Day6 ——自制操作系统

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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.objTOOLPATH = ../z_tools/
INCPATH  = ../z_tools/haribote/MAKE     = $( -r
NASK     = $(
CC1      = $( -I$(INCPATH) -Os -Wall -quiet
GAS2NASK = $( -a
OBJ2BIM  = $(
MAKEFONT = $(
BIN2OBJ  = $(
BIM2HRB  = $(
RULEFILE = $(TOOLPATH)haribote/haribote.rul
EDIMG    = $(
IMGTOL   = $(TOOLPATH)imgtol
COPY     = copy
DEL      = deldefault :$(MAKE) imgipl10.bin : ipl10.nas Makefile$(NASK) ipl10.nas ipl10.bin ipl10.lstasmhead.bin : asmhead.nas Makefile$(NASK) asmhead.nas asmhead.bin asmhead.lsthankaku.bin :  Makefile$(MAKEFONT)  hankaku.binhankaku.obj : hankaku.bin Makefile$(BIN2OBJ) hankaku.bin hankaku.obj _hankakubootpack.bim : $(OBJS_BOOTPACK) Makefile$(OBJ2BIM) @$(RULEFILE) out:bootpack.bim stack:3136k map:bootpack.map $(OBJS_BOOTPACK)
# 3MB+64KB=3136KBbootpack.hrb : bootpack.bim Makefile$(BIM2HRB) bootpack.bim bootpack.hrb 0haribote.sys : asmhead.bin bootpack.hrb Makefilecopy /B asmhead.bin+bootpack.hrb haribote.sysharibote.img : ipl10.bin haribote.sys Makefile$(EDIMG)   imgin:../z_k wbinimg src:ipl10.bin len:512 from:0 to:0 copy from:haribote.sys to:@: imgout:haribote.img# 会首先寻找普通的生成规则，如果没找到，就尝试用一般规则。
# 所以，即使一般规则和普通生成规则有冲突，也不会有问题
%.gas : %.c Makefile$(CC1) -o $*.gas $*.c%.nas : %.gas Makefile$(GAS2NASK) $*.gas $*.nas%.obj : %.nas Makefile$(NASK) $*.nas $*.obj $*.lst# 僐儅儞僪img :$(MAKE) haribote.imgrun :$(MAKE) img$(COPY) haribote.img ..z_toolsqemufdimage0.bin$(MAKE) -C ../z_tools/qemuinstall :$(MAKE) img$(IMGTOL) w a: haribote.imgclean :-$(DEL) *.bin-$(DEL) *.lst-$(DEL) *.obj-$(DEL) bootpack.map-$(DEL) bootpack.bim-$(DEL) bootpack.hrb-$(DEL) haribote.syssrc_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16x16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 — basebase 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4KB4KB * 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

本文发布于:2024-02-02 20:01:40，感谢您对本站的认可！

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