30天自制操作系统——第四天使用C语言制作操作系统进度条

昨天已经让画面显示黑屏了，但是黑屏太没意思，今天来让画面画点东西吧。

今天的任务还是比较有趣的，主要包括内存写入、画面显示条纹图案、设定色号、绘制矩形，最后制作一个进度条。

每个大标题下的代码，都在文末的资源里，可自行下载实验。

内存写入(harib01a)

想要在画面上画东西，只要往VRAM里写点东西就可以了。

那什么是VRAM呢？

上一篇的最后已经用到了VRAM，不过没有做详细的讲解。

VRAM指的是显卡内存（video RAM）,就是可以用来显示画面的内存。这一块内存可以像内存一样存储数据，它的各个地址都对应着画面上的像素。我们可以利用这个机制在画面上绘制各种各样的图案。

VRAM分布在内存分布图好几个不同的地方，不同画面模式的像素不一样，切换不同的画面模式，会使用不同VRAM，即不同画面模式可以使用的内存也不一样，我们预先把要使用的VRAM地址保存在BOOT_INFO里。

我们先来创建一个直接写入指定内存地址的语句，修改一下naskfunc.nas:

_write_mem8: ; void write_mem8(int addr, int data);MOV       ECX,[ESP+4]        ; [ESP+4]中存放的是地址，将其读入ECXMOV     AL,[ESP+8]     ; [ESP+8]中存放的是数据，将其读入ALMOV      [ECX],ALRET

这个函数类似于C语言中的“write_mem8(0x1234,0x56)”，汇编语言中的“MOV BYTE[0x1234],0x56”。

在naskfunc.nas开头增加了一行INSTRSET指令的语句，它用来告诉nask这个是给486型号的CPU用的。

[INSTRSET "i486p"]             ;

汇编部分已经准备好了，下面来修改一下C语言吧，这次导入了变量，bootpack.c内容修改如下：

void io_hlt(void);
void write_mem8(int addr, int data);void HariMain(void)
{int i; /* 变量声明：i是一个32位整数 */for (i = 0xa0000; i <= 0xaffff; i++) {write_mem8(i, 15); /* MOV BYTE [i],15 */}for (;;) {io_hlt();}
}

下一步用make run命令生成 haribote.img，使用该映像文件启动，画面显示了白屏。

这里画面显示为什么是白屏呢？

因为VRAM全部都写入了15，这意味着全部像素颜色都是第15种颜色，而第15种颜色碰巧是纯白，所以画面就显示了白屏。

画面显示条纹图案（harib01b）

不论是黑屏还是白屏，都过于单调了，下面我们就来显示有条纹的图案吧。

稍微改动一下bootpack.c就可以了：

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

将写入的值由15改成了i&0x0f，“&”符号是位运算的一种。

这里顺便来复习一下位运算的内容吧——

1.“&”：按位与运算，相同位都为1,则为1；若有一个不为1，则为0。

例：00101&11100 = 00100。

2.“|”：按位或运算，相同位只要有一个为1，即为1。

例：00101&11100 = 11100。

3.“^”：异或运算，相同位相等为0，不相等为1。

例：00101&11100 = 11001。

4.“~”：取反运算，0变1，1变0。

例：~00101 = 11010。

5.“<<”：左移运算，各二进制位全部左移若干位，高位丢弃，地位补0。

例：1<<3 = 8。

6.“>>”：右移运算，各二进制位全部右移若干位，对于无符号数，高位补0；对于有符号数，有的补符号位，有的补0。

例：16>>3 = 2。

运行一下make run，使用生成的映像文件启动，就出现了下面的条纹图案：

显示条纹图案C语言版（harib01e）

C语言中有直接指定内存地址的语句，那就是指针。相信很多同学在大学学习C语言课程的时候，对指针都比较头疼的。

现在我们要用指针替代 write_mem8函数，C语言指针的内容这里就不复习了，忘记的同学可以翻阅课本。

我们再把bootpak.c文件改写一下：

void io_hlt(void);void HariMain(void)
{int i; /* 变量声明，变量i是32位整数 */char *p; /* 变量p，用于BYTE型地址 */p = (char *) 0xa0000; /* 将地址赋值进去 */for (i = 0; i <= 0xffff; i++) {p[i] = i & 0x0f;}for (;;) {io_hlt();}
}

make run一下，依然显示条纹图案。

设定色号（harib01f）

接下来我们要描绘一个操作系统的画面，在这之前我们要先处理颜色问题。我们使用的是320×200的8位颜色模式，色号使用8位的二进制数。

该模式制定0~255的数字，每个数字对应一种颜色，比如25号颜色对应#ffffff,26号颜色对应#123456，这种方式称为调色板（palette）。

事实上绘制一个操作系统，不需要太多种颜色，十几种颜色就够了。这次我们使用16种颜色，并编上号码0-15：

这里需要给bootpack.c添加很多代码：

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);/* 就算写在同一个源文件里，如果想在定义前使用，还是必须事先声明一下。 */void init_palette(void);
void set_palette(int start, int end, unsigned char *rgb);void HariMain(void)
{int i; /* 声明变量，变量i是32位整数型 */char *p; /* 变量p是BYTE[...]用的地址 */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:亮红 */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;
}

make run 一下，再使用生成的映像文件启动，仔细看哦，这里颜色变了。

绘制矩形（harib01g）

现在我们要着手在画面上画一个矩形，在当前画面模式中，画面上有320×200=64000个像素，假设左上点的坐标是（0，0），右下点的坐标是（319，319），那么像素坐标（x,y）对应的VRAM地址可按下式计算：

0xa0000 + x + y * 320

依据上面计算像素的地址，往该地址的内存里存放某种颜色的号码，那么画面上该像素位置就会出现相应的颜色。

根据这个思路我们制作了函数boxfill8，用它来画三个矩形，下面源程序是bootpack.c（harib01g）节选：

boxfill8函数：

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;
}

HariMain函数：

void HariMain(void)
{char *p; init_palette();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();}
}

启动虚拟机，画面上显示三个矩形：

制作一个进度条（harib01h）

使用上面画矩形的方法，来制作一个进度条，只修改HariMain函数：

void HariMain(void)
{char *vram;int xsize, ysize;init_palette();vram = (char *) 0xa0000;xsize = 320;ysize = 200;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();}
}

make run一下，看一下执行结果——

这应该是我见过的最大的进度条了（笑）。

今天是大有进步呢，开始有点操作系统的样子了，明天继续啦~

差点忘了，附上今天的资源：
链接：https://pan.baidu.com/s/1kiHmP5_ZCYa31tAePC2IgA
提取码：wnm1