第4天：C语言与画面显示的练习

1、用C语言实现内存读写

1.1、naskfunc.nas函数实现

naskfunc.nas添加内容

; naskfunc
; TAB=4[FORMAT "WCOFF"]              ; 制作目标文件的模式
[INSTRSET "i486p"]                ; 使用到486为止的指令
[BITS 32]                       ; 3制作32位模式用的机器语言
[FILE "naskfunc.nas"]         ; 文件名GLOBAL _io_hlt,_write_mem8[SECTION .text]_io_hlt:  ; void io_hlt(void);HLTRET_write_mem8:  ; void write_mem8(int addr, int data);MOV       ECX,[ESP+4]        ; [ESP+4]存放的是地址，将其读入ECXMOV      AL,[ESP+8]     ; [ESP+8]存放的是数据，将其读入ALMOV       [ECX],ALRET

注意一下：作者的编译器第一个参数存放在ESP+4的位置，通常使用VC6的时候函数的参数都在函数栈下面，而作者的编译器却在栈顶下面。

VC6调用函数的大致堆栈图

你会发现，如果想使用参数会采用EBP+X的方式，参数不存放在函数开辟的空间里，参数不是紧贴着ESP。这是我个人理解，这是作者编译器问题，没有保存EBP的值，没有再开辟函数空间，就认为函数参数存放在紧贴ESP的位置。可能是因为函数功能简单，没有做一些寄存器保护

作者提供的工具nask，遇到 [INSTSET i486p]，会按照英特尔486处理器来处理汇编指令，便可以用32位的寄存器了。
486的解释：

1.2、bootpack.c调用函数

在1.1中用汇编写了函数的实现，现在我们要在bootpack.c文件中使用啦。
bootpack.c

void io_hlt(void);
void write_mem8(int addr, int data);void HariMain(void)
{int i; /* 声明变量 */for (i = 0xa0000; i <= 0xaffff; i++) {write_mem8(i, 15); /* MOV BYTE [i],15 */}for (;;) {io_hlt();}
}

这就是基础的C语言语法，刚刚在1.1 naskfun.nas实现的函数在这里使用。说一下这个for循环的功能：VRAM的内存从0xa0000开始，通过write_men8函数向VRAM指定为15号颜色，15号颜色为白色。看一眼效果吧。

2、条纹图案

bootpack.c只向内存中指明了一种颜色，现在对传入参数进行改进：

for (i = 0xa0000; i <= 0xaffff; i++) {write_mem8(i, i & 0x0f);}

参数把 ‘15’ 改成了 ‘i & 0x0f’ ，这样以来，使用的颜色就是循环变化的，循环范围为0-f，使用的分辨率x方向（坐标从左上角（0，0）开始）是320，320/16=20，一行会循环20遍，所以最后的结果必然是条纹状。

发现了吗？第二个参数明明是一个数字，但是一直说它是一个颜色。我们都是知道颜色一般表示是使用RGB，像#00FF00这样的十六进制数表示，说明这个不是真正的颜色，是颜色的索引，是别人调好的颜色，我们在只要传入索引序号就好了。我们自己也可以调好颜色，然后使用自己调配的颜色来绘制带颜色的画面，下面开始吧。

3、4、5、指针

这个都在讲C语言的指针，我觉得这个都是基本语法，很好理解，看看就好。

6、色号设定

6.1、从bootpack.c开始讲起

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 init_palette(void);
void set_palette(int start, int end, unsigned char *rgb);void HariMain(void)
{int i; char *p; init_palette(); /*设定调色板 */p = (char *) 0xa0000; /* 指定地址 */for (i = 0; i <= 0xffff; i++) {p[i] = i & 0x0f;}for (;;) {io_hlt();}
}void init_palette(void)
{static unsigned char table_rgb[16 * 3] = {0x00, 0x00, 0x00,   /*  0:黑 */0xff, 0x00, 0x00, /*  1:梁红 */0x00, 0xff, 0x00,    /*  2:亮绿 */0xff, 0xff, 0x00,    /*  3:亮黄 */0x00, 0x00, 0xff,    /*  4:亮蓝 */0xff, 0x00, 0xff,    /*  5:亮紫 */0x00, 0xff, 0xff,    /*  6:浅亮蓝 */0xff, 0xff, 0xff,   /*  7:白 */0xc6, 0xc6, 0xc6, /*  8:亮灰 */0x84, 0x00, 0x00,    /*  9:暗红 */0x00, 0x84, 0x00,    /* 10:暗绿 */0x84, 0x84, 0x00,    /* 11:暗黄 */0x00, 0x00, 0x84,    /* 12:暗青 */0x84, 0x00, 0x84,    /* 13:暗紫 */0x00, 0x84, 0x84,    /* 14:浅暗蓝 */0x84, 0x84, 0x84    /* 15:暗灰 */};set_palette(0, 15, table_rgb);return;/* C语言中的static char语句只能用于数据，相当于汇编中的DB指令 */
}void set_palette(int start, int end, unsigned char *rgb)
{int i, eflags;eflags = io_load_eflags();  /* 记录中断许可标志的值 */io_cli();                   /* 将中断许可标志置为0,禁止中断 */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); /* 复原中断许可标志 */return;
}

发现在HariMain函数中多了一个init_palette函数的使用，这个函数做了什么呢？主要是定义了颜色，然后调用set_palette函数生成颜色的序号0-15。
关于设置调色板：
调色前应该关闭中断io_cli函数实现，然后往0x03c8端口写入调色板序号，也是索引，往0x03c9端口依次写入RGB值，如果有多个调色板，就直接写入，会自动添加调色板条目。设置完成后恢复中断，回复没有使用STI指令，而是采用回复eflags保存的寄存器的值，EFLAGS寄存器：
关于EFLAGS，以上是作者的图，下面还有更好的图（参考作者：astrotycoon）EFLAGS寄存器中状态标志（Status Flags）小结：

相关参考VGA 0x3c8端口
端口写入端口数据用了OUT指定，相反如果读取端口设备指定用IN

naskfunc.nas

; naskfunc
; TAB=4[FORMAT "WCOFF"]              ; 制作目标文件的模式
[INSTRSET "i486p"]                ; 使用到486为止的指令
[BITS 32]                       ; 3制作32位模式用的机器语言
[FILE "naskfunc.nas"]         ; 文件名GLOBAL _io_hlt, _io_cli, _io_sti, _io_stihltGLOBAL _io_in8,  _io_in16,  _io_in32GLOBAL _io_out8, _io_out16, _io_out32GLOBAL    _io_load_eflags, _io_store_eflags[SECTION .text]_io_hlt:    ; void io_hlt(void);HLTRET_io_cli:  ; void io_cli(void);CLIRET_io_sti:  ; void io_sti(void);STIRET_io_stihlt:   ; void io_stihlt(void);STIHLTRET_io_in8:    ; int io_in8(int port);MOV      EDX,[ESP+4]        ; portMOV       EAX,0IN     AL,DXRET_io_in16:   ; int io_in16(int port);MOV     EDX,[ESP+4]        ; portMOV       EAX,0IN     AX,DXRET_io_in32:   ; int io_in32(int port);MOV     EDX,[ESP+4]        ; portIN        EAX,DXRET_io_out8:  ; void io_out8(int port, int data);MOV      EDX,[ESP+4]        ; portMOV       AL,[ESP+8]     ; dataOUT       DX,ALRET_io_out16:  ; void io_out16(int port, int data);MOV     EDX,[ESP+4]        ; portMOV       EAX,[ESP+8]        ; dataOUT       DX,AXRET_io_out32:  ; void io_out32(int port, int data);MOV     EDX,[ESP+4]        ; portMOV       EAX,[ESP+8]        ; dataOUT       DX,EAXRET_io_load_eflags:   ; int io_load_eflags(void);PUSHFD       ; PUSH EFLAGS POP       EAXRET_io_store_eflags: ; void io_store_eflags(int eflags);MOV      EAX,[ESP+4]PUSH    EAXPOPFD        ; POP EFLAGS RET

6.2、讲一下POPFD

POPFD（pop flags double-word），就是从栈里弹出EFLAGS寄存器。EFLAGS寄存器不能直接给EAX寄存器，要通过栈来中转。

补充一下：POPA / POPAD弹出通用寄存器，这个是有顺序的：
当操作数的大小是32位时：
出栈顺序依次是：EDI,ESI,EBP,EBX,EDX,ECX,EAX;
当操作数的大小是16位时：
出栈顺序依次是：DI,SI,BP,BX,DX,CX,AX;
PUSHA / PUSHAD压栈顺序就相反。
参考作者:
车子 chezi PUSHA/PUSHAD POPA/POPAD 指令详解

最终结果：

确实和使用默认的调色板序号不一样。

7、绘制矩形

7.1、坐标点对应内存中的位置

在绘制条形图的时候，就可以发现像素怎么排列的了。从0xa0000地址开始，横向依次排列。
画面分辨率是320x200，坐标从屏幕左上角（0，0）开始，横向为X轴，纵向为Y轴。某个像素点（x，y）在内存中对应的位置为：
0xa0000 + x + y * 320
在其他分辨率下，只要把y的系数换成对应的X轴的范围就好了

7.2、按照7.1的逻辑，绘制矩形

设计boxfill8函数来绘制矩形

修改bootpack.c代码，添加boxfill8函数

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 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);#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     15void HariMain(void)
{char *p; init_palette(); /* 设置调色板 */p = (char *) 0xa0000;boxfill8(p, 320, COL8_FF0000,  20,  20, 120, 120);boxfill8(p, 320, COL8_00FF00,  70,  50, 170, 150);boxfill8(p, 320, COL8_0000FF, 120,  80, 220, 180);for (;;) {io_hlt();}
}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;
}

在boxfill8中，通过两层for循环，向指定内存中写入调色板序号，就可以绘制出指定序号颜色的矩形。

来看一下结果：

还行哈

8、修改boxfill8参数

可以通过修改boxfill8的参数，可以绘制出我们想要的操作系统的图形化界面。
HariMain函数的内容修改如下：

void HariMain(void)
{char *vram;/* 声明变量vram、用于BYTE [...]地址 */int xsize, ysize;init_palette();/* 设定调色板 */vram = (char *) 0xa0000;/* 地址变量赋值 */xsize = 320;ysize = 200;/* 根据 0xa0000 + x + y * 320 计算坐标 8*/boxfill8(vram, xsize, COL8_008484,  0,         0,          xsize -  1, ysize - 29);boxfill8(vram, xsize, COL8_C6C6C6,  0,         ysize - 28, xsize -  1, ysize - 28);boxfill8(vram, xsize, COL8_FFFFFF,  0,         ysize - 27, xsize -  1, ysize - 27);boxfill8(vram, xsize, COL8_C6C6C6,  0,         ysize - 26, xsize -  1, ysize -  1);boxfill8(vram, xsize, COL8_FFFFFF,  3,         ysize - 24, 59,         ysize - 24);boxfill8(vram, xsize, COL8_FFFFFF,  2,         ysize - 24,  2,         ysize -  4);boxfill8(vram, xsize, COL8_848484,  3,         ysize -  4, 59,         ysize -  4);boxfill8(vram, xsize, COL8_848484, 59,         ysize - 23, 59,         ysize -  5);boxfill8(vram, xsize, COL8_000000,  2,         ysize -  3, 59,         ysize -  3);boxfill8(vram, xsize, COL8_000000, 60,         ysize - 24, 60,         ysize -  3);boxfill8(vram, xsize, COL8_848484, xsize - 47, ysize - 24, xsize -  4, ysize - 24);boxfill8(vram, xsize, COL8_848484, xsize - 47, ysize - 23, xsize - 47, ysize -  4);boxfill8(vram, xsize, COL8_FFFFFF, xsize - 47, ysize -  3, xsize -  4, ysize -  3);boxfill8(vram, xsize, COL8_FFFFFF, xsize -  3, ysize - 24, xsize -  3, ysize -  3);for (;;) {io_hlt();}
}

看一下结果：

还行哈，比较性windows。