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利用C语言绘制操作系统图像界面

2018年10月14日  | 移动技术网IT编程  | 我要评论

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有了c语言这一利器后,不多多拿来用,那就太对不起前面的一系列努力了。那么怎么表现c语言的强大功能呢,如果还只是一味的在界面上输出几行字符,那太没意思,考虑到,我们的目标是做出像windows那样具备舒心的图像用户界面那样的,所以在这一节,我们由字符模式切换入画面模式,初步体验下,那些绚丽多彩的图像界面是如何发展而成的。

要想由字符模式转入图形模式,我们需要操作硬件,特别是向显卡发送命令,让其进入图形显示模式,就如同前面我们所做的,要操作硬件,一般需要使用bios调用,以下几行就是打开vga显卡色彩功能的代码:

mov  al, 0x13h
mov  ah, 0x00
int  0x10

其中al 的值决定了要设置显卡的色彩模式,下面是一些常用的模式设置:
1. 0x03, 16色字符模式
2. 0x12, vga图形模式, 640 * 480 * 4位彩色模式,独特的4面存储模式
3. 0x13, vga图形模式, 320 * 200 * 8位彩色模式,调色板模式
4. 0x6a, 扩展vga图形模式, 800 * 600 * 4彩色模式

我们采用的是0x13模式,其中320*200*8 中,最后的数值8表示的是色彩值得位数,也就是我们可以用8位数值表示色彩,总共可以显示256种色彩。

系统显存的地址是0x000a0000,当我们执行上面几句代码后,望显存地址写入数据,那么屏幕就会出现相应的变化了。

我们先看看内核的汇编代码部分(kernel.asm):

%include "pm.inc"
org   0x9000
jmp   label_begin
[section .gdt]
 ;                                  段基址          段界限                属性
label_gdt:          descriptor        0,            0,                   0  
label_desc_code32:  descriptor        0,      segcode32len - 1,       da_c + da_32
label_desc_video:   descriptor        0b8000h,         0ffffh,            da_drw
label_desc_vram:    descriptor        0,         0ffffffffh,            da_drw
label_desc_stack:   descriptor        0,             topofstack,        da_drwa+da_32

gdtlen     equ    $ - label_gdt
gdtptr     dw     gdtlen - 1
           dd     0

selectorcode32    equ   label_desc_code32 -  label_gdt
selectorvideo     equ   label_desc_video  -  label_gdt
selectorstack     equ   label_desc_stack  -  label_gdt
selectorvram      equ   label_desc_vram   -  label_gdt
[section  .s16]
[bits  16]
label_begin:
     mov   ax, cs
     mov   ds, ax
     mov   es, ax
     mov   ss, ax
     mov   sp, 0100h

     mov   al, 0x13
     mov   ah, 0
     int   0x10

     xor   eax, eax
     mov   ax,  cs
     shl   eax, 4
     add   eax, label_seg_code32
     mov   word [label_desc_code32 + 2], ax
     shr   eax, 16
     mov   byte [label_desc_code32 + 4], al
     mov   byte [label_desc_code32 + 7], ah

     ;set stack for c language
     xor   eax, eax
     mov   ax,  cs
     shl   eax, 4
     add   eax, label_stack
     mov   word [label_desc_stack + 2], ax
     shr   eax, 16
     mov   byte [label_desc_stack + 4], al
     mov   byte [label_desc_stack + 7], ah

     xor   eax, eax
     mov   ax, ds
     shl   eax, 4
     add   eax,  label_gdt
     mov   dword  [gdtptr + 2], eax

     lgdt  [gdtptr]

     cli   ;关中断

     in    al,  92h
     or    al,  00000010b
     out   92h, al

     mov   eax, cr0
     or    eax , 1
     mov   cr0, eax
     jmp   dword  selectorcode32: 0

     [section .s32]
     [bits  32]
     label_seg_code32:
     ;initialize stack for c code
     mov  ax, selectorstack
     mov  ss, ax
     mov  esp, topofstack

     mov  ax, selectorvram
     mov  ds,  ax

c_code_entry:
     %include "write_vga.asm"
     io_hlt:  ;void io_hlt(void);
      hlt
      ret
segcode32len   equ  $ - label_seg_code32
[section .gs]
align 32
[bits 32]
label_stack:
times 512  db 0
topofstack  equ  $ - label_stack

解释下上面代码,我们设置了一个描述符,label_desc_vram, 这个描述符对应的内存起始地址是0,长度是0xffffffff,也就是我们把整个4g内存当做一段可读可写的内存,有了这个设置后,我们在c语言里就可以随意读写内存的任何地方。

label_desc_stack 这个描述符用来设置一段可读可写的内存,它的起始地址是label_stack, 可以看到,程序通过语句:times 512 db 0
初始化了512字节的内存。c语言的运行,特别是函数调用时,是需要一个堆栈来传递参数的,所以,要运行c语言,我们首先需要为其配置一个堆栈,该描述符所对应的这512自己内存就是给c语言使用的,由于堆栈只有512字节,在后面我们使用c语言写的代码中,函数的局部变量大小不能超过512字节,例如下面的代码可能就要出错了:

void fun() {
  char buf[513];
}

语句%include write_vga.asm”, 表明,我们要开发的c代码文件叫write_vga.c, 我们写完c代码后,会使用上一节的步骤将它编译成汇编,然后include到我们当前的汇编文件里,统一编译成可执行内核。

最后一小块代码:
io_hlt: ;void io_hlt(void);
hlt
ret
作用是进入死循环,hlt指令会让系统进入休眠状态。

硬件,堆栈等基层设施通过汇编准备就绪后,我们可以使用c语言开发图形功能了。显示器的每一个像素对应一个点,一个点可以显示256种不同的颜色,因此,只要我们给每个点设置成相应的颜色,那么最终就可以绘制出特定的图像。

我们看看如何用c语言写入显存从而操作屏幕图像,write_ram.c:

void cmain(void) {
    int i;
    char*p = 0;

    for (i = 0xa0000; i <= 0xaffff; i++) {
        p = i;
        *p = i & 0x0f;  
    }

    for(;;) {
       io_hlt();
    }

}

代码中,我们将指针p指向地址0xa0000, 这个地址正好就是vga显存地址,vga显存地址从0xa0000开始,直到0xaffff结束,总共64k.接着语句:
*p = i & 0x0f 将一个数值写入显存,这个值可以是0-256中任意一个数值,我们代码里是将i的最后4位作为像素颜色写入显存,这个值是任意的,大家可以随意设置。

在ubuntu中写出上面代码后,通过命令编译成二进制文件:
gcc -m32 -fno-asynchronous-unwind-tables -s -c -o write_vga.asm write_vga.c

于是在目录下会生成write_vga.o二进制文件,接着使用objconv进行反汇编:
./objconv -fnasm write_vga.asm write_vga.o
反汇编后代码如下:

; disassembly of file: write_vga.o
; tue sep 13 10:30:14 2016
; mode: 32 bits
; syntax: yasm/nasm
; instruction set: 80386
global cmain: function
extern io_hlt                                           ; near
section .text   align=1 execute                         ; section number 1, code
cmain:  ; function begin
        push    ebp                                     ; 0000 _ 55
        mov     ebp, esp                                ; 0001 _ 89. e5
        sub     esp, 24                                 ; 0003 _ 83. ec, 18
        mov     dword [ebp-0ch], 0                      ; 0006 _ c7. 45, f4, 00000000
        mov     dword [ebp-10h], 655360                 ; 000d _ c7. 45, f0, 000a0000
        jmp     ?_002                                   ; 0014 _ eb, 17

?_001:  mov     eax, dword [ebp-10h]                    ; 0016 _ 8b. 45, f0
        mov     dword [ebp-0ch], eax                    ; 0019 _ 89. 45, f4
        mov     eax, dword [ebp-10h]                    ; 001c _ 8b. 45, f0
        and     eax, 0fh                                ; 001f _ 83. e0, 0f
        mov     edx, eax                                ; 0022 _ 89. c2
        mov     eax, dword [ebp-0ch]                    ; 0024 _ 8b. 45, f4
        mov     byte [eax], dl                          ; 0027 _ 88. 10
        add     dword [ebp-10h], 1                      ; 0029 _ 83. 45, f0, 01
?_002:  cmp     dword [ebp-10h], 720895                 ; 002d _ 81. 7d, f0, 000affff
        jle     ?_001                                   ; 0034 _ 7e, e0
?_003:  call    io_hlt                                  ; 0036 _ e8, fffffffc(rel)
        jmp     ?_003                                   ; 003b _ eb, f9
; cmain end of function
section .data   align=1 noexecute                       ; section number 2, data
section .bss    align=1 noexecute                       ; section number 3, bss

在上面代码中去掉以section 开始的指令,这些指令会影响我们把当前汇编结合入内核kerne.asm.
同时去掉开头的两句:

global cmain: function
extern io_hlt

因为我们要把两个汇编文件结合成一个,所以这两句声明是多余的。做完这些后,再用nasm编译kernel.asm:
nasm -o kernel.bat kernel.asm
于是本地目录下,内核文件就编译好了。

接着运行java工程,生成虚拟软盘,运行结果如下:
这里写图片描述

大家注意看,kernel.bat写入了两个扇区,也就是说,我们内核的大小已经超过了512字节。此时我们需要修改一下内核加载器,让内核加载器一次读入两个扇区才能把内核完全加载入内存,打开boot.asm,将readflz喎?/kf/ware/vc/" target="_blank" class="keylink">vchb51tc1xko6pgjyic8+dqptb3ygywgsidb4mdi8yniglz4ncm1vdibhbcwgmtxiciavpg0kumszyao6pgjyic8+dqptb3ygywwsidi8yniglz4nctkyvs3kx9k7tm62wcihwb249snix/i1xmtayn2jrndeums689tztm6x4nlrym9vdc5hc206pgjyic8+dqpuyxntic1vigjvb3quymf0igjvb3quyxntpc9wpg0kpha+1+6689tztm7uy9dqamf2ybpm0pkjrltlyrhj+rpjtctq6ctiyo3fznbqo6yyxbvhspy6rm3q1fu1xmtausvoxlz+oapg9lav0one4rv6o6y809ty0one4sjtxcy686os1mvq0mfpv/bi58/co7o8yniglz4ncjxpbwcgywx0pq=="这里写图片描述" src="/uploadfile/collfiles/20160914/20160914095342302.png" title="" />

大家可以看到,屏幕显示出了条纹状图像。

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