2. 程式人生 > >利用C語言繪製作業系統影象介面

利用C語言繪製作業系統影象介面

阿新 • • 發佈：2019-01-22

有了C語言這一利器後，不多多拿來用，那就太對不起前面的一系列努力了。那麼怎麼表現C語言的強大功能呢，如果還只是一味的在介面上輸出幾行字元，那太沒意思，考慮到，我們的目標是做出像windows那樣具備舒心的影象使用者介面那樣的系統，所以在這一節，我們由字元模式切換入畫面模式，初步體驗下，那些絢麗多彩的影象介面是如何發展而成的。

要想由字元模式轉入圖形模式，我們需要操作硬體，特別是向顯示卡傳送命令，讓其進入圖形顯示模式，就如同前面我們所做的，要操作硬體，一般需要使用BIOS呼叫，以下幾行就是開啟VGA顯示卡色彩功能的程式碼：

mov  al, 0x13h
mov  ah, 0x00
int  0x10

其中al 的值決定了要設定顯示卡的色彩模式，下面是一些常用的模式設定：
1. 0x03, 16色字元模式
2. 0x12, VGA圖形模式, 640 * 480 * 4位彩色模式，獨特的4面儲存模式
3. 0x13, VGA圖形模式, 320 * 200 * 8位彩色模式，調色盤模式
4. 0x6a, 擴充套件VGA圖形模式， 800 * 600 * 4彩色模式

我們採用的是0x13模式，其中320*200*8 中，最後的數值8表示的是色彩值得位數，也就是我們可以用8位數值表示色彩，總共可以顯示256種色彩。

系統視訊記憶體的地址是0x000a0000，當我們執行上面幾句程式碼後，望視訊記憶體地址寫入資料，那麼螢幕就會出現相應的變化了。

我們先看看核心的彙編程式碼部分(kernel.asm)：

%include "pm.inc"

org   0x9000

jmp   LABEL_BEGIN

[SECTION .gdt]
 ;                                  段基址          段界限                屬性
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   ;關中斷

     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

解釋下上面程式碼，我們設定了一個描述符,LABEL_DESC_VRAM, 這個描述符對應的記憶體起始地址是0，長度是0xffffffff，也就是我們把整個4G記憶體當做一段可讀可寫的記憶體，有了這個設定後，我們在C語言裡就可以隨意讀寫記憶體的任何地方。

LABEL_DESC_STACK 這個描述符用來設定一段可讀可寫的記憶體，它的起始地址是LABEL_STACK， 可以看到，程式通過語句：times 512 db 0
初始化了512位元組的記憶體。C語言的執行，特別是函式呼叫時，是需要一個堆疊來傳遞引數的，所以，要執行C語言，我們首先需要為其配置一個堆疊，該描述符所對應的這512自己記憶體就是給C語言使用的，由於堆疊只有512位元組，在後面我們使用C語言寫的程式碼中，函式的區域性變數大小不能超過512位元組，例如下面的程式碼可能就要出錯了：

void fun() {
  char buf[513];
}

語句%include write_vga.asm”， 表明，我們要開發的C程式碼檔案叫write_vga.c, 我們寫完C程式碼後，會使用上一節的步驟將它編譯成彙編，然後include到我們當前的彙編檔案裡，統一編譯成可執行核心。

最後一小塊程式碼：
io_hlt: ;void io_hlt(void);
HLT
RET
作用是進入死迴圈，HLT指令會讓系統進入休眠狀態。

匯入C語言

硬體，堆疊等基層設施通過彙編準備就緒後，我們可以使用C語言開發圖形功能了。顯示器的每一個畫素對應一個點，一個點可以顯示256種不同的顏色，因此，只要我們給每個點設定成相應的顏色，那麼最終就可以繪製出特定的影象。

我們看看如何用C語言寫入視訊記憶體從而操作螢幕影象，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();
    }

}

程式碼中，我們將指標P指向地址0xa0000, 這個地址正好就是vga視訊記憶體地址，vga視訊記憶體地址從0xa0000開始，直到0xaffff結束，總共64k.接著語句:
*p = i & 0x0f 將一個數值寫入視訊記憶體，這個值可以是0-256中任意一個數值，我們程式碼裡是將i的最後4位作為畫素顏色寫入視訊記憶體，這個值是任意的，大家可以隨意設定。

在Ubuntu中寫出上面程式碼後，通過命令編譯成二進位制檔案：
gcc -m32 -fno-asynchronous-unwind-tables -s -c -o write_vga.asm write_vga.c

於是在目錄下會生成write_vga.o二進位制檔案，接著使用objconv進行反彙編：
./objconv -fnasm write_vga.asm write_vga.o
反彙編後代碼如下:

; Disassembly of file: write_vga.o
; Tue Sep 13 10:30:14 2016
; 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-0CH], 0                      ; 0006 _ C7. 45, F4, 00000000
        mov     dword [ebp-10H], 655360                 ; 000D _ C7. 45, F0, 000A0000
        jmp     ?_002                                   ; 0014 _ EB, 17

?_001:  mov     eax, dword [ebp-10H]                    ; 0016 _ 8B. 45, F0
        mov     dword [ebp-0CH], eax                    ; 0019 _ 89. 45, F4
        mov     eax, dword [ebp-10H]                    ; 001C _ 8B. 45, F0
        and     eax, 0FH                                ; 001F _ 83. E0, 0F
        mov     edx, eax                                ; 0022 _ 89. C2
        mov     eax, dword [ebp-0CH]                    ; 0024 _ 8B. 45, F4
        mov     byte [eax], dl                          ; 0027 _ 88. 10
        add     dword [ebp-10H], 1                      ; 0029 _ 83. 45, F0, 01
?_002:  cmp     dword [ebp-10H], 720895                 ; 002D _ 81. 7D, F0, 000AFFFF
        jle     ?_001                                   ; 0034 _ 7E, E0
?_003:  call    io_hlt                                  ; 0036 _ E8, FFFFFFFC(rel)
        jmp     ?_003                                   ; 003B _ EB, F9
; CMain End of function


SECTION .data   align=1 noexecute                       ; section number 2, data


SECTION .bss    align=1 noexecute                       ; section number 3, bss

在上面程式碼中去掉以section 開始的指令，這些指令會影響我們把當前彙編結合入核心kerne.asm.
同時去掉開頭的兩句：

global CMain: function
extern io_hlt

因為我們要把兩個彙編檔案結合成一個，所以這兩句宣告是多餘的。做完這些後，再用nasm編譯kernel.asm:
nasm -o kernel.bat kernel.asm
於是本地目錄下，核心檔案就編譯好了。

接著執行java工程，生成虛擬軟盤，執行結果如下：
這裡寫圖片描述

大家注意看，kernel.bat寫入了兩個扇區，也就是說，我們核心的大小已經超過了512位元組。此時我們需要修改一下核心載入器，讓核心載入器一次讀入兩個扇區才能把核心完全載入入記憶體，開啟boot.asm，將readFloppy中的：
mov ah, 0x02
mov al, 1
改成：
mov al, 2
也就是一次讀取兩個扇區的內容，修改後再次編譯boot.asm:
nasm -o boot.bat boot.asm

最後再次執行java程式，此時生成的虛擬軟盤中，才會包含完整的核心檔案。啟動虛擬機器，載入虛擬軟盤後，執行情況如下：
這裡寫圖片描述

大家可以看到，螢幕顯示出了條紋狀影象。

相關推薦

利用C語言繪製作業系統影象介面

有了C語言這一利器後，不多多拿來用，那就太對不起前面的一系列努力了。那麼怎麼表現C語言的強大功能呢，如果還只是一味的在介面上輸出幾行字元，那太沒意思，考慮到，我們的目標是做出像windows那樣具備舒心的影象使用者介面那樣的系統，所以在這一節，我們由字元模式

利用C語言實現計算機影象處理的方法

1．影象平移 　　影象平移只是改變影象在螢幕上的位置，影象本身並不發生變化。 　　假設原影象區域左上角座標為(x0, y0)，右下角座標為(x1, y1)，將影象分別沿x和y軸平移dx和dy，則新影象的左上角座標為(x0 ＋ dx, y0 ＋ dy)，右下角座標為(x1 ＋ dx, y1 ＋ dy)。座標平

08.C語言繪製系統介面

簡介 上一節我們實現了從真實模式到保護模式下字元複製到1M記憶體空間外的顯示。直觀感受從真實模式到保護模式地址定址的變化。 目標 顯示器基本都有字元模式和圖形顯示模式，用C語言實現色彩斑斕的圖形顯示。引入C語言開發作業系統需要對C語言函式引數傳遞機制有基本認識。

組合語言程式設計( 利用c語言快速理解彙編）

文章目錄 組合語言程式設計 一 操作碼和運算元 1 操作碼 2 運算元 3 語句格式 4 源程式框架 庫函式 二 資料定址方式 子程式

如何利用C語言來獲取當地時間和UTC時間 （設當地時間是北京時間）

分享一下我老師大神的人工智慧教程！零基礎，通俗易懂！http://blog.csdn.net/jiangjunshow 也歡迎大家轉載本篇文章。分享知識，造福人民，實現我們中華民族偉大復興！        

C語言訪問INFORMIX資料庫 — 介面實現

分享一下我老師大神的人工智慧教程！零基礎，通俗易懂！http://blog.csdn.net/jiangjunshow 也歡迎大家轉載本篇文章。分享知識，造福人民，實現我們中華民族偉大復興！        

C語言實現BMP影象旋轉

 實現影象旋轉，首先要對影象的儲存，影象的讀寫比較清楚，在此基礎上進行線性變換。以下程式碼為逆時針旋轉90度，後續會給出旋轉任意角度的程式碼： 核心還是掌握旋轉時的前後變換。變換的過程可以歸結為：首先將影象座標變換為數學座標，然後在數學座標上進行變換，然後在進行逆變換，得到在影象座

C語言實現BMP影象旋轉（任意角度）

實現對對任意角度的旋轉，具體數學推導網上找。如果各位讀者需要使用，只需要將開啟檔案的位置改為你的位置，輸入不同的角度即可： #include <Windows.h> #include <stdio.h> #include <stdlib.h> #incl

C語言實現BMP影象縮放

對BMP影象用C語言實現影象的縮放。縮放的倍數通過輸入設定 #include <Windows.h> #include <stdlib.h> #include <stdio.h> #include <math.h> int main(int

利用C語言簡單的實現庫存管理系統（本地檔案生成形式儲存）

問題描述： 庫存管理系統是廠家、商城、商場等的管理商品資訊不可缺少的部分，利用這個系統，可以更好地管理商品的資訊。 本系統的功能： 新增、修改、刪除庫存商品資訊，商品資訊包括：編號、名稱、類別、數量、產地等； 進貨或售出商品後，相應的庫存商品數量應該有所改

利用c語言找出輸入文字最長的一行

前言 來源之《c程式語言》練習1-16 程式碼 #include<stdio.h> #define MAXLINE 1000 int getline(char line[], int ma

利用C語言生成的資料作圖-並生成SVG（不借助任何作圖工具）

=" 1.00E+02 3.50E+02 1.04E+02 3.21E+02 1.08E+02 2.46E+02 1.11E+02 1.54E+02 1.15E+02 8.06E+01 1.19E+02 5.38E+01 1.23E+02 8.31E+01 1.26E+02 1.56E+02 1.30E+02

利用c語言判斷素數問題

~輸入一個整數，判斷是否為素數 分析：素數只能被1和自身整除的數。判斷一個數是不是素數，是用2和這個數之間的所有的數來求餘，看其是否能被整除，如果不能整除，認為這個數為素數，如果不能則提前結束。 #include"stdio.h" int main() { printf

利用C語言標準庫生成一個真隨機數的方法

        首先需要明確一點的是，計算機系統中生成一個隨機數，需要依賴一個隨機量，這個隨機量稱為隨機數種子。否則生成的就是偽隨機數。隨機數種子的值越多樣化，生成的數就越隨機。通常，隨機數種子從計算機系統外部引入，例如人的操作、ADC採集到的值等。         C語言

C語言實現作業系統程序排程演算法

模擬實現作業系統程序排程 本程式介紹對於非搶佔式多道批處理系統的程序排程演算法 本程式在完成排程演算法的基礎上動態模擬實現了程序隨時刻達到和結束的整個過程。 先來先服務原理分析： 每個程序都有自身的達到時間，在作業系統中，首先處理先到的程序，後到的程序需要等待先

計算機專業，畢業答辯專案 自寫資訊管理系統——利用C語言快速實現二

  feature.cpp #include"head.h"      /********************獲取檔名；讀取內容；給num，fp，head,flieopenname賦值；建立連結串列**********************

【作業系統】C語言模擬作業系統實現磁碟排程演算法——電梯排程演算法

#include<stdio.h> #include<stdlib.h> #include<time.h> int *Init(int arr[]) { int

WINCE5.0利用C#語言編寫的串列埠採集、顯示和儲存

          首先簡單說一下該程式實現的功能：定時採集現場的資料，在介面上實時顯示裝置資料，同時將採集到的裝置資料儲存到sqlite中，以方便第三方資料呼叫。該程式使用在wince5.0中，使用的是VS2008 C#語言。         內容涉及到wince同步的應

不利用C語言庫函式，實現字串相關函式

1 #include<stdio.h> 2 3 int strLength(char* s)//求字元長度 4 { 5 int i=0; 6 while(s[i]!=NULL) 7 { 8 i++; 9 }

利用C#判斷當前作業系統是否為Win8及其以上版本的系統

1 利用C#獲取OS的版本號 (1) 原理說明 Environment類的OSVersion屬性是一個OperatingSystem型別的物件，OperatingSystem類表示有關作業系統的資訊，如版本和平臺識別符號。OperatingSystem類的Version屬性