30天自制操作系统——第八天鼠标控制与32位模式切换

今天的任务是让鼠标真正移动起来，之前的路走的真是艰辛呀。终于到走到这里啦，下面正式开始了——

鼠标解读（harib05a）

昨天我们已经能从鼠标取得数据了，接着要读取这些数据，看看鼠标是怎么移动的，在根据鼠标的动作，让鼠标指针动起来。

先对bootpack.c的HariMain函数做一些修改：

unsigned char mouse_dbuf[3], mouse_phase;enable_mouse();
mouse_phase = 0; /* 进入到等待鼠标的0xfa的状态 */for (;;) {io_cli();if (fifo8_status(&keyfifo) + fifo8_status(&mousefifo) == 0) {io_stihlt();} else {if (fifo8_status(&keyfifo) != 0) {i = fifo8_get(&keyfifo);io_sti();sprintf(s, "%02X", i);boxfill8(binfo->vram, binfo->scrnx, COL8_008484,  0, 16, 15, 31);putfonts8_asc(binfo->vram, binfo->scrnx, 0, 16, COL8_FFFFFF, s);} else if (fifo8_status(&mousefifo) != 0) {i = fifo8_get(&mousefifo);io_sti();if (mouse_phase == 0) {/* 等待鼠标0xfa的状态 */if (i == 0xfa) {mouse_phase = 1;}} else if (mouse_phase == 1) {/* 等待鼠标的第一字节 */mouse_dbuf[0] = i;mouse_phase = 2;} else if (mouse_phase == 2) {/* 等待鼠标的第二字节 */mouse_dbuf[1] = i;mouse_phase = 3;} else if (mouse_phase == 3) {/* 等待鼠标的第三字节 */mouse_dbuf[2] = i;mouse_phase = 1;/* 鼠标的3字节都齐了，显示出来 */sprintf(s, "%02X %02X %02X", mouse_dbuf[0], mouse_dbuf[1], mouse_dbuf[2]);boxfill8(binfo->vram, binfo->scrnx, COL8_008484, 32, 16, 32 + 8 * 8 - 1, 31);putfonts8_asc(binfo->vram, binfo->scrnx, 32, 16, COL8_FFFFFF, s);}}}}

这段程序首先是将0xfa舍弃，每次鼠标送来的数据都是三个一组，每当数据累积到3，就显示到屏幕上。

变量mouse_phase用来记住接收鼠标数据的工作进展到了什么阶段（phase），接收到的数据存放在mouse_dbuf[0~2]中。

运行一下看看——

尝试移动鼠标，发现后面三个数字会变化。仔细观察会发现，移动鼠标时，“28”部分（mouse_dbuf[0]）的“2”位，会在0~3范围内变化。

仅移动鼠标，“28”部分的“8”不会变化，只有点击鼠标时才会变化，这个值会在8~F范围内变化。“12”部分（mouse_dbuf[1]）与鼠标的左右移动相关，“34”部分（mouse_dbuf[2]）与鼠标的上下部分相关。

HariMain函数整理（harib05b）

HariMain函数有点乱，我们先来整理一下

struct MOUSE_DEC {unsigned char buf[3], phase;
};void enable_mouse(struct MOUSE_DEC *mdec);
int mouse_decode(struct MOUSE_DEC *mdec, unsigned char dat);void HariMain(void)
{（略）struct MOUSE_DEC mdec;（略）enable_mouse(&mdec);for (;;) {io_cli();if (fifo8_status(&keyfifo) + fifo8_status(&mousefifo) == 0) {io_stihlt();} else {if (fifo8_status(&keyfifo) != 0) {i = fifo8_get(&keyfifo);io_sti();sprintf(s, "%02X", i);boxfill8(binfo->vram, binfo->scrnx, COL8_008484,  0, 16, 15, 31);putfonts8_asc(binfo->vram, binfo->scrnx, 0, 16, COL8_FFFFFF, s);} else if (fifo8_status(&mousefifo) != 0) {i = fifo8_get(&mousefifo);io_sti();if (mouse_decode(&mdec, i) != 0) {/* 3字节都凑齐了，把它们都显示出来 */sprintf(s, "%02X %02X %02X", mdec.buf[0], mdec.buf[1], mdec.buf[2]);boxfill8(binfo->vram, binfo->scrnx, COL8_008484, 32, 16, 32 + 8 * 8 - 1, 31);putfonts8_asc(binfo->vram, binfo->scrnx, 32, 16, COL8_FFFFFF, s);}}}}
}void enable_mouse(struct MOUSE_DEC *mdec)
{/* 鼠标有效 */wait_KBC_sendready();io_out8(PORT_KEYCMD, KEYCMD_SENDTO_MOUSE);wait_KBC_sendready();io_out8(PORT_KEYDAT, MOUSECMD_ENABLE);/* 顺利的话，ACK(0xfa)会被送过来 */mdec->phase = 0; /* 等待0xfa的阶段 */return;
}int mouse_decode(struct MOUSE_DEC *mdec, unsigned char dat)
{if (mdec->phase == 0) {/* 等待鼠标0xfa的阶段 */if (dat == 0xfa) {mdec->phase = 1;}return 0;}if (mdec->phase == 1) {/* 等待鼠标第一字节的阶段 */mdec->buf[0] = dat;mdec->phase = 2;return 0;}if (mdec->phase == 2) {/* 等待鼠标第二字节的阶段 */mdec->buf[1] = dat;mdec->phase = 3;return 0;}if (mdec->phase == 3) {/* 等待鼠标第三字节的阶段 */mdec->buf[2] = dat;mdec->phase = 1;return 1;}return -1; /* 应该不可能到这里来 */
}

我们创建了一个结构体MOUSE_DEC（DEC是decode的缩写），将读取鼠标信息的各个变量都放在这个结构体里。因为鼠标已经激活了，在函数enable_mouse的最后，附加了将phase归零的处理，将读到的0xfa舍去。我们将读取鼠标信息的函数从HariMain函数里抽离出来，放到了mouse_decode函数里。

测试运行一下“make run”，没问题~

读取鼠标信息（harib05c）

首先对mouse_decode函数进行修改，bootpack.c节选：

struct MOUSE_DEC {unsigned char buf[3], phase;int x, y, btn;
};int mouse_decode(struct MOUSE_DEC *mdec, unsigned char dat)
{if (mdec->phase == 0) {/* 等待鼠标0xfa的阶段 */if (dat == 0xfa) {mdec->phase = 1;}return 0;}if (mdec->phase == 1) {/*  等待鼠标第一字节的阶段  */if ((dat & 0xc8) == 0x08) {/* 如果第一字节正确 */mdec->buf[0] = dat;mdec->phase = 2;}return 0;}if (mdec->phase == 2) {/* 等待鼠标第二字节的阶段 */mdec->buf[1] = dat;mdec->phase = 3;return 0;}if (mdec->phase == 3) {/* 等待鼠标第三字节的阶段 */mdec->buf[2] = dat;mdec->phase = 1;mdec->btn = mdec->buf[0] & 0x07;mdec->x = mdec->buf[1];mdec->y = mdec->buf[2];if ((mdec->buf[0] & 0x10) != 0) {mdec->x |= 0xffffff00;}if ((mdec->buf[0] & 0x20) != 0) {mdec->y |= 0xffffff00;}mdec->y = - mdec->y; /* 鼠标y的方向与画图符号相反 */return 1;}return -1; /* 应该不可能到这里来 */
}

结构体里增加的变量用于存放读取的鼠标信息，这些变量分别是x、y、btn，分别用于存放移动信息和鼠标按键状态。x和y需要使用第一字节中对鼠标移动有反应的几位，将x和y的第8位及之后全部设备1,就能正确读取x和y了。在最后对符号y进行了取反操作，鼠标与屏幕的y方向正好相反，为了保持一致对y符号进行了取反操作。这样读取鼠标信息的部分就完成了，我们再来修改一下显示部分。

HariMain节选：

} else {if (fifo8_status(&keyfifo) != 0) {i = fifo8_get(&keyfifo);io_sti();sprintf(s, "%02X", i);boxfill8(binfo->vram, binfo->scrnx, COL8_008484,  0, 16, 15, 31);putfonts8_asc(binfo->vram, binfo->scrnx, 0, 16, COL8_FFFFFF, s);} else if (fifo8_status(&mousefifo) != 0) {i = fifo8_get(&mousefifo);io_sti();if (mouse_decode(&mdec, i) != 0) {/* 数据的3个字节都齐了，显示出来吧 */sprintf(s, "[lcr %4d %4d]", mdec.x, mdec.y);if ((mdec.btn & 0x01) != 0) {s[1] = 'L';}if ((mdec.btn & 0x02) != 0) {s[3] = 'R';}if ((mdec.btn & 0x04) != 0) {s[2] = 'C';}boxfill8(binfo->vram, binfo->scrnx, COL8_008484, 32, 16, 32 + 15 * 8 - 1, 31);putfonts8_asc(binfo->vram, binfo->scrnx, 32, 16, COL8_FFFFFF, s);}}

最后的三个if语句中的第一个if语句可以理解为，如果mdec.btn的最低位是1，就将小写字符置换成大写字符。

make run一下看看——

运行正常，我们移动一下鼠标。

点击一下鼠标：

移动鼠标（harib05d）

我们修改一下图形显示部分，让鼠标指针在屏幕上动起来。

HariMain节选：

} else if (fifo8_status(&mousefifo) != 0) {i = fifo8_get(&mousefifo);io_sti();if (mouse_decode(&mdec, i) != 0) {/* 数据的3个字节都齐，显示出来 */sprintf(s, "[lcr %4d %4d]", mdec.x, mdec.y);if ((mdec.btn & 0x01) != 0) {s[1] = 'L';}if ((mdec.btn & 0x02) != 0) {s[3] = 'R';}if ((mdec.btn & 0x04) != 0) {s[2] = 'C';}boxfill8(binfo->vram, binfo->scrnx, COL8_008484, 32, 16, 32 + 15 * 8 - 1, 31);putfonts8_asc(binfo->vram, binfo->scrnx, 32, 16, COL8_FFFFFF, s);/* 鼠标指针的移动 */boxfill8(binfo->vram, binfo->scrnx, COL8_008484, mx, my, mx + 15, my + 15); /* マウス消す */mx += mdec.x;my += mdec.y;if (mx < 0) {mx = 0;}if (my < 0) {my = 0;}if (mx > binfo->scrnx - 16) {mx = binfo->scrnx - 16;}if (my > binfo->scrny - 16) {my = binfo->scrny - 16;}sprintf(s, "(%3d, %3d)", mx, my);boxfill8(binfo->vram, binfo->scrnx, COL8_008484, 0, 0, 79, 15); /* 隐藏坐标 */putfonts8_asc(binfo->vram, binfo->scrnx, 0, 0, COL8_FFFFFF, s); /* 显示坐标 */putblock8_8(binfo->vram, binfo->scrnx, 16, 16, mx, my, mcursor, 16); /* 描画鼠标 */}}

鼠标指针移动部分，先是隐藏鼠标指针。然后在鼠标指针的坐标上，加上得到的位移量。这里不能让鼠标指针跑到屏幕外面，进行了调整。

运行一下make run——

经历了GDT/IDT/PIC初始化、使用栈、FIFO缓冲区、处理键盘后，鼠标指针终于完成了！还挺有成就感的。

但是最后还是有点问题，还是留到后面解决吧。

分析asmhead.nas

我们之前一直都没有说明asmhead.nas中的程序，现在正好具体看一下。

asmhead.nas节选：

; PIC关闭一切中断
;   根据AT兼容机的规格、如果要初始化PIC
;   必须在CLI之前进行，否则有时会挂起
;   随后进行PIC的初始化MOV      AL,0xffOUT      0x21,ALNOP                      ; 如果连续执行OUT指令，有些机种会无法正常运行OUT     0xa1,ALCLI                      ; 禁止CPU级别的中断

上面的程序等同于以下内容的C程序：

io_out(PIC0_IMR,0xff); /*禁止主PIC的全部中断*/
io_out(PIC1_IMR,0xff); /*禁止从PIC的全部中断*/
io_cli(); /*禁止CPU级别的中断*/

如果CPU进行模式转换时进来了中断信号，会带来麻烦。PIC初始化时也不允许有中断发生，因此我们把中断全部屏蔽掉。

NOP指令什么都不做，只是让CPU休息一个时钟周期。

; 为了让CPU能够访问1MB以上的内存空间，设定A20GATECALL  waitkbdoutMOV       AL,0xd1OUT      0x64,ALCALL waitkbdoutMOV       AL,0xdf         ; enable A20OUT     0x60,ALCALL waitkbdout

上段程序等同于下面的C语言程序：

#define KEYCMD_WRITE_OUTPORT 0xd1
#define KBC_OUTPORT_A20G_ENABLE 0xdf/* A20GATE的设定 */
wait_KBC_sendready();
io_out8(PORT_KEYCMD,KEYCMD_WRITE_OUTPORT);
wait_KBC_sendready();
io_out8(PORT_KEYCMD,KEYCMD_OUTPORT_A20G_ENABLE);
wait_KBC_sendready(); /*这句话是为了等待完成执行指令*/

程序的基本结构与init_keyboard完全相同，功能只是往键盘控制电路发送指令。

这里发送的指令，是指令键盘控制电路的附属端口输出0xdf。

通过这个连接主板上很多地方的附属端口，发送不同的指令，就可以实现各种各样的控制功能。

输出0xdf所要完成的功能，是让A20GATE信号线变成ON的状态，A20GATE信号线是使得内存1MB以上的部分变成可使用状态。

"wait_KBC_sendready();"是为了等待A20GATE的处理切实完成。

; 切换到保护模式[INSTRSET "i486p"]                ; “想要使用486指令”的叙述LGDT    [GDTR0]         ; 设定临时GDTMOV        EAX,CR0AND      EAX,0x7fffffff  ; 设bit31为0（为了禁止分页）OR      EAX,0x00000001  ; 设bit0为1（为了切换到保护模式）MOV       CR0,EAXJMP      pipelineflush
pipelineflush:MOV       AX,1*8          ;  可读写的段 32bitMOV       DS,AXMOV        ES,AXMOV        FS,AXMOV        GS,AXMOV        SS,AX

INSTRSET指令，是为了能够使用386以后的LGDT、EAX、CR0等关键字。

LGDT指令，是把任意的GDT读进来。

CR0(control register 0)是一个非常重要的寄存器，只有操作系统才能操作它。

保护模式与先前的16位模式不同，段寄存器的解释操作系统受到CPU的保护，因此成为保护模式。保护模式分为两种，一种是带保护的16位模式，另一种是带保护的32位模式，我们使用的是，带保护的32位模式。在变成保护模式之后，有些地方会发生变化。变化之一是机器语言的解释方式变了。

也就是说，前一条指令还在执行的时候就开始解释下一条指令了，但是因为模式变了，就需要重新解释一遍，因此使用JMP指令。另一个变化是段寄存器的含义，不再是乘以16以后再加算的意思，而是除了CS以外所有段寄存器的值都从0x0000变成了0x0008（相当于“gdt+1”的段）。CS保持不变是为了避免混乱。

asmhead.nas节选

; bootpack的传送MOV     ESI,bootpack    ; 传送源MOV        EDI,BOTPAK      ; 传送目的地MOV      ECX,512*1024/4CALL  memcpy; 磁盘数据最终转送到它本来的位置去; 首先从启动扇区开始MOV      ESI,0x7c00      ; 传送源MOV        EDI,DSKCAC      ; 传送目的地MOV      ECX,512/4CALL   memcpy; 所有剩下的MOV        ESI,DSKCAC0+512    ; 传送源MOV        EDI,DSKCAC+512 ; 传送目的地MOV      ECX,0MOV        CL,BYTE [CYLS]IMUL  ECX,512*18*2/4  ; 从柱面数变为字节数/4SUB        ECX,512/4       ; 减去IPLCALL memcpy

上边的程序也可以类似写成如下的C语言程序：

memcpy(bootpack, BOTPAK,     512*1024/4);
memcpy(0x7c00,      DSKCAC,     512/4);
memcpy(DSKCAC0+512, DSKCAC+512,   cyls*512*18*2/4-512/4);

函数memcpy是复制内存的函数，语法如下：

memcpy（转送源地址，转送目的地址，转送数据的大小）；

转送数据大小是以双字节为单位，因此数据大小用字节数除以4来指定。

中间一条程序：

memcpy(0x7c00,       DSKCAC,     512/4);

DSKCAC是0x00100000,上句的含义是从0x7c00复制到512字节，正好是将启动扇区复制到1MB以后的内存中去。

下一条：

memcpy(0x7c00,       DSKCAC,     512/4);

就是讲开始于0x00008200的磁盘内容，复制到0x00100200里。

第一条：

memcpy(bootpack, BOTPAK,     512*1024/4);

这句是将bootpack.hrb复制到0x00280000号地址的处理。

接着往后看，

asmhead.nas节选：

; 必须由asmhead来完成的工作，至此全部完毕
; 以后就交由bootpack来完成 ; bootpack的启动MOV     EBX,BOTPAKMOV       ECX,[EBX+16]ADD        ECX,3           ; ECX += 3;SHR        ECX,2           ; ECX /= 4;JZ      skip            ; 没有要转送的东西时MOV      ESI,[EBX+20]   ; 转送源ADD        ESI,EBXMOV      EDI,[EBX+12]   ; 转送目的地CALL memcpy
skip:MOV        ESP,[EBX+12]   ; 栈初始值JMP       DWORD 2*8:0x0000001b

SHR指令是向右移位指令。

JS（jump if zero）是条件跳转指令，根据前面的结果是否为0来决定是否跳转，为0就跳转。

asmhead.nas节选：

waitkbdout:IN         AL,0x64AND      AL,0x02JNZ     waitkbdout      ; AND的结果如果不是0，就跳到waitkbdoutRET

它与wait_KBC_sendready相同，添加了从0x60号设备进行IN的处理内容。也就是说，如果控制器里有键盘代码或者鼠标代码，就把他们读出来。

asmhead.nas节选：

     ALIGNB  16
GDT0:RESB   8               ; NULL selectorDW       0xffff,0x0000,0x9200,0x00cf ; 可以读写的段（segment）32bitDW      0xffff,0x0000,0x9a28,0x0047 ; 可以执行的段（segment）32bit（bootpack用）DW     0
GDTR0:DW        8*3-1DD     GDT0ALIGNB  16
bootpack:

ALIGB指令，意思是一直添加DBO，直到时机合适为止。这里如果最初地址能被16整除，ALIGB指令不做任何处理。

GDT0也是一个特别的指令，0号是空区域（null sector）,不能在那里定义段。

到此为止，asmhead.nas的说明就结束了。

在最初，GDT在asmhead.nas里，而不在0x00270000~0x0027ffff。

这时IDT没有设定，仍处于中断禁止状态，这时应该放开中断接收数据。

因此在HariMain里，在调色版palette初始化和画面准备之前，先重新创建GDT和IDT，初始化PIC，并执行“io_sti()”。

HariMain函数节选：

void HariMain(void)
{struct BOOTINFO *binfo = (struct BOOTINFO *) ADR_BOOTINFO;char s[40], mcursor[256], keybuf[32], mousebuf[128];int mx, my, i;struct MOUSE_DEC mdec;init_gdtidt();init_pic();io_sti(); /* IDT/PIC的初始化已经完成，于是开放CPU中断 */fifo8_init(&keyfifo, 32, keybuf);fifo8_init(&mousefifo, 128, mousebuf);io_out8(PIC0_IMR, 0xf9); /* 开放PIC1和键盘中断(11111001) */io_out8(PIC1_IMR, 0xef); /* 开放鼠标中断(11101111) */init_keyboard();init_palette();init_screen8(binfo->vram, binfo->scrnx, binfo->scrny);

最后看一下目前系统的内存分布图——

https://gitee.com/mint1993/myos.git