C语言绘制系统界面
文章写于两年前的 MacBookAir(2015)
目前笔者为 MacBookPro M1 (抽查了部分 都运行正常)
Github项目地址: https://github.com/wdkang123/MyOperatingSystem
MacOS X86架构（x新版的arm架构的我没有 所以大家自行测试)
VirtualBox
C/C++环境 （Xcode必装）
1.简介
我们的目标是做出像windows那样具备舒心的图像用户界面那样的系统，所以在这一节，我们由字符模式切换入画面模式，初步体验下，那些绚丽多彩的图像界面是如何发展而成的。
2.代码部分
要想由字符模式转入图形模式，我们需要操作硬件，特别是向显卡发送命令，让其进入图形显示模式，就如同前面我们所做的，要操作硬件，一般需要使用BIOS调用，以下几行就是打开VGA显卡色彩功能的代码：
mov al, 0x13h mov ah, 0x00 int 0x10
其中al 的值决定了要设置显卡的色彩模式，下面是一些常用的模式设置：
0x03, 16色字符模式
0x12, VGA图形模式, 640 * 480 * 4位彩色模式，独特的4面存储模式
0x13, VGA图形模式, 320 * 200 * 8位彩色模式，调色板模式
0x6a, 扩展VGA图形模式， 800 * 600 * 4彩色模式
我们采用的是0x13模式，其中3202008 中，最后的数值8表示的是色彩值得位数，也就是我们可以用8位数值表示色彩，总共可以显示256种色彩。
2.1 汇编内核
%include "pm.inc" org 0x9000 jmp LABEL_BEGIN [SECTION .gdt] ; 段基址 段界限 属性 LABEL_GDT: Descriptor 0, 0, 0 LABEL_DESC_CODE32: Descriptor 0, SegCode32Len - 1, DA_C + DA_32 LABEL_DESC_VIDEO: Descriptor 0B8000h, 0ffffh, DA_DRW LABEL_DESC_VRAM: Descriptor 0, 0ffffffffh, DA_DRW LABEL_DESC_STACK: Descriptor 0, TopOfStack, DA_DRWA+DA_32 GdtLen equ $ - LABEL_GDT GdtPtr dw GdtLen - 1 dd 0 SelectorCode32 equ LABEL_DESC_CODE32 - LABEL_GDT SelectorVideo equ LABEL_DESC_VIDEO - LABEL_GDT SelectorStack equ LABEL_DESC_STACK - LABEL_GDT SelectorVram equ LABEL_DESC_VRAM - LABEL_GDT [SECTION .s16] [BITS 16] LABEL_BEGIN: mov ax, cs mov ds, ax mov es, ax mov ss, ax mov sp, 0100h mov al, 0x13 mov ah, 0 int 0x10 xor eax, eax mov ax, cs shl eax, 4 add eax, LABEL_SEG_CODE32 mov word [LABEL_DESC_CODE32 + 2], ax shr eax, 16 mov byte [LABEL_DESC_CODE32 + 4], al mov byte [LABEL_DESC_CODE32 + 7], ah ;set stack for C language xor eax, eax mov ax, cs shl eax, 4 add eax, LABEL_STACK mov word [LABEL_DESC_STACK + 2], ax shr eax, 16 mov byte [LABEL_DESC_STACK + 4], al mov byte [LABEL_DESC_STACK + 7], ah xor eax, eax mov ax, ds shl eax, 4 add eax, LABEL_GDT mov dword [GdtPtr + 2], eax lgdt [GdtPtr] cli ;关中断 in al, 92h or al, 00000010b out 92h, al mov eax, cr0 or eax , 1 mov cr0, eax jmp dword SelectorCode32: 0 [SECTION .s32] [BITS 32] LABEL_SEG_CODE32: ;initialize stack for c code mov ax, SelectorStack mov ss, ax mov esp, TopOfStack mov ax, SelectorVram mov ds, ax C_CODE_ENTRY: %include "write_vga.asm" io_hlt: ;void io_hlt(void); HLT RET SegCode32Len equ $ - LABEL_SEG_CODE32 [SECTION .gs] ALIGN 32 [BITS 32] LABEL_STACK: times 512 db 0 TopOfStack equ $ - LABEL_STACK
LABEL_DESC_VRAM, 这个描述符对应的内存起始地址是0，长度是0xffffffff，也就是我们把整个4G内存当做一段可读可写的内存，有了这个设置后，我们在C语言里就可以随意读写内存的任何地方。
LABEL_DESC_STACK 这个描述符用来设置一段可读可写的内存，它的起始地址是LABEL_STACK， 可以看到，程序通过语句：times 512 db 0 初始化了512字节的内存
C语言的运行，特别是函数调用时，是需要一个堆栈来传递参数的，所以为其配置一个堆栈
切记后边分配参数的时候 不可大于512 将会报错
void fun() { char buf[513]; }
2.2 C语言
write_ram.c:
void CMain(void) { int i; char*p = 0; for (i = 0xa0000; i <= 0xaffff; i++) { p = i; *p = i & 0x0f; } for(;;) { io_hlt(); } }
将指针P指向地址0xa0000, 这个地址正好就是vga显存地址，vga显存地址从0xa0000开始，直到0xaffff结束，总共64k.接着语句:
*p = i & 0x0f 将一个数值写入显存，这个值可以是0-256中任意一个数值，我们代码里是将i的最后4位作为像素颜色写入显存，这个值是任意的，大家可以随意设置。
2.3 进行编译（我在mac环境上 不是乌班图）
原课程老师是在乌班图上编译的（当然你也可以选择在乌班图上编译）
但我挑战一下 在mac上编译
这里 因为在06节上 我们已经配置了 交叉编译的环境
所以我就在mac本地配置了（我当前是MacOS BigSur 11.1 ）
下面我们一步一步来：(很重要！！)
首先 把C写的程序gcc编译走一波：
i386-elf-gcc -m32 -fno-asynchronous-unwind-tables -s -c -o write_vga.o write_vga.c
目录下会生成write_vga.o二进制文件 接着使用objconv（上节课里有 也可以自己编译一个版本）进行反汇编
把objconv拿到这个目录下（项目里 我会打包的）
./objconv -fnasm write_vga.o write_vga.asm
反汇编后代码如下:
; Disassembly of file: write_vga.o ; Thu Jan 28 14:44:02 2021 ; Mode: 32 bits ; Syntax: YASM/NASM ; Instruction set: 80386 global CMain: function extern io_hlt ; near SECTION .text align=1 execute ; section number 1, code CMain: ; Function begin push ebp ; 0000 _ 55 mov ebp, esp ; 0001 _ 89. E5 sub esp, 24 ; 0003 _ 83. EC, 18 mov dword [ebp-10H], 0 ; 0006 _ C7. 45, F0, 00000000 mov dword [ebp-0CH], 655360 ; 000D _ C7. 45, F4, 000A0000 jmp ?_002 ; 0014 _ EB, 16 ?_001: mov eax, dword [ebp-0CH] ; 0016 _ 8B. 45, F4 mov dword [ebp-10H], eax ; 0019 _ 89. 45, F0 mov eax, dword [ebp-0CH] ; 001C _ 8B. 45, F4 and eax, 0FH ; 001F _ 83. E0, 0F mov dl, al ; 0022 _ 88. C2 mov eax, dword [ebp-10H] ; 0024 _ 8B. 45, F0 mov byte [eax], dl ; 0027 _ 88. 10 inc dword [ebp-0CH] ; 0029 _ FF. 45, F4 ?_002: cmp dword [ebp-0CH], 720895 ; 002C _ 81. 7D, F4, 000AFFFF jle ?_001 ; 0033 _ 7E, E1 ?_003: call io_hlt ; 0035 _ E8, FFFFFFFC(rel) jmp ?_003 ; 003A _ EB, F9 ; CMain End of function SECTION .data align=1 noexecute ; section number 2, data SECTION .bss align=1 noexecute ; section number 3, bss
这里还不能直接拿来用 需要处理一下
在上面代码中去掉以section开始的指令 这些指令会影响我们把当前汇编结合入内核kerne.asm.
同时去掉开头的两句：
global CMain: function extern io_hlt
处理后变成：(为了防止弄错 留个对照)
; Disassembly of file: write_vga.asm ; Thu Jan 28 14:37:46 2021 ; Mode: 32 bits ; Syntax: YASM/NASM ; Instruction set: 80386 CMain: ; Function begin push ebp ; 0000 _ 55 mov ebp, esp ; 0001 _ 89. E5 sub esp, 24 ; 0003 _ 83. EC, 18 mov dword [ebp-10H], 0 ; 0006 _ C7. 45, F0, 00000000 mov dword [ebp-0CH], 655360 ; 000D _ C7. 45, F4, 000A0000 jmp ?_002 ; 0014 _ EB, 16 ?_001: mov eax, dword [ebp-0CH] ; 0016 _ 8B. 45, F4 mov dword [ebp-10H], eax ; 0019 _ 89. 45, F0 mov eax, dword [ebp-0CH] ; 001C _ 8B. 45, F4 and eax, 0FH ; 001F _ 83. E0, 0F mov dl, al ; 0022 _ 88. C2 mov eax, dword [ebp-10H] ; 0024 _ 8B. 45, F0 mov byte [eax], dl ; 0027 _ 88. 10 inc dword [ebp-0CH] ; 0029 _ FF. 45, F4 ?_002: cmp dword [ebp-0CH], 720895 ; 002C _ 81. 7D, F4, 000AFFFF jle ?_001 ; 0033 _ 7E, E1 ?_003: call io_hlt ; 0035 _ E8, FFFFFFFC(rel) jmp ?_003 ; 003A _ EB, F9 ; CMain End of function
接着 我们通过nasm进行编译
nasm -o kernel.bat kernel.asm
运行后生成了kernel.bat
这里我们注意 因为代码变大了 所以我们在运行的java的时候发现（控制台输出）：
Load file kernel.bat to floppy with cylinder: 1 and sector:2 Load file kernel.bat to floppy with cylinder: 1 and sector:3
发现一个扇区已经不够用了（此时在boot.asm中 我们只读了一个扇区）
所以要修改一下boot.asm
(下面是代码片段)
readFloppy: mov CH, 1 ;CH 用来存储柱面号 mov DH, 0 ;DH 用来存储磁头号 mov CL, 2 ;CL 用来存储扇区号 mov BX, LOAD_ADDR ; ES:BX 数据存储缓冲区 mov AH, 0x02 ; AH = 02 表示要做的是读盘操作 mov AL, 2 ; AL 表示要练习读取几个扇区 mov DL, 0 ;驱动器编号，一般我们只有一个软盘驱动器，所以写死 ;为0 INT 0x13 ;调用BIOS中断实现磁盘读取功能 JC fin jmp LOAD_ADDR
这里改成2
mov AL, 2 ; AL 表示要练习读取几个扇区
接着nasm编译一下boot.asm
最后运行java程序 生成system.img
Load file boot.bat to floppy with cylinder: 0 and sector:1 Load file kernel.bat to floppy with cylinder: 1 and sector:2 Load file kernel.bat to floppy with cylinder: 1 and sector:3
这样我们就完成了在mac上进行编译
而不用在ubuntu上
将img装载运行：
