三十天自制操作系統(tǒng)（7）

第17天

前一天寫的多任務(wù)操作系統(tǒng)有個(gè)BUG，如果只啟動(dòng)了任務(wù)a,但是任務(wù)b0-2都沒有啟動(dòng)的話，操作系統(tǒng)就崩潰了，因了任務(wù)a沒有輸入的情況下，就從任務(wù)中刪除了，操作系統(tǒng)就會(huì)尋找下一個(gè)任務(wù)，便是找不到。所以我們根據(jù)之前的經(jīng)驗(yàn)，找一個(gè)“哨兵”，總是在一個(gè)任務(wù)idle，在最底層，如果沒有任務(wù)的話，操作系統(tǒng)就運(yùn)行這個(gè)任務(wù)。

void task_idle(void)
{
  for (;;) {
    io_hlt();
  }
}

這個(gè)任務(wù)在主程序初始化多任務(wù)的時(shí)候就創(chuàng)建，也就是在task_init函數(shù)中創(chuàng)建。把idle任務(wù)的LEVEL設(shè)置為MAX_TASKLEVELS - 1。

創(chuàng)建一個(gè)控制臺(tái)窗口，并作為一個(gè)獨(dú)立的任務(wù)。

sht_cons = sheet_alloc(shtctl);
buf_cons = (unsigned char *) memman_alloc_4k(memman, 256 * 165);
sheet_setbuf(sht_cons, buf_cons, 256, 165, -1); 
make_window8(buf_cons, 256, 165, "console", 0);
make_textbox8(sht_cons, 8, 28, 240, 128, COL8_000000);
task_cons = task_alloc();
task_cons->tss.esp = memman_alloc_4k(memman, 64 * 1024) + 64 * 1024 - 8;
task_cons->tss.eip = (int) &console_task;
task_cons->tss.es = 1 * 8;
task_cons->tss.cs = 2 * 8;
task_cons->tss.ss = 1 * 8;
task_cons->tss.ds = 1 * 8;
task_cons->tss.fs = 1 * 8;
task_cons->tss.gs = 1 * 8;
*((int *) (task_cons->tss.esp + 4)) = (int) sht_cons;
task_run(task_cons, 2, 2); /* level=2, priority=2 */

現(xiàn)在操作系統(tǒng)總共有兩個(gè)窗口，第一個(gè)是task_a，第二個(gè)是console。這兩個(gè)窗口都有光標(biāo)閃動(dòng)，主程序也能響應(yīng)鍵盤的TAB消息，當(dāng)TAB按下時(shí)判斷key_to變量的值，如果為0說明task_a的標(biāo)口標(biāo)題也藍(lán)色，也就是看上去操作系統(tǒng)的焦點(diǎn)在這個(gè)窗口上。如果為1則把操作系統(tǒng)的焦點(diǎn)改變?yōu)閏onsole窗口上，也就是把console窗口的標(biāo)題變?yōu)樗{(lán)色，task_a變?yōu)榛疑?。但是?dāng)輸入字符的時(shí)候，出問題了，因?yàn)閏onsole沒有顯示字符方面的功能，而且只有主程序能響應(yīng)鍵盤中斷，主程序是不知道console任務(wù)的消息隊(duì)列地址的。下面我們就要解決這個(gè)問題。

仔細(xì)一想，其實(shí)每個(gè)任務(wù)都需要接收數(shù)據(jù)，也就是接收鍵盤、鼠標(biāo)或者其他信號(hào)的輸入，那么必然需要一個(gè)隊(duì)列。那我們就把隊(duì)列直接和TASK數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)綁在一起好了。每個(gè)任務(wù)一開始先申請(qǐng)隊(duì)列存儲(chǔ)空間，然后調(diào)用task_now函數(shù)可以獲取當(dāng)前任務(wù)，也就能獲取這個(gè)任務(wù)所對(duì)應(yīng)的隊(duì)列了。task_a中取得鍵盤的中斷值，以前是直接顯示到task_a所對(duì)應(yīng)的窗口中，現(xiàn)在要先判斷key_to的值，如果為1則往console的消息隊(duì)列中寫入值，而不直接顯示?，F(xiàn)在我們可以輸入英文、數(shù)字和符號(hào)了，但還無法輸入"!"和“%”。接下來解決這個(gè)問題。

我們建立兩個(gè)keytable，keytable0和keytable1，這個(gè)兩個(gè)數(shù)組英文字母都差不多，主要的差別是一些符號(hào)，比如@,!等需要按shift才能顯示的符號(hào)。我們增加一個(gè)變量key_shift，當(dāng)左加shift按下時(shí)為1，右邊shift按下時(shí)為2，左右兩邊都按下時(shí)為3，都不按時(shí)為0。然后處理鍵盤輸入的時(shí)候判斷key_shift的值，如果為不為0則查每2個(gè)表的值，如果為0則查第一個(gè)表的值。

更進(jìn)一步，如果要區(qū)分字母的大小寫，那么就需要同時(shí)判斷CapLock和Shift了。

  • CapsLock : off && shift : off -> 小寫
  • CapsLock : off && shift : on -> 大寫
  • CapsLock : on && shift : off -> 大寫
  • CapsLock : on && shift :on -> 小寫

我們已經(jīng)能取得shift的值了，如何取得CapsLock的值呢？在我們進(jìn)行32位模式之前，通過BIOS獲取的鍵盤的狀態(tài)值終于派上用場了。我們保存在binfo->leds中。這是一個(gè)字節(jié)變量，第4位為ScrollLock狀態(tài)，第5位為NumLock狀態(tài)，第6位為CapsLock狀態(tài)。

當(dāng)我們鍵盤按下CapsLock、NumLock、ScrollLock得到的掃描碼分別是0x3a,0x45,ox46，我們可以在接收到這三個(gè)值時(shí)根據(jù)情況改寫binfo->leds的值。

我們改寫binfo->leds中的值的時(shí)候也要對(duì)鍵盤上的指示燈作相應(yīng)的處理。處理的步驟如下：

  1. 讀取狀態(tài)寄存器，等待bit 1的值變?yōu)?
  2. 向數(shù)據(jù)輸出0x60寫入要發(fā)送的1字節(jié)數(shù)據(jù)
  3. 等待鍵盤返回1字節(jié)的信息
  4. 返回的信息如果為0xfa，表明1個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)已成功發(fā)送，如果為0xfe則表明發(fā)送失敗。

要控制鍵盤LED的狀態(tài)，需要按上述方法執(zhí)行兩次，向鍵盤發(fā)送EDXX數(shù)據(jù)，其中XX bit 0 代表ScrollLock，bit 1代表NumLock, bit 2 代表CapsLock。0表示熄滅，1代表點(diǎn)亮。

第18天

今天我們先優(yōu)化一個(gè)光標(biāo)使之更符合我們的操作習(xí)慣。首先我們習(xí)慣如果操作系統(tǒng)的焦點(diǎn)在哪個(gè)窗口，那么哪個(gè)窗口的光標(biāo)就應(yīng)該閃爍，而其它窗口的光標(biāo)就消息了。首先根據(jù)這個(gè)我們先修改程序。

首先做簡單的，先考慮控制任務(wù)a的光標(biāo)，定義一個(gè)變量cursor_c，如果為負(fù)值的話，光標(biāo)就不閃爍，如果為正值，那么光標(biāo)閃爍。對(duì)于任務(wù)b,我們?nèi)绾巫屓蝿?wù)a傳遞指令，讓任務(wù)b的光標(biāo)閃爍或者不閃爍呢？很簡單，跟傳遞鍵盤數(shù)據(jù)一樣，利用消息隊(duì)列。我們這么定義，如果讓任務(wù)b光標(biāo)閃爍，那么發(fā)送2，不閃爍那么就發(fā)送3。

現(xiàn)在讓console任務(wù)影應(yīng)回車鍵，當(dāng)按下回車的時(shí)候讓任務(wù)a向任務(wù)b發(fā)送10 + 256消息，console中已經(jīng)有cursor_x變量用于保存光標(biāo)橫座標(biāo)的值，我們再定義一個(gè)cursor_y變量用于保存光標(biāo)縱座標(biāo)的值。console接收到消息的時(shí)候?qū)⑦@一行的光標(biāo)擦除，然后cursor += 16就行了。

讓console任務(wù)窗口支持窗口滾動(dòng)也很簡單，其實(shí)就是將第2行開始上移一行，然后將最后一行畫黑。

突然我們發(fā)現(xiàn)對(duì)于console窗口，我們已經(jīng)可以輸入命令了：已經(jīng)支持回車，已經(jīng)支持滾動(dòng)。console窗口中每按下一個(gè)鍵盤，就保存在內(nèi)存中，然后按下回車的時(shí)候，讀取內(nèi)存中的字符串，如果這個(gè)字符串跟我們預(yù)期中的字符串相同則執(zhí)行一定的操作。如果不同，則在窗口中定入"Bad Command"字符串。

這一節(jié)我們努力實(shí)現(xiàn)三個(gè)命令：mem，cls，dir。

每次按下回車的時(shí)候我們用strcmp函數(shù)判斷所輸入的字符串是否符合我們預(yù)想的命令。比如，strcmp(cmd, "cls") == 0 則說明cmd中的字符串就是"cls"字符串。

  • cls命令：將console窗口全部重新畫成黑色。
  • mem命令：先跟之前一樣將任務(wù)a中的memtotal變量通過棧傳遵紀(jì)守法到console任務(wù)中然后在窗口中畫出來

接下來重點(diǎn)講dir命令。軟盤中保存文件名的地址為0x002600。文件名的保存格式如下：

struct FILEINFO {
  unsigned char name[8];//文件名，不足8字節(jié)用空格補(bǔ)充，文件名都是大寫字母
  unsigned char ext[3];//文件后綴，擴(kuò)展名
  unsigned char type;//文件類型，0x01只讀文件，0x02隱藏文件，0x04系統(tǒng)文件，0x08非文件信息，0x10目錄
  char reserve[10];//保留字節(jié)，無用處
  unsigned short time;//存放文件的時(shí)間
  unsigned short date;//存放文件的日期
  unsinged short clustno;//簇號(hào)，表示文件從哪個(gè)扇區(qū)開始存放
  unsigned int size;//文件的大小。
};

文件名的第一個(gè)字節(jié)為0xe5代表該文件已被刪除，第一個(gè)字節(jié)為0x00，代表這一段文件不包含文件名信息，文件信息最多可以存放224個(gè)。程序中我們先判斷文件名的首個(gè)字節(jié)，如果為0x00則說名接下來沒有文件了。然后將0x00之前的FILEINFO結(jié)構(gòu)體中name,ext,size三個(gè)字段的信息打印到屏幕上這個(gè)命令就完成了。

第19天

今天來實(shí)現(xiàn)type命令，這個(gè)命令的功能是顯示文件的內(nèi)容。

我們要顯示文件的內(nèi)容首選要知道文件所在的位置。前一天的FILEINFO結(jié)構(gòu)體中有一個(gè)字段，clustno，這個(gè)字段表示文件從哪個(gè)扇區(qū)開始，那么就好解決了。

磁盤映像中的地址 = clustno * 512 + 0x003e00

程序的邏輯這個(gè)樣子。首先判斷前4個(gè)字符是不是"type"字符串，如果是的話再從第6個(gè)字符開始讀取與磁盤中的文件名比較，如果相等說明文件存在。然后讀取文件中的size字段的值，clustno字段的值。通過上面的公式可以知道所在的位置，然后循環(huán)size次，將文件起始地址的內(nèi)容讀畫在console窗口中。

雖然勉強(qiáng)算完成了這個(gè)命令但是還有不足之處，首先我們目前還不支持制表符，換行符，回車符；這3個(gè)字符編碼如下0x09,ox0a,ox0d。windows系統(tǒng)中的換行符編碼是0x0d,ox0a。而linux中的換行只有0x0d。我們的策略是這樣如果碰到0x0a就直接忽略，碰到0x0a就換行,碰到0x09就在當(dāng)前位置到下一個(gè)制表符之間填充空格，將制表位設(shè)定在第0，4，8，12個(gè)字符這樣4的倍數(shù)的位置。

解決了以上一個(gè)字符編碼之后，又發(fā)現(xiàn)一個(gè)不足之處。我們從clustno字段的值計(jì)算出文件中的首地址，但是按照windows管理磁盤方法，保存大于512字節(jié)的文件時(shí)，有時(shí)候并不是存入連續(xù)的扇區(qū)中。

對(duì)于文件下一段存放在哪里，在磁盤中是有記錄的，我們只要分析這個(gè)記錄，就可以正確計(jì)算出所有內(nèi)容在磁盤中的地址了。這個(gè)記錄存放在位于0柱面，0磁頭，2扇區(qū)開始的9個(gè)扇區(qū)中，相當(dāng)于映像中的0x000200~0x0013ff中。這9個(gè)扇區(qū)的記錄被稱為FAT，file allocation table，也就是文件分配表。 FAT的大小為4608字節(jié)，由于FAT是很重要的數(shù)據(jù)，錯(cuò)誤的話直接會(huì)導(dǎo)致軟盤中的數(shù)據(jù)無法讀取，所有一個(gè)軟盤中一共有2個(gè)FAT，這兩個(gè)FAT是一模一樣的。第二份FAT 位于0x001400~0x0025ff。兩個(gè)FAT是連續(xù)存放的。

一個(gè)軟盤一共有2880個(gè)扇區(qū)，F(xiàn)AT實(shí)際就是保存扇區(qū)號(hào)，如果FAT每個(gè)扇區(qū)號(hào)用8位表示的話只能表示0255號(hào)，不夠有。如果用16位表示的話，可以表示065535扇區(qū)，又太浪費(fèi)。所以微軟選用了一個(gè)折中的方法，用12位表示一個(gè)扇區(qū)，這就是所謂的FAT壓縮算法。用12位表示的話能表示0~4095扇區(qū)，夠用且不會(huì)太浪費(fèi)。

FAT的解碼算法如下：以三個(gè)字節(jié)為一個(gè)單位，第二個(gè)字節(jié)的低4位與第一個(gè)字節(jié)組成一個(gè)12位的數(shù)字。第二個(gè)字節(jié)的高4位與第三個(gè)字節(jié)的組成一個(gè)12位的數(shù)。其中第二字節(jié)的低4位做為12位數(shù)的高4位；第二字節(jié)的高4位做為12位數(shù)的低4位。以下是FAT的解碼算法：

void file_readfat(int *fat, unsigned char *img)
{
  int i, j = 0;
  for (i = 0; i < 2880; i += 2) {
    fat[i + 0] = (img[j + 0]      | img[j + 1] << 8) & 0xfff;
    fat[i + 1] = (img[j + 1] >> 4 | img[j + 2] << 4) & 0xfff;
    j += 3;
  }
  return;

}

然后我們就可以根據(jù)解碼得到的fat數(shù)組讀取文件了。

void file_loadfile(int clustno, int size, char *buf, int *fat, char *img)
{
  int i;
  for (;;) {
    if (size <= 512) {
      for (i = 0; i < size; i++) {
        buf[i] = img[clustno * 512 + i];
      }
      break;
    }
    for (i = 0; i < 512; i++) {
      buf[i] = img[clustno * 512 + i];
    }
    size -= 512;
    buf += 512;
    clustno = fat[clustno];
  }
  return;
}

寫這段程序的想法很簡單，首先創(chuàng)建一個(gè)fat數(shù)組，然后把軟盤中的FAT解碼，解碼后的數(shù)據(jù)放到fat數(shù)組中。再根據(jù)fat數(shù)組把軟盤上的文件讀到內(nèi)存中。讀完之后再顯示到屏幕上。

接下來我們要寫每一個(gè)應(yīng)用程序了。

先寫一個(gè)簡單的程序，編譯好后放進(jìn)軟盤中。

fin:
  HLT
  JMP fin

然后運(yùn)行上面讀取文件的方法這個(gè)HLT.HRB文件。再為以這個(gè)文件為內(nèi)容空間做為程序的入口地址，設(shè)定好GDT，再jmp到這個(gè)地址，那個(gè)這個(gè)程序就運(yùn)行了。

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