2019年7月9日 星期二

自製64位元作業系統07──直接操控螢幕

我們在上一篇文章寫了有關於進入保護模式的內容。只要我們在保護模式，就沒有辦法利用BIOS中斷了，連印出訊息在螢幕上都不行。所以，我們今天要利用其它的方法，來直接操控螢幕。
首先，我們先調整一下程式的位置，以節省空間（怕以後某天我們的Boot Loader會爆）。並且還要記得把16位元的程式和32位元的程式分開（用.code16或.code32設定）。
我們主要要利用VGA映射的記憶體，來控制螢幕。這個記憶體在0xB8000，每2Bytes代表螢幕上的一個字，第一個Byte是文字，第二個是背景和字的顏色。只用這些東西，就可以做很多事情了。不過，我們為了將東西印在游標上，並且再將游標移到下一個位置，所以我們要利用VGA的控制Port來控制。但是有點複雜，我們就參考https://wiki.osdev.org/Text_Mode_Cursor#Without_the_BIOS裡面的方法吧！
首先，我們先取得游標位置。
getCursorPos:
  movb $0x0E, %al
  movw $0x3D4, %dx
  outb %al, %dx
  incw %dx
  inb %dx, %al
  shlw $8, %ax
  movb $0x0F, %al
  decw %dx
  outb %al, %dx
  incw %dx
  inb %dx, %al
  ret
我們先透過傳入0x0E至Port號碼是0x3D4的索引暫存器以後，再讀入0x3D5，就可以得到高8bit的游標位置。再將0x0F用同樣方法後，就可以得到低8bit的位置。
再來利用很接近的方法，將由bx暫存器傳入的新游標位置，輸出到VGA控制器。
setCursorPos:
  movb $0x0F, %al
  movw $0x3D4, %dx
  outb %al, %dx
  movb %bl, %al
  incw %dx
  outb %al, %dx
  movb $0x0E, %al
  decw %dx
  outb %al, %dx
  movb %bh, %al
  incw %dx
  outb %al, %dx
  ret
最後，就可以透過這兩個函式，實作一個簡易的輸出函式了。
print32:
  call getCursorPos
  movw %ax, %dx

  # Count String
  xorl %ecx, %ecx
  movl %esi, %edi
  cnt32:
  movb (%edi), %al
  cmpb $0, %al
  je cnt32_exit
  incl %edi
  incl %ecx
  jmp cnt32
  cnt32_exit:

  # Print
  movl $0xb8000, %edi
  andl $0xFFFF, %edx
  shll %edx
  addl %edx, %edi
  shrl %edx
  print32loop:
  movb (%esi), %al
  movb %al, (%edi)
  movb $0x07, 1(%edi)
  incl %esi
  addl $2, %edi
  loop print32loop

  # Move cursor to next line
  movw %dx, %bx
  addw $80, %bx
  call setCursorPos
  ret
但還有一件事情要記得，我們進入保護模式後，要先把所有的區段描述暫存器準備好，像是這樣。 
  movw $0x10, %ax
  movw %ax, %ss
  movw %ax, %ds
  movw %ax, %es
  movw %ax, %fs
  movw %ax, %gs
記得，現在我們的每一個東西都要的是從0x0數起來的位置了，所以需要很注意。現在，我們的程式碼長這樣，已經很長了。 
.code16
.section .text
# Init all the registers
xorw %ax, %ax
xorw %bx, %bx
xorw %cx, %cx
xorw %dx, %dx

movw $0x7c0, %ax
movw %ax, %es
movw %ax, %ds
movw %ax, %ss

# Reset Floppy (int 0x13, ah = 0x0, dl = 0 (first floppy))
movb $0, %ah
int $0x13

# Read Number 2 (CHS)
# (int 0x13, ah = 0x2, al = 1, ch = 0, cl = 2, dh = 0, dl = 0, ES:BX = 0x7E00)
movw $0x200, %bx
movb $0x2, %ah
movb $0x1, %al
movb $0x0, %ch
movb $0x2, %cl
movb $0x0, %dh
movb $0x0, %dl
int $0x13

jc error

# Print
movw $HELLO_MESSAGE, %bp
call print
call getRam

# Clear Interrupt Flag
cli

# A20
inb $0x92, %al
orb $2, %al
outb %al, $0x92

# LGDT
lgdt GDTR

# Enter Protected Mode
movl %cr0, %eax
orl $1, %eax
movl %eax, %cr0

ljmp $0x08, $(0x7c00+OS_PMODE)
.code32
OS_PMODE:
  movw $0x10, %ax
  movw %ax, %ss
  movw %ax, %ds
  movw %ax, %es
  movw %ax, %fs
  movw %ax, %gs
  movl $(0x7c00+PMODE_MESSAGE), %esi
  call print32

jmp .
.code16
# ====================================================================
# Print Error Message
# ====================================================================
error:
  # Print Error
  movw $ERROR_MSG, %bp
  call print
  jmp .
# ====================================================================
# print function
# ====================================================================
# es:bp as Message position, zero-term string
print:
  # Get cursor position (Return dh = row, dl = column ...)
  movb $0x03, %ah
  movb $0, %bh
  int $0x10

  # Count String
  xorw %cx, %cx
  movw %bp, %si
  cnt:
  movb (%si), %ah
  cmpb $0, %ah
  je cnt_exit
  incw %si
  incw %cx
  jmp cnt
  cnt_exit:

  # Print
  # (ah = 0x13, al = 0x0, bh = 0, bl = 7, cx = strlen, dh:dl=row:column, es:bp=7c0:Message)
  movw $0x1300, %ax
  movw $0x7, %bx
  int $0x10

  # Move cursor to next line
  incb %dh
  xorb %dl, %dl
  movb $0, %bh
  movb $0x02, %ah
  int $0x10
  ret
#=====================================================================

#=====================================================================
# int 0xE820
# (eax = 0xe820) (ebx = 0) (es:di = smap) (ecx = buffer size = 0x200) (edx = smap)
#=====================================================================
getRam:
  movl $0xe820, %eax
  xorl %ebx, %ebx
  movw $0x400, %di
  movl $32, %ecx
  movl $0x534D4150, %edx
getRam_loop:
  int $0x15
  movl %eax, %edx
  movl $0xe820, %eax
  movl $32, %ecx
  addw $32, %di
  cmpl $0, %ebx
  jne getRam_loop
  ret
.code32
# =====================================================================
# print32 (32 bits print method)
# =====================================================================
# esi as Message position, zero-term string
print32:
  call getCursorPos
  movw %ax, %dx

  # Count String
  xorl %ecx, %ecx
  movl %esi, %edi
  cnt32:
  movb (%edi), %al
  cmpb $0, %al
  je cnt32_exit
  incl %edi
  incl %ecx
  jmp cnt32
  cnt32_exit:

  # Print
  movl $0xb8000, %edi
  andl $0xFFFF, %edx
  shll %edx
  addl %edx, %edi
  shrl %edx
  print32loop:
  movb (%esi), %al
  movb %al, (%edi)
  movb $0x07, 1(%edi)
  incl %esi
  addl $2, %edi
  loop print32loop

  # Move cursor to next line
  movw %dx, %bx
  addw $80, %bx
  call setCursorPos
  ret

# =====================================================================
# getCursorPos
# =====================================================================
getCursorPos:
  movb $0x0E, %al
  movw $0x3D4, %dx
  outb %al, %dx
  incw %dx
  inb %dx, %al
  shlw $8, %ax
  movb $0x0F, %al
  decw %dx
  outb %al, %dx
  incw %dx
  inb %dx, %al
  ret

# =====================================================================
# setCursorPos (bx = Position)
# =====================================================================
setCursorPos:
  movb $0x0F, %al
  movw $0x3D4, %dx
  outb %al, %dx
  movb %bl, %al
  incw %dx
  outb %al, %dx
  movb $0x0E, %al
  decw %dx
  outb %al, %dx
  movb %bh, %al
  incw %dx
  outb %al, %dx
  ret
HELLO_MESSAGE:
.asciz "Hello world!"
PMODE_MESSAGE:
.asciz "We're in Protected Mode Now!!"
ERROR_MSG:
.asciz "READ FLOPPY ERROR"
GDT_NUL:
  .long 0
  .long 0
GDT_CODE32:
  .long 0x0000FFFF
  .long 0x00CF9A00
GDT_DATA32:
  .long 0x0000FFFF
  .long 0x00CF9200
GDTR:
  .word 24
  .long GDT_NUL+0x7c00
.org 0x1FE, 0x62
.byte 0x55
.byte 0xAA

.org 0x400, 0x62
# 接SuperBlock
用QEMU的螢幕截圖：




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