《Linux内核设计的艺术:图解Linux操作系统架构设计与实现原理》——2.7 与建立人机交互界面相关的外设的中断服务程序挂接-阿里云开发者社区

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《Linux内核设计的艺术:图解Linux操作系统架构设计与实现原理》——2.7 与建立人机交互界面相关的外设的中断服务程序挂接

简介: 本节书摘来自华章计算机《Linux内核设计的艺术:图解Linux操作系统架构设计与实现原理》一书中的第2章,第2.7节,作者:新设计团队著, 更多章节内容可以访问云栖社区“华章计算机”公众号查看。

2.7 与建立人机交互界面相关的外设的中断服务程序挂接

Linus在操作系统源代码中本来设计了chr_dev_init()函数,明显是要用这个函数初始化字符设备,但我们可以看到这是一个空函数。Linus又设计了tty_init()函数,内容就是初始化字符设备。有人解释tty是teletype。
字符设备的初始化为进程与串行口(可以通信、连接鼠标……)、显示器以及键盘进行I/O通信准备工作环境,主要是对串行口、显示器、键盘进行初始化设置,以及与此相关的中断服务程序与IDT挂接。在tty_init()函数中,先调用rs_init()函数来设置串行口,再调用con_init()函数来设置显示器,具体执行代码如下:

//代码路径:init/main.c:
void main(void)
{
    …
    tty_init();
    …
}
//代码路径:kernel/chr_dev/tty_io.c:
void tty_init(void)
{
    rs_init();
    con_init()
}

2.7.1 对串行口进行设置
把两个串行口中断服务程序与IDT相挂接,然后根据tty_table数据结构中的内容对这两个串行口进行初始化设置,包括设置线路控制寄存器的DLAB 位、设置发送的波特率因子、设置DTR和RTS……最后,允许主8259A 芯片的IRQ3和IRQ4 发送中断请求。
挂接的具体过程及挂接后的效果如图2-13所示。
执行代码如下:

//代码路径:kernel/chr_dev/serial.c:
void rs_init(void)
{
    set_intr_gate(0x24,rs1_interrupt);    //设置串行口1中断,参看2.5
    set_intr_gate(0x23,rs2_interrupt);    //设置串行口2中断
    init(tty_table[1].read_q.data);    //初始化串行口1
    init(tty_table[2].read_q.data);     //初始化串行口2
    outb(inb_p(0x21)&0xE7,0x21);        //允许IRQ3,IRQ4
}

两个串行口中断处理程序与IDT的挂接函数set_intr_gate()与2.5中介绍过的set_trap_gate()函数类似,可参看前面对set_trap_gate()函数的讲解。它们的差别是set_trap_gate()函数的type是15(二进制的1111),而set_intr_gate()的type是14(二进制的1110)。

image

2.7.2 对显示器进行设置
根据机器系统数据提供的显卡是“单色”还是“彩色”来设置配套信息。由于在Linux 0.11那个时代,大部分显卡器是单色的,所以我们假设显卡的属性是单色EGA。那么显存的位置就要被设置为0xb0000~0xb8000,索引寄存器端口被设置为0x3b4,数据寄存器端口被设置为0x3b5,再将显卡的属性——EGA这三个字符,显示在屏幕上。另外,再初始化一些用于滚屏的变量,其中包括滚屏的起始显存地址、滚屏结束显存地址、最顶端行号以及最低端行号。效果如图2-14所示。

image

2.7.3 对键盘进行设置
对键盘进行设置是先将键盘中断服务程序与IDT相挂接,然后取消8259A中对键盘中断的屏蔽,允许IRQ1发送中断信号,通过先禁止键盘工作、再允许键盘工作,键盘便能够使用了。键盘中断处理程序与IDT的挂接函数set_intr_gate()与前面讲解过的set_trap_gate()函数类似,参看对set_trap_gate()函数的讲解。
效果如图2-15所示。

image

执行代码如下:

//代码路径:kernel/chr_dev/console.c:
    …
#define ORIG_X            (*(unsigned char *)0x90000)
#define ORIG_Y            (*(unsigned char *)0x90001)
#define ORIG_VIDEO_PAGE        (*(unsigned short *)0x90004)
#define ORIG_VIDEO_MODE        ((*(unsigned short *)0x90006) & 0xff)
#define ORIG_VIDEO_COLS         (((*(unsigned short *)0x90006) & 0xff00) >> 8)
#define ORIG_VIDEO_LINES        (25)
#define ORIG_VIDEO_EGA_AX        (*(unsigned short *)0x90008)
#define ORIG_VIDEO_EGA_BX        (*(unsigned short *)0x9000a)
#define ORIG_VIDEO_EGA_CX        (*(unsigned short *)0x9000c)

#define VIDEO_TYPE_MDA        0x10 /* Monochrome Text Display    */
#define VIDEO_TYPE_CGA        0x11 /* CGA Display             */
#define VIDEO_TYPE_EGAM        0x20 /* EGA/VGA in Monochrome Mode    */
#define VIDEO_TYPE_EGAC        0x21 /* EGA/VGA in Color Mode        */

#define NPAR 16
    …
void con_init(void)
{
    register unsigned char a;
    char *display_desc= "????";
    char *display_ptr;

    video_num_columns= ORIG_VIDEO_COLS;//参看机器系统数据
    video_size_row= video_num_columns * 2;
    video_num_lines= ORIG_VIDEO_LINES;
    video_page= ORIG_VIDEO_PAGE; //参看机器系统数据
    video_erase_char= 0x0720;
    
    if (ORIG_VIDEO_MODE== 7)    /* Is this a monochrome display? */
    {
         video_mem_start= 0xb0000;
         video_port_reg= 0x3b4;
         video_port_val= 0x3b5;
         if ((ORIG_VIDEO_EGA_BX & 0xff) != 0x10) //参看机器系统数据
         {
               video_type= VIDEO_TYPE_EGAM;
               video_mem_end= 0xb8000;
               display_desc= "EGAm";
         }
         else
         {
               video_type= VIDEO_TYPE_MDA;
               video_mem_end    = 0xb2000;
               display_desc= "*MDA";
         }
    }
    else                        /* If not, it is color. */
    {
         video_mem_start= 0xb8000;
         video_port_reg    = 0x3d4;
         video_port_val    = 0x3d5;
         if ((ORIG_VIDEO_EGA_BX & 0xff) != 0x10) //参看机器系统数据
         {
               video_type= VIDEO_TYPE_EGAC;
               video_mem_end= 0xbc000;
               display_desc= "EGAc";
         }
         else
         {
               video_type= VIDEO_TYPE_CGA;
               video_mem_end= 0xba000;
               display_desc= "*CGA";
         }
    }

    /* Let the user known what kind of display driver we are using */
    
    display_ptr= ((char *)video_mem_start) + video_size_row - 8;
    while (*display_desc)
    {
         *display_ptr++= *display_desc++;
         display_ptr++;
    }
    
    /* Initialize the variables used for scrolling (mostly EGA/VGA)    */
    
    origin    = video_mem_start;
    scr_end    = video_mem_start + video_num_lines * video_size_row;
    top    = 0;
    bottom    = video_num_lines;

    gotoxy(ORIG_X,ORIG_Y);    //参看机器系统数据
    set_trap_gate(0x21,&keyboard_interrupt);//设置键盘中断,参看2.5节
    outb_p(inb_p(0x21)&0xfd,0x21);// 取消对键盘中断的屏蔽,允许IRQ1
    a=inb_p(0x61);
    outb_p(a|0x80,0x61);    // 禁止键盘工作
    outb(a,0x61);        //再允许键盘工作
}

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