Bran的内核开发教程(bkerndev)-05 打印到屏幕

打印到屏幕

  现在, 我们需要尝试打印到屏幕上。为此, 我们需要管理屏幕滚动, 如果能允许使用不同的颜色就更好了。好在VGA视频卡为我们提供了一片内存空间, 允许同时写入属性字节和字符字节对, 可以更简单地在屏幕上显示信息。VGA控制器负责自动绘制屏幕上的更新。屏幕滚动由内核软件来管理。从技术上讲, 这将是我们写的第一个驱动程序。

  如上所述, 文本空间只是我们地址空间的一块存储区域, 这片缓冲区位于物理内存的0xB800地址, 缓冲区的数据类型为"short"类型, 这意味着这片文本存储序列的每一项是16bit的, 而不是我们认为的8bit。每个16bit元素可以被分解为高8位和低8位。低8位用于告诉显示控制器在屏幕上绘制什么字符, 称为"字符字节(character byte)"; 高8位称为"属性字节(attribute byte)", 用于定义要绘制字符的前景色和背景色。

由于只有4位用来表示1种颜色, 所以最多只能表示16种不同颜色, 下面是默认的16色调色板:

Value	Color	Value	Color
0	BLACK	8	DARK GREY
1	BLUE	9	LIGHT BLUE
2	GREEN	10	LIGHT GREEN
3	CYAN	11	LIGHT CYAN
4	RED	12	LIGHT RED
5	MAGENTA	13	LIGHT MAGENTA
6	BROWN	14	LIGHT BROWN
7	LIGHT GREY	15	WHITE

  最后, 文本模式存储器是一片线性的区域, 每行文本在内存中是连续的。但是视频控制器让它看上去像一个大小为80x25、值为16bit的矩阵(25行x80个字符)。为了把屏幕上的字符位置和内存索引对应, 我们需要用到下面的公式:

\[index = (y\_value * width\_of\_screen) + x\_value;
\]

举个例子, 如果我们要在屏幕(3, 4)的位置上显示字符character, 则它在内存中的索引为4 * 80 + 3为323, 程序的代码类似于这样:

unsigned short *where = (unsigned short *)0xB8000 + 323;
*where = character | (attribute << 8);

  下面是"scrn.c"文件的内容, 该文件包含我们用于处理屏幕的所有函数。包含"system.h"方便我们调用outportb、memcpy、memset、memsetw和strlen函数。我们使用的滚动方法非常有趣: 我们从第1行开始获取文本存储块, 并将其复制到顶部的第0行。这就将整个屏幕向上移动了一行。 为了完成滚动, 我们通过写入空格来擦除文本的最后一行。 putch函数可能是此文件中最复杂的函数, 因为它需要处理换行符('\n'), 回车符('\r')和退格键('\ b')。 如果你愿意, 可以处理警报字符('\a'-ASCII值为7), 在遇到报警符时发出一声短促的哔声。 我还提供了一个设置屏幕颜色的函数settextcolor。

scrn.c

#include <system.h>

unsigned short *textmemptr;  // 文本指针
int attrib = 0x0F;  // 属性
int csr_x = 0, csr_y = 0;  // x和y的坐标

/* 屏幕滚动 */
void scroll(void)
{
    unsigned blank, temp;

    /* 空格 */
    blank = 0x20 | (attrib << 8);

    /* 第25行是最后一行, 我们需要向上滚动了 */
    if(csr_y >= 25)
    {
        /* 将24行往上平移一行 */
        temp = csr_y - 25 + 1;
        memcpy (textmemptr, textmemptr + temp * 80, (25 - temp) * 80 * 2);

        /* 最后一行填充空格 */
        memsetw (textmemptr + (25 - temp) * 80, blank, 80);
        csr_y = 25 - 1;
    }
}

/* 更新光标位置: 在最后一个字符下添加一条闪烁的下划线 */
void move_csr(void)
{
    unsigned temp;

    /* 虚拟坐标与物理地址转换的公式:
     * Index = [(y * width) + x] */
    temp = csr_y * 80 + csr_x;

    /* 往VAG的CRT控制寄存器内发送命令, 设置光标的高地址和低地址
     * 想了解更多细节, 需要查找VGA编程文档 */
    outportb(0x3D4, 14);  // 设置光标高8位地址
    outportb(0x3D5, temp >> 8);
    outportb(0x3D4, 15);  // 设置光标低8位地址
    outportb(0x3D5, temp);
}

/* 清空屏幕 */
void cls()
{
    unsigned blank;
    int i;

    /* 带颜色的空格 */
    blank = 0x20 | (attrib << 8);

    /* 将整个屏幕用空格填充 */
    for(i = 0; i < 25; i++)
        memsetw (textmemptr + i * 80, blank, 80);

    /* 更新虚拟坐标, 并移动光标 */
    csr_x = 0;
    csr_y = 0;
    move_csr();
}

/* 打印单个字符 */
void putch(unsigned char c)
{
    unsigned short *where;
    unsigned att = attrib << 8;

    /* 处理退格键, 往回移动光标一格 */
    if(c == 0x08)
    {
        if(csr_x != 0) csr_x--;
    }
    /* 处理Tab键, 增大光标的x坐标, 并且只增加到x坐标可以整除8的位置 */
    else if(c == 0x09)
    {
        csr_x = (csr_x + 8) & ~(8 - 1);
    }
    /* 处理回车键, 将光标回退到行首 */
    else if(c == '\r')
    {
        csr_x = 0;
    }
    /* 处理换行, 光标移动到下一行行首 */
    else if(c == '\n')
    {
        csr_x = 0;
        csr_y++;
    }
    /* 所有ASCII值大于等于空格的字符都是可打印的字符 */
    else if(c >= ' ')
    {
        where = textmemptr + (csr_y * 80 + csr_x);
        *where = c | att;	/* 设置字符和颜色 */
        csr_x++;
    }

    /* 当光标到达屏幕又边界, 移动到下一行行首 */
    if(csr_x >= 80)
    {
        csr_x = 0;
        csr_y++;
    }

    /* 在需要的时候滚动屏幕, 并移动光标 */
    scroll();
    move_csr();
}

/* 使用putch来打印字符串 */
void puts(unsigned char *text)
{
    int i;

    for (i = 0; i < strlen(text); i++)
    {
        putch(text[i]);
    }
}

/* 设置前景色和背景色 */
void settextcolor(unsigned char forecolor, unsigned char backcolor)
{
    /* 前4bit为背景色, 后4bit为前景色 */
    attrib = (backcolor << 4) | (forecolor & 0x0F);
}

/* 设置文本模式VGA指针, 并清屏 */
void init_video(void)
{
    textmemptr = (unsigned short *)0xB8000;
    cls();
}

  接下来我们需要将它编译进内核中。首先需要在"build.bat"中添加一行gcc编译命令。复制编译"main.c"的那行命令, 在它的下面一行粘贴, 然后将里面的"main"修改为"scrn"即可。还有, 不要忘记把"scrn.o"添加到链接文件的列表中。为了让main函数能调用"scrn.c"文件中的这些函数, 需要将putch、puts、cls、init_video和settextcolor的函数原型添加到"system.h"中, 不要忘记"extern"关键字, 因为它们都是函数原型。

system.h

extern void cls();
extern void putch(unsigned char c);
extern void puts(unsigned char *str);
extern void settextcolor(unsigned char forecolor, unsigned char backcolor);
extern void init_video();

  现在可以在main函数中调用我们的屏幕打印函数了。打开"main.c"文件, 添加一行调用init_video()函数, 然后使用puts()打印"Hello World!", 最后保存所有修改, 运行"build.bat"文件, 调试所有语法错误。将"kernel.bin"复制到你的GRUB软盘上, 如果一切顺利, 你将在你的黑底的屏幕上看见白色的"Hello World!"文本。

---

此文原创禁止转载，转载文章请联系博主并注明来源和出处，谢谢！

作者: Raina_RLN https://www.cnblogs.com/raina/