　　关于特权级的说明：任务中的每一个段都有一个特定的级别。每当一个程序试图访问某一个段时，就将该程序所拥有的特权级与要访问的特权级进行比较，以决定能否访问该段。系统约定，CPU只能访问同一特权级或级别较低特权级的段。

　　例如给出逻辑地址：21h:12345678h转换为线性地址

　　a. 选择子SEL=21h=0000000000100 0 01b 他代表的意思是：选择子的index=4即100b选择GDT中的第4个描述符；TI=0代表选择子是在GDT选择；左后的01b代表特权级RPL=1

　　b. OFFSET=12345678h若此时GDT第四个描述符中描述的段基址（Base）为11111111h，则线性地址=11111111h+12345678h=23456789h

（3）局部描述符表LDT（Local Descriptor Table）

　　局部描述符表可以有若干张，每个任务可以有一张。我们可以这样理解GDT和LDT：GDT为一级描述符表，LDT为二级描述符表。

　　关于GDT于IDT初始化的代码，它们可以实现鼠标的移动，现在我还没有去写它，此次的任务只是显示。

　　最新的Antz系统镜像和代码已经上传到我的github了，这里只列举出剩余的主要代码。

复制代码

include <stdio.h>

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

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);
void set_segmdesc(struct SEGMENT_DESCRIPTOR sd, unsigned int limit, int base, int ar);
void set_gatedesc(struct GATE_DESCRIPTOR gd, int offset, int selector, int ar);
void load_gdtr(int limit, int addr);
void load_idtr(int limit, int addr);

void HariMain(void)
{
struct BOOTINFO binfo = (struct BOOTINFO ) 0x0ff0;
char s[40], mcursor[256];
int mx, my;

init_palette();
init_screen(binfo->vram, binfo->scrnx, binfo->scrny);


mx = (binfo->scrnx - 16) / 2; /* 计算画面的中心坐标*/
my = (binfo->scrny - 28 - 16) / 2;
init_mouse_cursor8(mcursor, COL8_00FFFF);
putblock8_8(binfo->vram, binfo->scrnx, 16, 16, mx+20, my, mcursor, 16);
for (;;) {
    io_hlt();
}

}

void set_palette(int start, int end, unsigned char rgb)
{
int i, eflags;
eflags = io_load_eflags(); / 记录中断许可标志的值 /
io_cli(); / 将中断许可标志置为0,禁止中断 /
io_out8(0x03c8, start);
for (i = start; i <= end; i++) {
io_out8(0x03c9, rgb[0] / 4);
io_out8(0x03c9, rgb[1] / 4);
io_out8(0x03c9, rgb[2] / 4);
rgb += 3;
}
io_store_eflags(eflags); / 复原中断许可标志 */
return;
}

void boxfill8(unsigned char *vram, int xsize, unsigned char c, int x0, int y0, int x1, int y1)
{
int x, y;
for (y = y0; y <= y1; y++) {
for (x = x0; x <= x1; x++)
vram[y * xsize + x] = c;
}
return;
}

void init_screen(char *vram, int x, int y)
{
boxfill8(vram, x, COL8_00FFFF, 0, 0, x, y);
boxfill8(vram, x, COL8_C6C6C6, 0, 0, x/2, y);
boxfill8(vram, x, COL8_000000, 3, 15, x/2-3, y-3);

boxfill8(vram, x, COL8_008400,  165    ,     30,     215,     40);
boxfill8(vram, x, COL8_008400,  265    ,     30,     315,     40);

boxfill8(vram, x, COL8_008400,  190    ,     60,     200,     70);
boxfill8(vram, x, COL8_008400,  280    ,     60,     290,     70);

boxfill8(vram, x, COL8_008400,  235    ,     65,     245,     100);

boxfill8(vram, x, COL8_008400,  235-15    ,     65+40,     245-15,     85+30);
boxfill8(vram, x, COL8_008400,  235    ,     65+40,     245,     85+30);
boxfill8(vram, x, COL8_008400,  235+15    ,     65+40,     245+15,     85+30);

boxfill8(vram, x, COL8_008400,  200    ,     130,     280,     140);
boxfill8(vram, x, COL8_008400,  200    ,     130,     210,     160);
boxfill8(vram, x, COL8_008400,  270    ,     130,     280,     160);
boxfill8(vram, x, COL8_008400,  200    ,     150,     280,     160);

return;

}

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 & 0x10) != 0) { p[3] = c; }
if ((d & 0x20) != 0) { p[2] = 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;
}

void putfonts8_asc(char vram, int xsize, int x, int y, char c, unsigned char s)
{
extern char hankaku[4096];
/* C语言中，字符串都是以0x00结尾 /
for (; s != 0x00; s++) {
putfont8(vram, xsize, x, y, c, hankaku + s 16);
x += 8;
}
return;
}

void init_mouse_cursor8(char mouse, char bc)
/ マウスカーソルを準備（16x16） */
{
static char cursor[16][16] = {
　　　　//鼠标图形
};
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;
}
复制代码

作者: AntzUhl
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include <stdio.h>

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