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MacOS环境-手写操作系统-07-C语言绘制系统界面-创新互联
C语言绘制系统界面
网页标题：MacOS环境-手写操作系统-07-C语言绘制系统界面-创新互联
网页路径：http://dzwzjz.com/article/dcsoei.html
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）
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_STACKLABEL_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];
}语句%include write_vga.asm”， 表明，我们要开发的C代码文件叫write_vga.c, 我们写完C代码后，会使用上一节的步骤将它编译成汇编，然后include到我们当前的汇编文件里，统一编译成可执行内核。
下面的代码是是进入死循环，HLT指令会让系统进入休眠状态
io_hlt: ;void io_hlt(void);
HLT
RETwrite_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
3.运行将img装载运行：
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