30天自制操作系统（day5）

第5天：结构体、文字显示与GDT/IDT初始化

**一、实验主要内容
1、内容1：**接收启动信息
在原先的bookpack.c中，都是将0xa0000，320，200等数字直接写入程序，但这些值本来应该从asmhead.nas先前保存下来的值取，否则当画面模式改变时，系统就不能正常运行。采用指针去除上述数值：

这里的0x0ff4之类的地址是为了与asmhead.nas保持一致才出现的。

**2、内容2：**试用结构体
采用结构体来简化程序，减少代码的行数

结构体命令将一串变量的声明集中起来，统一叫做“struct BOOTINFO”。最初是一字节的变量cyls，接着是1字节的变量leds，最后是vram。所有变量一共是12字节。
info指针指向地址0x0ff0是结构体的起始地址，结构体内的地址则依次按其类型增加。所以可以不用直接使用内存地址，而是使用*binfo来表示这个内存地址上12个字节的结构体。有了上述声明，“struct BOOTINFO”便可以作为一个新的变量类型，可以像int、char一样使用。*binfo便是这种类型的变量，其是一个4字节的变量。为了表示其中的scrnx，可以使用（*binfo）.scrnx写法。
在这里定义了一个新结构体变量，然后再给这个结构体变量的各个元素赋值。结构体的好处是可以将各个元素一起传递。如果没有结构体，就只能将各个参数一个一个传递。

3、内容3：试用箭头记号
在这里可以使用一种不是使用括号的省略表现形式，即binfo->scrnx来表示类似于（*binfo）.scrnx的表现手法，也就是所谓的箭头标记形式。

这样可以使代码更加清晰。（实际上就是结构体使用的时候不同的语法形式罢了）

4、内容4：显示字符
实现在画面上写字，之前显示字符主要靠调用bios函数，但这次是32位模式，不能再使用bios。字符可以用8x16的长方形像素点阵来表示。将点阵中的数据置换成0或者1，8位是一个字节，而1个字符是16字节。如图：

将这些数据称之为字体数据，并将0、1排列重写成十六进制的数并存储下来。用for语句将画8个像素的程序循环16遍，便可以显示一个字符了。


以第2行为例，00011000分别与上0x80-0x01，即判断8位上是否有1，如果有1，便将色号存储到该点的内存中。这样便可以显示出相应的字符了。结果如下：

**5、内容5：**增加字体
如果要显示更多的字符，用上述方法太麻烦，于是便引入OSASK的字体数据。
首先将hankaku.txt添加到源程序中，其的内容如下：

由于这既不是C语言也不是汇编语言，因此需要一个专用的编辑器。这里基本上是一个256的ASCII码表。其将上面的文本文件（256个字符的字体文件）读进来，然后输出成16x256=4096字节的文件。
编译生成hankaku.bin文件，并为其加上连接所必需的接口信息，将其变成目标文件。像这种在源程序以外准备的数据，需要加上extern属性，这样，c编译器便能够知道它是外部数据，并在编译时做出相应调整。


OSASK的字体数据，依照一般的ASCII字符编码，含有256个字符。A的字符编码是0x41，因此A的字体数据，放在自“hankaku+0x41*16”开始的16字节里。C语言中的A字符编码可以用‘A’来表示，所以也可以写成“hankaku+‘A’*16”。

结果如下：

**6、内容6：**显示字符串
通过设计显示函数来显示字符串：

为什么x要加8？
因为每显示一个字符，x方向上需要右移一位来显示接下来的字符。
在这里，所谓的字符串是指按顺序排列在内存中，末尾加上0x00而组成的字符编码，s是指字符串前头的地址，而使用*s就可以读取字符编码。

实验结果：

**7、内容7：**显示变量值
当程序运行与想象中不一致时，可以选择将可疑变量的值显示出来以做对比。
那怎样才可以显示变量的值呢？
在这里可以选择使用sprintf函数，其是printf函数的同类，与printf函数的功能很相近。但与printf不同的是，其并不是按指定格式输出，只是将输出内容作为字符串写在内存中。
这个sprintf函数，是本次使用的名为GO的C编译器附带的函数，其只对内存进行操作，但能不适用操作系统的任何功能，因此其可以应用与所有的操作系统。要在C语言中使用sprintf函数，需要在源程序的开头写上# include <stdio.h>。
Sprintf函数的使用方法是：sprintf（地址，格式，值，值，值…）。这里的地址是指定所生成字符串的存放地址。格式基本上是单纯单纯额的字符串，如果有%d这类的符号，就置换成后面的值的内容。%d将数值作为十进制数转化为字符串。

这里相当于是把scrnx = binfo->scrnx这个字符串放到了s内存地址的位置，格式基本上是单纯的字符串，然后通过调用putfonts8_asc函数，依次将从s地址开始的内存部分的数据以char的形式进行输出，直到地址位置的内容为空。

实验结果：

**8、内容8：**显示鼠标指针
首先将鼠标指针的大小定为16x16，准备16x16=256字节的内存，然后往里面写入鼠标指针的数据。

当读取遇到*号时，向指定内存中填入黑色，当遇到O号时，向指定内存填土白色，当遇到. 号时，向指定内存中填入背景色。要将背景色显示出来，需要制作一个将buf中的数据复制到vram中的函数。

这里的vram和vxsize是关于VRAM的信息，他们的值分别是0xa0000和320.pxsize和pysize是想要显示的图形的大小，鼠标指针的大小是16x16，因此这两个值都是16.px0和py0指定图形在画面上的显示位置。Buf和bxsize分别指定图形的存放地址和每一行含有的像素数。

首先进行初始化，然后通过mx和my确定鼠标的位置，再调用init_mouse_cursor8函数将鼠标的显示图形初始化，再通过调用putblock8_8函数将鼠标进行打印，再通过sprintf函数将mx和my这两个坐标写入内存中，通过调用putfonts8_asc函数将坐标在左上角进行打印。

**9、内容9：**GDT和IDT的初始化
如何才能使设计的鼠标可以移动呢？
首先需要将GDT和IDT初始化，但什么是GDT和IDT呢？
GDT与IDT都是与CPU有关的设定，为了让操作系统能够使用32模式，需要对CPU做各种设定。为了能使操作系统同时运行多个程序，但又要避免内存的使用范围重叠。解决这种问题的方法便是分段。
所谓分段就是将合计4GB的内存分成很多块，每一块的起始地址都看作0来处理。按这种分段方法，为了表示一个段，需要有以下信息。
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）
CPU用8个字节（=64）的数据来表示这些信息。但用于指定段的寄存器只有16位，因此模仿图像调色板的做法，先有一个段号，存放在段寄存器里，然后预先设定好段号与段的对应关系。段号可以用0-8191的数。
但为什么段号只可以用0-8191的数呢？
因为段寄存器是16位，本来应该能处理0-65535范围的数，但由于CPU设计上的原因，段寄存器的低3位不能使用，因此能够使用的段号只有13位，能够处理的就只有位于0-8191的区域了。8192*8=64kb，所以占据64kb的空间。
GDT是全局段号记录表，将这些数据整齐地排列排列按在内存的某个地方，然后将内存的起始地址和有效设定个数放在CPU内被称作GDTR的特殊寄存器中。
IDT是中断记录表，当CPU遇到外部状况变化，或者是内部偶然发生某些错误时，会临时切换过去处理这种突发事件，这就是中断。
什么是中断机制？
各个设备有变化时产生中断，中断发生后，CPU暂时停止正在处理的任务，并做好接下来能够继续处理的准备，转而执行中断程序。中断程序执行完以后，再调用事先设定好的函数，返回处理中的任务。IDT记录了0-255的中断号码与调用函数的对应关系。

变量gdt被赋值为0x00270000，也就是将0x270000-0x27ffff设为GDT。
变量idt也是一样，IDT被设为0x26f800-0x26ffff。
接下来对段号为1和2的两个段进行设定，段号为1的段，上限值为0xffffffff即大小正好是4GB，地址是0，它表示CPU所能管理的全部内存，段属性设为0x4092，为可读可写不可执行。段号为2的段，其大小是512KB，地址是0x280000，其表示的范围为0x280000-0x280000+0x070000。实际上第二段就是我们的type.c，即os，对应的是应该0x409a为可读不可写可执行属性。
Load_gdtr是通过汇编语言来给GDTR赋值。
运行之后，haribote.sys中已经有7632字节了。

二、遇到的问题及解决方法
1、问题1：
CPU是如何查找GDT的？
解决方法：利用了一个叫GDTR的寄存器，GDTR中高32位表示GDT在内存中的基地址，低16位表示表界限，所以就明确的给出了GDT在内存中的存储信息。
2、问题2：
注册IDT时，函数中声明的变量是什么意思？
void set_gatedesc(struct GATE_DESCRIPTOR *gd, int offset, int selector, int ar)
解决方法：struct GATE_DESCRIPTOR _gd–表示要注册的IDT位置
int offset–偏移（这个偏移是在代码段中的偏移）
int selector–对应的段描述符的选择子
如果想要调用该函数，只需要向下述例子一样即可。
set_getdesc(idt+0x21,(int)asm_inthandler21,2_8,AR_INTGATE32)

三、程序设计创新点
能不能控制字号？
能不能控制颜色？
能不能弄成蹦迪？？？