《操作系统30天》-合川秀实-学习日志day8

清疚 2022-03-26 06:36 82阅读 0赞

# 第8天：鼠标控制与32位模式切换 #

## 鼠标解读 ##

修改的harimain：

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) {
    					/* 等待鼠标的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;
    					/* 鼠标的三个字节都齐了，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);
    				}
    			}
    		}
    	}

*  这段程序吧最初读到的0xfa舍弃，接受鼠标送来的3个字节，显示再屏幕上。变量mouse\_phase用来接收鼠标数据工作进展，接收到的数据放在mouse\_dbuf\[0-2\]内。

相当于做以下处理：

![20190118085113547.png][]

*  运行的时候移动或者滚动鼠标，会有不同的值显示。比如“08 12 34”“08”部分是mouse\_dbuf\[0\]的0那一位，在0-3的范围内变化，如果只移动鼠标“8”不变，点击的时候8才会变化，而且变化范围在8-F之间，后面的“12”与左右移动有关系，“34”与上下移动有关系。
 *  创建结构体MOUSE\_DEC ，buf\[3\]保存鼠标的三个字节，phase对应mouse\_phase，将鼠标操作（激活、判断等）打包成函数
 *      Void enable_mouse(struct MOUSE_DEC *mdec)：激活鼠标，phase置0；
        Int mouse_decode(struct MOUSE_DEC *mdec, unsigned char dat)：等待鼠标的phase数据，等待中断！
    
    修改mouse\_decode函数：

int mouse_decode(struct MOUSE_DEC *mdec, unsigned char dat)
    {
    	if (mdec->phase == 0) {
    		/* 等待鼠标的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; /* 鼠标的Y方向与画面符号相反 */
    		return 1;
    	}
    	return -1; /* 应该不会到这 */
    }

*  结构体增加x,y,btn用于存放移动信息和鼠标按键状态，另外第一字节对移动有反应的部分必须要在0-3范围内，第一字节对点击有反应必须在8-F范围内，不然就舍去。这项添加是为了检查鼠标是否出了硬件问题。第三字节部分：buf\[0\]的低三位保存了鼠标键的状态，我们只取这三位，在显示部分做修改，低1位（001,1那位）表示按下鼠标左键显示“L”，低2位（010，同上）表示按下右键显示“R”，低3表示按下中间键显示“C”。
 *  X和Y的值分别是buf\[1\],buf\[2\]，考虑buf\[0\]的信息，作者他们的第八位及后的位全设为1。最后对Y取反，因为鼠标向下移动是Y轴正方向。

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 */
    					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);
    				}

![watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzM2ODA0MzYz_size_16_color_FFFFFF_t_70][]

*  移动鼠标：解读完成之后只需修改显示部分就可以了。

else if (fifo8_status(&mousefifo) != 0) {
    				i = fifo8_get(&mousefifo);
    				io_sti();
    				if (mouse_decode(&mdec, i) != 0) {
    					/* 3个字节 */
    					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); 						/* 隐藏鼠标，把背景填充为绿色 */
    					mx += mdec.x; 
    					my += mdec.y;
    					if (mx < 0) {  /*判断左边界*/
    						mx = 0;
    					}
    					if (my < 0) { 	/*判断上边界*/
    						my = 0;
    					}
    					if (mx > binfo->scrnx - 16) {/*判断右边界*/
    						mx = binfo->scrnx - 16;
    					}
    					if (my > binfo->scrny - 16) {/*判断下边界*/
    						my = binfo->scrny - 16;
    					}
    					
    					sprintf(s, "(%3d, %3d)", mx, my);
    				
    					boxfill8(binfo->vram, binfo->scrnx, COL8_008484, 0, 0, 79, 15); /* 隐藏鼠标 */
    					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 */
    				}
    			}

*  关于为什么要mx += mdec.x; 加的理解：mdec.x是鼠标在相对点得出的位移，有正有负，(mdec.x,mdec.y)=（0,0）表示在初始位置，其他会转换为像素坐标在左上角显示出来。根据作者做出的显示代码，还没有完善，下面的任务栏会被涂掉。

![watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzM2ODA0MzYz_size_16_color_FFFFFF_t_70 1][]

*  32位模式
 *  解释asmhead.nas的100行代码

最开始做的事：

![watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzM2ODA0MzYz_size_16_color_FFFFFF_t_70 2][]

这段程序等同

![20190118085726410.png][]

*  相当于系统初始化的时候（CPU模式切换、PIC初始化），禁止中断！Nop指令相当于让CPU休息一个时钟
    
        ；为了让CPU能访问1MB以上的内存空间，设定A20GATE
        CALL	waitkbdout
        		MOV		AL,0xd1
        		OUT		0x64,AL
        		CALL	waitkbdout
        		MOV		AL,0xdf			; enable A20，键盘控制电路附属端口输出0xdf
        		OUT		0x60,AL
        		CALL	waitkbdout
 *  Waitkbdout相当于wait\_KBC\_sendready，这段相当于![watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzM2ODA0MzYz_size_16_color_FFFFFF_t_70 3][]

*  程序的基本结构与init\_keyboard完全相同，功能是往键盘控制电路发生指令。输出0xdf的功能是让A20GATE信号线变成ON的状态：使内存的1MB以上的部分变成可使用状态。（为兼容旧版操作系统，在激活指令之前，电路被限制为只能使用1MB内存）。A20GATE信号线就是用来让这个电路停止，使所有内存可以使用。“wait\_KBC\_sendready（）”在这里是为了等待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GDT
    		MOV		EAX,CR0
    		AND		EAX,0x7fffffff	; 设bit31为0（为了禁止颁）
    		OR			EAX,0x00000001	; 设bit0为1（为了切换到保护模式）
    		MOV		CR0,EAX
    		JMP			pipelineflush
    pipelineflush:
    		MOV		AX,1*8			;  可读写的段32bit
    		MOV		DS,AX
    		MOV		ES,AX
    		MOV		FS,AX
    		MOV		GS,AX
    		MOV		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，把GDT读进来（暂定），将CR0的值带入EAX，最高位设0，最低位设1，再把值还给CR0完成模式转换，CR0这个寄存器只有操作系统能操作它。
 *  **保护模式：**通过代入CR0切换到保护模式时，马上执行JMP指令，变成保护模式之后，机器语言的解释发生变化，CPU使用管道（pipeline）加速指令执行（前一条指令还在执行，就开始解释下一条指令）。保护模式中，应用程序不能随便改变段的设定，又不能使用操作系统专用的段，操作系统受到CPU的保护。进入保护模式以后，段寄存器含义发生改变，除了CS以外所有段寄存器的值都从0x0000变成0x0008，相当于gdt+1（在pipelineflush:语句下），CS保持原状，到后面再处理。

; bootpack的转送
    
    		MOV		ESI,bootpack	; 转送源
    		MOV		EDI,BOTPAK		; 转送目的地
    		MOV		ECX,512*1024/4
    		CALL	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		; 转送源
    		MOV		EDI,DSKCAC		; 转送目的地
    		MOV		ECX,512/4
    		CALL	memcpy
    
    ; 所有剩下的
    		MOV		ESI,DSKCAC0+512	; 转送源
    		MOV		EDI,DSKCAC+512	; 转送目的地
    		MOV		ECX,0
    		MOV		CL,BYTE [CYLS]
    		IMUL	ECX,512*18*2/4	; 从柱面数变换成字节数/4
    		SUB		ECX,512/4		; 减去IPL
    		CALL	memcpy

这部分程序，就是在调用memcpy函数，可以等效为下面的C代码

![20190118091901109.png][]

Memcpy函数作用是复制内存，格式为：

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为单位的，数据大小用直接数/4来指定，比如

Memcpy（0x7c00,DSKCAC,512/4）;

在asmhead.nas开头查阅三个变量的值

![20190118092019161.png][]

*  DSKCAC是0x00100000,所以代码的意思是从0x7c00复制512字节到0x00100000,将启动扇区复制到1MB以后的内存去。
 *  下一句memcpy（DSKCAC0+512，DSKCAC+512，cyls \* 512\*18\*2/4-512/4）;将始于0x00008200的磁盘内容，复制到0x00100200。这一部分是启动区（512字节）之后的内容，相当于我们的asmhead。
 *  “转送数据大小”的计算是以柱面数来计算的，需要减去启动区的一部分长度，这样始于0x00100000的内存部分就与磁盘内容吻合了。Bootpack是asmhead.nas的最后一个标签，haribote.sys是通过asmhead.bin和bootpack.hrb连接起来的，所以asmhead结束的地方，是bootpack.hrb开始的部分。
 *  Memcpy（bootpack，BOTPAK,512\*1024/4）;从bootpack.hrb复制到0x00280000号地址的处理，大小为512KB。

后面的工作由bootpack完成

; bootpack的启动

MOV		EBX,BOTPAK
    		MOV		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,EBX
    		MOV		EDI,[EBX+12]	; 转送目的地
    		CALL		memcpy
    skip:
    		MOV		ESP,[EBX+12]	; 栈初始值
    		JMP			DWORD 2*8:0x0000001b

*  对bootpack.hrb的header（头部内容）进行解析，将执行所必需的的数据传送过去，EBX里代入BOTPAK：

[EBX + 16]......bootpack.hrb之后的第16号地址，值是0x11a8
    
    [EBX + 20]......bootpack.hrb之后的第20号地址，值是0x10c8
    
    [EBX + 12]......bootpack.hrb之后的第12号地址，值是0x00310000

*  ECX从0x11a8+3开始，先除4，因为memcpy函数是双字复制，一个字节2位，两个字节4位所以要除4，相当于右移两位，左移是乘。JZ跳转指令：如果计算结果为0，则跳转到skip，这里是判断ECX是否为0。这段memcpy的调用，最终实现的功能是将bootpack.hrb第0x10c8字节开始的0x11a8字节复制到0x00310000号地址去。最后将0x310000代入到ESP里，用JMP指令将2\*8代入到CS里，同时移动到0x1b号地址（第2段：0x280000）。所以实际上是从0x28001b开始执行的，也就是bootpack.hrb的0x1b号地址。

最后内存分布图（确定正式GDT/IDT的地址）：

![watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzM2ODA0MzYz_size_16_color_FFFFFF_t_70 4][]

最初的1MB保存有BIOS、VRAM等内容。

waitkbdout:
    		IN				AL,0x64			
    		AND			AL,0x02			
    IN				AL,0x60			;	空读（为了清空数据接收缓冲区中的垃圾数据）
    		JNZ				waitkbdout		; AND的结果如果不是0，就跳到waitkbdout
    		RET

*  这个是waitbdout完成的处理，与wait\_KBC\_sendready相同，添加了部分处理，从0x60号设备进行IN的处理，如果控制器里有键盘代码，或者是已经积累了鼠标数据，就把它们读取出来。

Memcpy函数：

memcpy:
    		MOV		EAX,[ESI]
    		ADD		ESI,4
    		MOV		[EDI],EAX
    		ADD		EDI,4
    		SUB		ECX,1
    		JNZ		memcpy			; 减法运算的结果如果不是0，就跳转到memcpy
    		RET

*  将转送的源地址放在ESI中，把ESI的值赋给EAX，然后地址往下加一位（+4），EAX的值放入目的地址（EDI）中，完成复制，EDI往下加1位（+4），每传送一次地址ECX就-1，表示完成了2个字节的复制。ECX判断是否还有数据没有复制，如果没有就重复第一步，这样一直复制直到数据传送完毕。

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

*  ALIGNB指令的意思是一直添加DBO，直到时机合适的时候为止，在ALGNB 16的情况下，地址能被16整除的时候，就为“时机合适”，如果最初的地址能被16整除，则ALIGNB指令不作任何处理。如果标签GDT0的地址不是8的整数倍，向段寄存器复制的MOV指令就慢一些，所以使用“ALIGNB 16”，在bootpack之前，也是“时机合适”状态。

GDT0是一种特定的GDT，0号是空区域，不能在那里定义段，1/2分别这样定义

![20190118092404211.png][]

*  DTR0是LGDT指令，通知GDT0-“已有GDT”。在GDT0里，写入16位段上限和32位的段起始地址。
 *  总结：在最初状态，GDT在asmhead.nas里，不在0x00270000~0x0027ffff的范围里，IDT没有设定，所以处于中断禁止状态。所以在bootpack.c的HariMain里，应在进行调色板（palette）的初始化以及画面的准备之前重新创建GDT和IDT，初始化PIC，并执行“io\_sti();”。

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，开方CPU的中断 */
    	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);

[20190118085113547.png]: /images/20220326/4628477f5ebc43ae91fd0e23a0ca472d.png
[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzM2ODA0MzYz_size_16_color_FFFFFF_t_70]: /images/20220326/496a656b8bba4b0fbfc72c7edc5fd5fc.png
[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzM2ODA0MzYz_size_16_color_FFFFFF_t_70 1]: /images/20220326/3f9635bb6aad4ffe837a3b46b593b9d2.png
[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzM2ODA0MzYz_size_16_color_FFFFFF_t_70 2]: /images/20220326/f1437c9486b94b37a87c87bf028c3f51.png
[20190118085726410.png]: /images/20220326/933870a6b9c64fcf87503f3140cb6078.png
[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzM2ODA0MzYz_size_16_color_FFFFFF_t_70 3]: /images/20220326/a4d90177c4a046f08ce78c56f53114e9.png
[20190118091901109.png]: /images/20220326/0adcd2048c2b4796871aed361217f91d.png
[20190118092019161.png]: /images/20220326/c02096e2f09948dfbe65076b2787863a.png
[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzM2ODA0MzYz_size_16_color_FFFFFF_t_70 4]: /images/20220326/6c2ffbd9e693479e9a2533989a67204a.png
[20190118092404211.png]: /images/20220326/d7ab8b7aa912499c9bc83a0a285759f6.png