从零实现一个操作系统-day6

我的博客startcraft

昨天写的内核在屏幕上没有我们输出的东西，今天就来想办法显示点什么

文字的显示

要显示东西就涉及到显卡了，显卡有两种模式，文本模式和图形模式，现在基本都是图形模式用得多，但是我们这个就用文本模式了，毕竟不涉及ui啥的

文本的显示规则

显卡通电后就自动初始化了80\ * 25分辨率的文本模式，即一屏25行，一行80个字符
之前说过内存地址空间不是全部映射到主存的，有一部分映射到外部设备，0xB8000～0xBFFFF就是映射到显卡文本模式的显存的地址空间

从0xB8000开始，每两个字节对应屏幕上的一个字符，从第一行开始，字符在内存中的存储形式叫内码，第一个字符对应字符的ASCII码，第二个控制字符的颜色等等信息，每一位都有不同的含义，如下图: (图片来自教程)


除了显存之外，显卡还有一些控制单元，这些单元没有映射在cpu寻址的4GB空间里，需要使用in / out命令来读写，这部分寄存器的访问规则是:

• 通过0x3D4端口来设置寄存器索引，就是要访问哪一个寄存器
• 通过0x3D5端口来设置寄存器的值

端口读写函数

这些要用in / out命令访问的寄存器用c的代码显然是不行的，只能用汇编实现，这里选择在c里面内嵌汇编代码参考汇编语言和C语言混合编程和内联汇编

libs/common.c

#include "common.h"
//往端口写一个字节
        inline void outb (uint16_t port, uint8_t value)
{
	asm volatile ("outb %1,%0"::"dN"(port), "a"(value));
}

//从端口读一个字节
inline uint8_t inb (uint16_t port)
{
	uint8_t ret;
	asm volatile ("inb %1,%0":"=a"(ret):"dN"(port));
	return ret;
}

//从端口读一个字
inline uint16_t inw (uint16_t port)
{
	uint16_t ret;
	asm volatile ("inw %1,%0":"=a"(ret):"dN"(port));
	return ret;
}

include/common.h

#ifndef INCLUDE_COMMON_H_
#define INCLUDE_COMMON_H_
#include "types.h"
//往端口写一个字节
void outb (uint16_t port, uint8_t value);

//从端口读一个字节
uint8_t inb (uint16_t port);

//从端口读一个字
uint16_t intw (uint16_t port);

#endif

头文件前面的那个ifndef和define是为了防止在不同的文件中include了同一个头文件会出现的重复定义错误
函数前面的inline是建议编译器把函数当成内联函数来编译，即在函数的调用处进行代码展开，而不是传统函数调用

---

颜色定义和屏幕操作函数

是颜色定义的枚举和一些屏幕控制函数的声明

include/console.h

#ifndef INCLUDE_CONSOLE_H_
#define INCLUDE_CONSOLE_H_

#include "types.h"

typedef
enum real_color {
	rc_black = 0,
	rc_blue = 1,
	rc_green = 2,
	rc_cyan = 3,
	rc_red = 4,
	rc_magenta = 5,
	rc_brown = 6,
	rc_light_grey = 7,
	rc_dark_grey = 8,
	rc_light_blue = 9,
	rc_light_green = 10,
	rc_light_cyan = 11,
	rc_light_red = 12,
	rc_light_magenta = 13,
	rc_light_brown = 14, // yellow
	rc_white = 15
} real_color_t;

// 清屏操作
void console_clear();

// 屏幕输出一个字符带颜色
void console_putc_color(char c, real_color_t back, real_color_t fore);

// 屏幕打印一个以 \0 结尾的字符串默认黑底白字
void console_write(char *cstr);

// 屏幕打印一个以 \0 结尾的字符串带颜色
void console_write_color(char *cstr, real_color_t back, real_color_t fore);

// 屏幕输出一个十六进制的整型数
void console_write_hex(uint32_t n, real_color_t back, real_color_t fore);

// 屏幕输出一个十进制的整型数
void console_write_dec(uint32_t n, real_color_t back, real_color_t fore);

#endif // INCLUDE_CONSOLE_H_

drivers/console.c

定义一些变量，static修饰代表只在该文件内生效

static uint16_t *video_memory = (uint16_t *)0xB8000; //显存的起始地址，每两个字节表示一个字符所以是16位
//屏幕光标的座标
static uint8_t cursor_x = 0;
static uint8_t cursor_y = 0;

输入光标的移动

//移动光标的位置
static void move_cursor ()
{
	uint16_t cursorLocation = cursor_y * 80 + cursor_x; //一行有80个字符
	/*控制光标位置的寄存器为14号和15号寄存器，
	 * 分别存储位置的高八位和低八位*/
	outb(0x3D4, 14); //要设置14号寄存器，即位置信息的高八位
	outb(0x3D5, cursorLocation >> 8);
	outb(0x3D4, 15); //要设置15号寄存器，即位置信息的低八位
	outb(0x3D5, cursorLocation);
}

清屏操作

清屏就是把所有字符用黑底白字的空格填充，然后把光标移动到最前面就行了

void console_clear()
{
	uint8_t attribute_byte = (0 << 4) | (15 & 0x0f); //黑底白字
	uint16_t blank = 0x20 | (attribute_byte << 8);
	int i;
	for (i = 0; i < 80 * 25; i++)
	{
		video_memory[i] = blank;
	}
	cursor_x = cursor_y = 0;
	move_cursor();
}

屏幕滚动

只需要将所有行内容往上移动一格，最后一行填充空格

//屏幕的滚动
static void scroll()
{
	int i;
	uint8_t attribute_byte = (0 << 4) | (15 & 0x0f); //黑底白字
	uint16_t blank = 0x20 | (attribute_byte << 8);
	//大于25行就该滚动屏幕了
	if (cursor_y >= 25)
	{
		//米一行向上移动一行
		for (i = 0; i < 24 * 80; i++)
		{
			video_memory[i] = video_memory[i + 80];
		}
		//最后一行填充空格
		for (i = 24 * 80; i < 25 * 80; i++)
			video_memory[i] = blank;
		//光标向上一行
		cursor_y--;
	}
}

显示字符串

注意对换行符等等一些符号的处理

// 屏幕输出一个字符带颜色
void console_putc_color(char c, real_color_t back, real_color_t fore)
{
	//设置字体颜色
	uint8_t back_color = (uint8_t) back;
	uint8_t fore_color = (uint8_t) fore;
	uint8_t attribute_byte = (back_color << 4) | (fore_color & 0x0f);
	uint16_t attirbute = attribute_byte << 8;
	// 0x08 是退格键的 ASCII 码
	// 0x09 是tab 键的 ASCII 码
	if (c == 0x08 && cursor_x)
		cursor_x--;
	else if (c == 0x09)
		cursor_x = (cursor_x + 4) & ~(4 - 1); //即当前位置移动4下后的最高位的1所表示的值
	else if (c == '\r')
		cursor_x = 0;
	else if (c == '\n')
	{
		cursor_x = 0;
		cursor_y++;
	} else if (c >= ' ')
	{
		video_memory[cursor_y * 80 + cursor_x] = c | attirbute;
		cursor_x++;
	}
	//一行满了换行
	if (cursor_x >= 80)
	{
		cursor_x = 0;
		cursor_y++;
	}
	// 如果需要的话滚动屏幕显示
	scroll();
	// 移动硬件的输入光标
	move_cursor();
}

// 屏幕打印一个以 \0 结尾的字符串默认黑底白字
void console_write(char *cstr)
{
	while (*cstr)
	{
		console_putc_color(*cstr++, rc_black, rc_white);
	}
}

// 屏幕打印一个以 \0 结尾的字符串带颜色
void console_write_color(char *cstr, real_color_t back, real_color_t fore)
{
	while (*cstr)
	{
		console_putc_color(*cstr++, back, fore);
	}
}

输出数字

做一下进制转换当字符串输出就行了

/ 屏幕输出一个十六进制的整型数
void console_write_hex(uint32_t n, real_color_t back, real_color_t fore)
{
	uint8_t data[8];
	int16_t len = 0;
	while (n)
	{
		data[len++] = n % 16;
		n /= 16;
	}
	len--;
	console_putc_color('0', back, fore);
	console_putc_color('x', back, fore);
	while (len >= 0)
	{
		if (data[len] < 10)
			console_putc_color(data[len] + '0', back, fore);
		else
			console_putc_color(data[len] - 10 + 'A', back, fore);
		len--;
	}
}


// 屏幕输出一个十进制的整型数
void console_write_dec(uint32_t n, real_color_t back, real_color_t fore)
{
	uint8_t data[10];
	int16_t len = 0;
	while (n)
	{
		data[len++] = n % 10;
		n /= 10;
	}
	len--;
	while (len >= 0)
	{
		console_putc_color(data[len] + '0', back, fore);
		len--;
	}
}

测试

修改一下init / entry.c

#include "console.h"
int kern_entry()
{
	console_clear();
	console_write_color("Hello, OS kernel!\n", rc_black, rc_green);
	console_write_dec(128, rc_black, rc_green);
	console_putc_color('\n', rc_black, rc_green);
	console_write_hex(128, rc_black, rc_green);
	return 0;
}

make
make qemu

最终的成果