Day6 ——自制操作系统

分割源文件

• 如果graphic.c也想使用naskfunc.nas的函数，就必须要写上“void io_out8（int port, int data）; ”这种函数声明。虽然这都已经写在bootpack.c里了，但编译器在编译graphic.c时，根本不知道有bootpack.c存在

修改Makefile

• 完整代码 OBJS_BOOTPACK = bootpack.obj naskfunc.obj hankaku.obj graphic.obj dsctbl.obj TOOLPATH = ../z_tools/ INCPATH = ../z_tools/haribote/ MAKE = $(TOOLPATH)make.exe -r NASK = $(TOOLPATH)nask.exe CC1 = $(TOOLPATH)cc1.exe -I$(INCPATH) -Os -Wall -quiet GAS2NASK = $(TOOLPATH)gas2nask.exe -a OBJ2BIM = $(TOOLPATH)obj2bim.exe MAKEFONT = $(TOOLPATH)makefont.exe BIN2OBJ = $(TOOLPATH)bin2obj.exe BIM2HRB = $(TOOLPATH)bim2hrb.exe RULEFILE = $(TOOLPATH)haribote/haribote.rul EDIMG = $(TOOLPATH)edimg.exe IMGTOL = $(TOOLPATH)imgtol.com COPY = copy DEL = del default : $(MAKE) img ipl10.bin : ipl10.nas Makefile $(NASK) ipl10.nas ipl10.bin ipl10.lst asmhead.bin : asmhead.nas Makefile $(NASK) asmhead.nas asmhead.bin asmhead.lst hankaku.bin : hankaku.txt Makefile $(MAKEFONT) hankaku.txt hankaku.bin hankaku.obj : hankaku.bin Makefile $(BIN2OBJ) hankaku.bin hankaku.obj _hankaku bootpack.bim : $(OBJS_BOOTPACK) Makefile $(OBJ2BIM) @$(RULEFILE) out:bootpack.bim stack:3136k map:bootpack.map $(OBJS_BOOTPACK) # 3MB+64KB=3136KB bootpack.hrb : bootpack.bim Makefile $(BIM2HRB) bootpack.bim bootpack.hrb 0 haribote.sys : asmhead.bin bootpack.hrb Makefile copy /B asmhead.bin+bootpack.hrb haribote.sys haribote.img : ipl10.bin haribote.sys Makefile $(EDIMG) imgin:../z_tools/fdimg0at.tek wbinimg src:ipl10.bin len:512 from:0 to:0 copy from:haribote.sys to:@: imgout:haribote.img # make.exe会首先寻找普通的生成规则，如果没找到，就尝试用一般规则。 # 所以，即使一般规则和普通生成规则有冲突，也不会有问题 %.gas : %.c Makefile $(CC1) -o $*.gas $*.c %.nas : %.gas Makefile $(GAS2NASK) $*.gas $*.nas %.obj : %.nas Makefile $(NASK) $*.nas $*.obj $*.lst # 僐儅儞僪 img : $(MAKE) haribote.img run : $(MAKE) img $(COPY) haribote.img ..z_toolsqemufdimage0.bin $(MAKE) -C ../z_tools/qemu install : $(MAKE) img $(IMGTOL) w a: haribote.img clean : -$(DEL) *.bin -$(DEL) *.lst -$(DEL) *.obj -$(DEL) bootpack.map -$(DEL) bootpack.bim -$(DEL) bootpack.hrb -$(DEL) haribote.sys src_only : $(MAKE) clean -$(DEL) haribote.img

整理源文件

• 新建bootpack.h，将头部放进去 仅由函数声明和#define等组成的文件，我们称之为头文件 /* naskfunc.nas */ void io_hlt(void); void io_cli(void); void io_out8(int port, int data); int io_load_eflags(void); void io_store_eflags(int eflags); void load_gdtr(int limit, int addr); void load_idtr(int limit, int addr); /* graphic.c */ void init_palette(void); void set_palette(int start, int end, unsigned char *rgb); void boxfill8(unsigned char *vram, int xsize, unsigned char c, int x0, int y0, int x1, int y1); void init_screen8(char *vram, int x, int y); void putfont8(char *vram, int xsize, int x, int y, char c, char *font); void putfonts8_asc(char *vram, int xsize, int x, int y, char c, unsigned char *s); void init_mouse_cursor8(char *mouse, char bc); void putblock8_8(char *vram, int vxsize, int pxsize, int pysize, int px0, int py0, char *buf, int bxsize); #define COL8_000000 0 #define COL8_FF0000 1 #define COL8_00FF00 2 #define COL8_FFFF00 3 #define COL8_0000FF 4 #define COL8_FF00FF 5 #define COL8_00FFFF 6 #define COL8_FFFFFF 7 #define COL8_C6C6C6 8 #define COL8_840000 9 #define COL8_008400 10 #define COL8_848400 11 #define COL8_000084 12 #define COL8_840084 13 #define COL8_008484 14 #define COL8_848484 15 /* dsctbl.c */ 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); #define ADR_IDT 0x0026f800 #define LIMIT_IDT 0x000007ff #define ADR_GDT 0x00270000 #define LIMIT_GDT 0x0000ffff #define ADR_BOTPAK 0x00280000 #define LIMIT_BOTPAK 0x0007ffff #define AR_DATA32_RW 0x4092 #define AR_CODE32_ER 0x409a graphic.c文件 有关图像的处理 引入bootpack.h文件：#include "bootpack.h" 编译器见到了这一行，就将该行替换成所指定文件的内容，然后进行编译。所以，写在“bootpack.h”里的所有内容，也都间接地写到了“graphic.c”中. #include "bootpack.h" void init_palette(void) { static unsigned char table_rgb[16 * 3] = { 0x00, 0x00, 0x00, /* 0:崟 */ 0xff, 0x00, 0x00, /* 1:柧傞偄愒 */ 0x00, 0xff, 0x00, /* 2:柧傞偄椢 */ 0xff, 0xff, 0x00, /* 3:柧傞偄墿怓 */ 0x00, 0x00, 0xff, /* 4:柧傞偄惵 */ 0xff, 0x00, 0xff, /* 5:柧傞偄巼 */ 0x00, 0xff, 0xff, /* 6:柧傞偄悈怓 */ 0xff, 0xff, 0xff, /* 7:敀 */ 0xc6, 0xc6, 0xc6, /* 8:柧傞偄奃怓 */ 0x84, 0x00, 0x00, /* 9:埫偄愒 */ 0x00, 0x84, 0x00, /* 10:埫偄椢 */ 0x84, 0x84, 0x00, /* 11:埫偄墿怓 */ 0x00, 0x00, 0x84, /* 12:埫偄惵 */ 0x84, 0x00, 0x84, /* 13:埫偄巼 */ 0x00, 0x84, 0x84, /* 14:埫偄悈怓 */ 0x84, 0x84, 0x84 /* 15:埫偄奃怓 */ }; set_palette(0, 15, table_rgb); return; /* static char 柦椷偼丄僨乕僞偵偟偐巊偊側偄偗偳DB柦椷憡摉 */ } void set_palette(int start, int end, unsigned char *rgb) { int i, eflags; eflags = io_load_eflags(); /* 妱傝崬傒嫋壜僼儔僌偺抣傪婰榐偡傞 */ io_cli(); /* 嫋壜僼儔僌傪0偵偟偰妱傝崬傒嬛巭偵偡傞 */ 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); /* 妱傝崬傒嫋壜僼儔僌傪尦偵栠偡 */ 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_screen8(char *vram, int x, int y) { boxfill8(vram, x, COL8_008484, 0, 0, x – 1, y – 29); boxfill8(vram, x, COL8_C6C6C6, 0, y – 28, x – 1, y – 28); boxfill8(vram, x, COL8_FFFFFF, 0, y – 27, x – 1, y – 27); boxfill8(vram, x, COL8_C6C6C6, 0, y – 26, x – 1, y – 1); boxfill8(vram, x, COL8_FFFFFF, 3, y – 24, 59, y – 24); boxfill8(vram, x, COL8_FFFFFF, 2, y – 24, 2, y – 4); boxfill8(vram, x, COL8_848484, 3, y – 4, 59, y – 4); boxfill8(vram, x, COL8_848484, 59, y – 23, 59, y – 5); boxfill8(vram, x, COL8_000000, 2, y – 3, 59, y – 3); boxfill8(vram, x, COL8_000000, 60, y – 24, 60, y – 3); boxfill8(vram, x, COL8_848484, x – 47, y – 24, x – 4, y – 24); boxfill8(vram, x, COL8_848484, x – 47, y – 23, x – 47, y – 4); boxfill8(vram, x, COL8_FFFFFF, x – 47, y – 3, x – 4, y – 3); boxfill8(vram, x, COL8_FFFFFF, x – 3, y – 24, x – 3, y – 3); 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 & 0x20) != 0) { p[2] = c; } if ((d & 0x10) != 0) { p[3] = 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]; for (; *s != 0x00; s++) { putfont8(vram, xsize, x, y, c, hankaku + *s * 16); x += 8; } return; } void init_mouse_cursor8(char *mouse, char bc) /* 儅僂僗僇乕僜儖傪弨旛乮16×16乯 */ { static char cursor[16][16] = { "**************..", "*OOOOOOOOOOO*…", "*OOOOOOOOOO*….", "*OOOOOOOOO*…..", "*OOOOOOOO*……", "*OOOOOOO*…….", "*OOOOOOO*…….", "*OOOOOOOO*……", "*OOOO**OOO*…..", "*OOO*..*OOO*….", "*OO*….*OOO*…", "*O*……*OOO*..", "**……..*OOO*.", "*……….*OOO*", "…………*OO*", "………….***" }; 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; } dsctbl.c 文件 关于GDT、IDT等descriptor table的处理 #include "bootpack.h" void init_gdtidt(void) { struct SEGMENT_DESCRIPTOR *gdt = (struct SEGMENT_DESCRIPTOR *) ADR_GDT; struct GATE_DESCRIPTOR *idt = (struct GATE_DESCRIPTOR *) ADR_IDT; int i; for (i = 0; i <= LIMIT_GDT / 8; i++) { set_segmdesc(gdt + i, 0, 0, 0); } set_segmdesc(gdt + 1, 0xffffffff, 0x00000000, AR_DATA32_RW); set_segmdesc(gdt + 2, LIMIT_BOTPAK, ADR_BOTPAK, AR_CODE32_ER); load_gdtr(LIMIT_GDT, ADR_GDT); /* IDT偺弶婜壔 */ for (i = 0; i <= LIMIT_IDT / 8; i++) { set_gatedesc(idt + i, 0, 0, 0); } load_idtr(LIMIT_IDT, ADR_IDT); return; } void set_segmdesc(struct SEGMENT_DESCRIPTOR *sd, unsigned int limit, int base, int ar) { if (limit > 0xfffff) { ar |= 0x8000; /* G_bit = 1 */ limit /= 0x1000; } sd->limit_low = limit & 0xffff; sd->base_low = base & 0xffff; sd->base_mid = (base >> 16) & 0xff; sd->access_right = ar & 0xff; sd->limit_high = ((limit >> 16) & 0x0f) | ((ar >> 8) & 0xf0); sd->base_high = (base >> 24) & 0xff; return; } void set_gatedesc(struct GATE_DESCRIPTOR *gd, int offset, int selector, int ar) { gd->offset_low = offset & 0xffff; gd->selector = selector; gd->dw_count = (ar >> 8) & 0xff; gd->access_right = ar & 0xff; gd->offset_high = (offset >> 16) & 0xffff; return; } bootpack.c 文件 其它处理 /* bootpack偺儊僀儞 */ #include "bootpack.h" #include <stdio.h> void HariMain(void) { struct BOOTINFO *binfo = (struct BOOTINFO *) ADR_BOOTINFO; char s[40], mcursor[256]; int mx, my; init_gdtidt(); init_palette(); init_screen8(binfo->vram, binfo->scrnx, binfo->scrny); mx = (binfo->scrnx – 16) / 2; /* 夋柺拞墰偵側傞傛偆偵嵗昗寁嶼 */ my = (binfo->scrny – 28 – 16) / 2; init_mouse_cursor8(mcursor, COL8_008484); putblock8_8(binfo->vram, binfo->scrnx, 16, 16, mx, my, mcursor, 16); sprintf(s, "(%d, %d)", mx, my); putfonts8_asc(binfo->vram, binfo->scrnx, 0, 0, COL8_FFFFFF, s); for (;;) { io_hlt(); } }

意犹未尽

naskfunc.nas 中的 _load_gdtr

• 这个函数用来指定段上限（limit）和地址值赋值给名为GDTR的48位寄存器。给此寄存器赋值的时候，指定一个内存地址，使用指令LGDT从指定的地址读取6个字节 该寄存器的低16位（即内存的最初2个字节）是段上限，它等于“GDT的有效字节数 -1 剩下的高32位（即剩余的4个字节），代表GDT的开始地址。 在最初的时候，DWORD[ESP + 4]里存放的是段上限，DWORD[ESP + 8]里存放的是地址 0x0000ffff 和 0x00270000 [FF FF 00 00 00 00 27 00] （低位放在内存地址小的字节里） 因为是从指定地址读取6个字节，而不是8个，所以希望将上面的变成： [FF FF 00 00 27 00] 使用MOV AX, [ESP + 4]，变成 [FF FF FF FF 00 00 27 00] （MOV 指令相当于赋值指令，所以前面的还是FF FF） 如果从[ESP+6]开始读6字节的话，正好是我们想要的结果

set_segmdesc 函数

• 代码; /* 这个函数是按照CPU的规格要求，将段的信息归结成8个字节写入内存 ❏ 段的大小 ❏ 段的起始地址 ❏ 段的管理属性（禁止写入，禁止执行，系统专用等） struct SEGMENT_DESCRIPTOR { short limit_low, base_low; char base_mid, access_right; char limit_high, base_high; }; 1. 段的地址：地址用32位来表示 — base base 又分为 low（2字节）、mid（1字节）、high（1字节） 2. 段上限：表示一个段有多少个字节，段上限最大是4GB，也就是占用4字节，加上基址（base） 就把整个结构体占满了，所以段上限占用20位。 在段属性里设置了一个标志位：Gbit，这个标志位是1的时候，limit的单位不解释成字节（byte），而解释成页（page），1页是指4KB 4KB * 1M = 4GB，所以可以指定4GB的段 20位段上限分别写到 limit_low 和limit_high中；在limit_high的高四位中写的是段属性 3. 段属性：占用12位 高4位放在limit_high的高4位里（扩展访问权）：这4位是由“GD00”构成的 G是指刚才所说的G bit, D是指段的模式，1是指32位模式，0是指16位模式 低8位从80286时代就有了（图看下面） */ void set_segmdesc(struct SEGMENT_DESCRIPTOR *sd, unsigned int limit, int base, int ar) { if (limit > 0xfffff) { ar |= 0x8000; /* G_bit = 1 */ limit /= 0x1000; } sd->limit_low = limit & 0xffff; sd->base_low = base & 0xffff; sd->base_mid = (base >> 16) & 0xff; sd->access_right = ar & 0xff; sd->limit_high = ((limit >> 16) & 0x0f) | ((ar >> 8) & 0xf0); sd->base_high = (base >> 24) & 0xff; return; } 低八位： CPU有系统模式（也称为“ring0”）和应用模式[插图]）和应用模式（也称为“ring3”）之分。操作系统等“管理用”的程序，和应用程序等“被管理”的程序 当应用程序想要使用系统专用的段时，CPU也会中断执行，并马上向操作系统报告

初始化PIC

• CPU单独只能处理一个中断 PIC是将8个中断信号集合成一个中断信号的装置。PIC监视着输入管脚的8个中断信号，只要有一个中断信号进来，就将唯一的输出管脚信号变成ON，并通知给CPU。 为了处理更多的中断信号，把中断信号设计成了15个，并为此增设了2个PIC。 与CPU直接相连的PIC称为主PIC，与主PIC相连的PIC称为从PIC。主PIC负责处理第0到第7号中断信号，从PIC负责处理第8到第15号中断信号，从PIC通过第2号IRQ与主PIC相连。 int.c的主要组成部分 PIC的初始化程序 #include "bootpack.h" void init_pic(void) /* PIC的初始化 */ { io_out8(PIC0_IMR, 0xff ); /* 禁止所有中断 */ io_out8(PIC1_IMR, 0xff ); /* 禁止所有中断 */ io_out8(PIC0_ICW1, 0x11 ); /* 边沿触发模式（edge trigger mode） */ io_out8(PIC0_ICW2, 0x20 ); /* IRQ0-7由INT20-27接收 */ io_out8(PIC0_ICW3, 1 << 2); /* PIC1由IRQ2连接 */ io_out8(PIC0_ICW4, 0x01 ); /* 无缓冲区模式 */ io_out8(PIC1_ICW1, 0x11 ); /* 边沿触发模式（edge trigger mode） */ io_out8(PIC1_ICW2, 0x28); /* IRQ0-15由INT28-2f接收 */ io_out8(PIC1_ICW3, 2); /* PIC1由IRQ2连接 */ io_out8(PIC1_ICW4, 0x01); /* 无缓冲区模式 */ io_out8(PIC0_IMR, 0xfb ); /* 11111011 PIC1以外全部禁止 */ io_out8(PIC1_IMR, 0xff ); /* 11111111 禁止所有中断 */ return; } 从CPU的角度来看，PIC是外部设备，CPU使用OUT指令进行操作。程序中的PIC0和PIC1，分别指主PIC和从PIC。PIC内部有很多寄存器，用端口号码对彼此进行区别，以决定是写入哪一个寄存器 端口号码 写在bootpack.h中 /* int.c */ void init_pic(void); #define PIC0_ICW1 0x0020 #define PIC0_OCW2 0x0020 #define PIC0_IMR 0x0021 #define PIC0_ICW2 0x0021 #define PIC0_ICW3 0x0021 #define PIC0_ICW4 0x0021 #define PIC1_ICW1 0x00a0 #define PIC1_OCW2 0x00a0 #define PIC1_IMR 0x00a1 #define PIC1_ICW2 0x00a1 #define PIC1_ICW3 0x00a1 #define PIC1_ICW4 0x00a1

PIC的寄存器

• 都是8位寄存器 IMR：中断屏蔽寄存器 8位分别对应8路IRQ信号。如果某一位的值是1，则该位所对应的IRQ信号被屏蔽，PIC就忽视该路信号 正在对中断设定进行更改时，如果再接受别的中断会引起混乱，为了防止这种情况的发生，就必须屏蔽中断 ICW：初始化控制数据（ICW有四个） ICW1和ICW4与PIC主板配线方式、中断信号的电气特性等有关 ICW3是有关主—从连接的设定，该从PIC与主PIC的第几号相连，用3位来设定 ICW2，决定了IRQ以哪一号中断通知CPU 中断发生以后，如果CPU可以受理这个中断，CPU就会命令PIC发送2个字节的数据，CPU与PIC用IN或OUT进行数据传送时，有数据信号线连在一起。PIC就是利用这个信号线发送这2个字节数据的，送过来的数据是“0xcd 0x? ? ”这两个字节。由于电路设计的原因，这两个字节的数据在CPU看来，与从内存读进来的程序是完全一样的，所以CPU就把送过来的“0xcd 0x? ? ”作为机器语言执行。这恰恰就是把数据当作程序来执行的情况。这里的0xcd就是调用BIOS时使用的那个INT指令。我们在程序里写的“INT 0x10”，最后就被编译成了“0xcd0x10”。所以，CPU上了PIC的当，按照PIC所希望的中断号执行了INT指令 这次是以INT 0x20～0x2f接收中断信号IRQ0～15而设定的。这里大家可能又会有疑问了。“直接用INT 0x00～0x0f就不行吗，应用程序想要对操作系统干坏事的时候，CPU内部会自动产生INT 0x00～0x1f

中断处理程序的制作