利用C语言图像界面绘制操作系统1

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系统，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
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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
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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];
}
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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。

导入C语言

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();
}

}
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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
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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

作者：fwlhy1216 发表于2016/9/16 21:48:34 原文链接

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利用C语言图像界面绘制操作系统1

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