【读书笔记-《30天自制操作系统》-22】Day23

本篇内容比较简单，集中于显示问题。首先编写了应用程序使用的api_malloc，然后实现了在窗口中画点与画线的API与应用程序。有了窗口显示，还要实现关闭窗口的功能，于是在键盘输入API的基础上实现了按下按键关闭窗口。最后发现用上文的强制结束按键结束应用程序，程序的窗口还没有关闭，又增加了强制结束程序时关闭窗口的功能。

1. 实现api_malloc

在上一篇中，显示窗口定义了char buf[150 * 50]。编译之后，相当于增加了150*50个字节的0x00，导致编译后的应用程序大了很多。为了精简应用程序的大小，这里改为使用分配的内存空间。

为应用程序分配内存空间，不能直接使用操作系统管理内存的memman_alloc函数。因为应用程序不能直接读写操作系统管理的内存，这样会产生异常并强制结束应用程序。应用程序可以读写的仅仅是操作系统为其分配好的内存空间，位于数据段中。

这里我们在应用程序中写好需要使用的内存大小。指定内存大小的数值后，会和栈等的大小相累加，写入到.hrb文件最开头的4个字节中。这个内存空间在数据段中的开始位置，被保存在.hrb文件的0x0020处。
设计API如下：

menman初始化：

• EDX = 8
• EBX = memman的地址
• EAX = memman所管理内存空间的起始地址
• ECX = memman所管理的内存空间的字节数

malloc:

• EDX = 9
• EBX = memman的地址
• ECX = 需要请求的字节数
• EAX = 分配到的内存空间地址

free:

• EDX = 10
• EBX = memman的地址
• EAX = 需要释放的内存空间地址
• ECX = 需要释放的字节数

根据以上设计，在hrb_api中增加以下处理：

int *hrb_api(int edi, int esi, int ebp, int esp, int ebx, int edx, int ecx, int eax)
{int ds_base = *((int *) 0xfe8);struct TASK *task = task_now();struct CONSOLE *cons = (struct CONSOLE *) *((int *) 0x0fec);struct SHTCTL *shtctl = (struct SHTCTL *) *((int *) 0x0fe4);struct SHEET *sht;int *reg = &eax + 1;	/* reg[0] : EDI,   reg[1] : ESI,   reg[2] : EBP,   reg[3] : ESP *//* reg[4] : EBX,   reg[5] : EDX,   reg[6] : ECX,   reg[7] : EAX */if (edx == 1) {cons_putchar(cons, eax & 0xff, 1);} else if (edx == 2) {cons_putstr0(cons, (char *) ebx + ds_base);} else if (edx == 3) {cons_putstr1(cons, (char *) ebx + ds_base, ecx);} else if (edx == 4) {return &(task->tss.esp0);} else if (edx == 5) {sht = sheet_alloc(shtctl);sheet_setbuf(sht, (char *) ebx + ds_base, esi, edi, eax);make_window8((char *) ebx + ds_base, esi, edi, (char *) ecx + ds_base, 0);sheet_slide(sht, 100, 50);sheet_updown(sht, 3);	reg[7] = (int) sht;} else if (edx == 6) {sht = (struct SHEET *) ebx;putfonts8_asc(sht->buf, sht->bxsize, esi, edi, eax, (char *) ebp + ds_base);sheet_refresh(sht, esi, edi, esi + ecx * 8, edi + 16);} else if (edx == 7) {sht = (struct SHEET *) ebx;boxfill8(sht->buf, sht->bxsize, ebp, eax, ecx, esi, edi);sheet_refresh(sht, eax, ecx, esi + 1, edi + 1);} else if (edx == 8) {memman_init((struct MEMMAN *) (ebx + ds_base));ecx &= 0xfffffff0;	/* 以16字节为单位 */memman_free((struct MEMMAN *) (ebx + ds_base), eax, ecx);} else if (edx == 9) {ecx = (ecx + 0x0f) & 0xfffffff0; /* 以16字节为单位进位取整 */reg[7] = memman_alloc((struct MEMMAN *) (ebx + ds_base), ecx);} else if (edx == 10) {ecx = (ecx + 0x0f) & 0xfffffff0; /* 以16字节为单位进位取整 */memman_free((struct MEMMAN *) (ebx + ds_base), eax, ecx);}return 0;
}

应用程序调用的api:

_api_initmalloc:	; void api_initmalloc(void);PUSH	EBXMOV		EDX,8MOV		EBX,[CS:0x0020]		; malloc内存空间的地址MOV		EAX,EBXADD		EAX,32*1024			; 加上32KBMOV		ECX,[CS:0x0000]		; 数据段的大小SUB		ECX,EAXINT		0x40POP		EBXRET_api_malloc:		; char *api_malloc(int size);PUSH	EBXMOV		EDX,9MOV		EBX,[CS:0x0020]MOV		ECX,[ESP+8]			; sizeINT		0x40POP		EBXRET_api_free:			; void api_free(char *addr, int size);PUSH	EBXMOV		EDX,10MOV		EBX,[CS:0x0020]MOV		EAX,[ESP+ 8]		; addrMOV		ECX,[ESP+12]		; sizeINT		0x40POP		EBXRET

应用程序：

int api_openwin(char *buf, int xsiz, int ysiz, int col_inv, char *title);
void api_putstrwin(int win, int x, int y, int col, int len, char *str);
void api_boxfilwin(int win, int x0, int y0, int x1, int y1, int col);
void api_initmalloc(void);
char *api_malloc(int size);
void api_end(void);void HariMain(void)
{char *buf;int win;api_initmalloc();buf = api_malloc(150 * 50);win = api_openwin(buf, 150, 50, -1, "hello");api_boxfilwin(win,  8, 36, 141, 43, 6 /* 浅蓝色 */);api_putstrwin(win, 28, 28, 0 /* 黑色 */, 12, "hello, world");api_end();
}

运行程序之后可以实现同样的功能，但是应用程序文件大大减小了。

2. 画点、线与刷新窗口

接下来就进入图形处理，分别来描绘点和线。

1.1 描绘点

在窗口中画点的设计很简单：

• EDX = 11
• EBX = 窗口句柄
• ESI = 显示位置的x坐标
• EDI = 显示位置的y坐标
• EAX = 色号

应用程序调用的api和应用程序的代码也比较简单。

应用程序调用API:

_api_point:		; void api_point(int win, int x, int y, int col);PUSH	EDIPUSH	ESIPUSH	EBXMOV		EDX,11MOV		EBX,[ESP+16]	; winMOV		ESI,[ESP+20]	; xMOV		EDI,[ESP+24]	; yMOV		EAX,[ESP+28]	; colINT		0x40POP		EBXPOP		ESIPOP		EDIRET

操作系统API：

……
else if (edx == 11) 
{sht = (struct SHEET *) ebx;sht->buf[sht->bxsize * edi + esi] = eax;sheet_refresh(sht, esi, edi, esi + 1, edi + 1);
}

int api_openwin(char *buf, int xsiz, int ysiz, int col_inv, char *title);
void api_boxfilwin(int win, int x0, int y0, int x1, int y1, int col);
void api_initmalloc(void);
char *api_malloc(int size);
void api_point(int win, int x, int y, int col);
void api_end(void);void HariMain(void)
{char *buf;int win;api_initmalloc();buf = api_malloc(150 * 100);win = api_openwin(buf, 150, 100, -1, "star1");api_boxfilwin(win,  6, 26, 143, 93, 0 /* 黑色*/);api_point(win, 75, 59, 3 /* 黄色 */);api_end();
}

实现的功能也比较简单，只是在窗口中显示一个点：

还可以用随机数的方式在窗口中显示多个点：

int api_openwin(char *buf, int xsiz, int ysiz, int col_inv, char *title);
void api_boxfilwin(int win, int x0, int y0, int x1, int y1, int col);
void api_initmalloc(void);
char *api_malloc(int size);
void api_point(int win, int x, int y, int col);
void api_end(void);int rand(void);		/* 0-32767之间的随机数 */void HariMain(void)
{char *buf;int win, i, x, y;api_initmalloc();buf = api_malloc(150 * 100);win = api_openwin(buf, 150, 100, -1, "stars");api_boxfilwin(win,  6, 26, 143, 93, 0 /* 黑色 */);for (i = 0; i < 50; i++) {x = (rand() % 137) +  6;y = (rand() %  67) + 26;api_point(win, x, y, 3 /* 黄色*/);}api_end();
}

在上面生成多个点的程序中，每生成一个点都会执行一次刷新窗口的操作。其实可以在描绘完所有点之后统一进行一次刷新。刷新窗口的句柄是struct SHEET的地址，是一个偶数。这样可以在所有窗口绘图命令中设置一个选项和一个仅用于刷新的API：

……
else if (edx == 11) 
{sht = (struct SHEET *) (ebx & 0xfffffffe);sht->buf[sht->bxsize * edi + esi] = eax;if ((ebx & 1) == 0) {sheet_refresh(sht, esi, edi, esi + 1, edi + 1);}
}
else if (edx == 12) 
{sht = (struct SHEET *) ebx;sheet_refresh(sht, eax, ecx, esi, edi);
}
……

以上的处理，当ebx结尾为0，即偶数时，执行刷新窗口的操作。应用程序调用的执行刷新的API:

_api_refreshwin:	; void api_refreshwin(int win, int x0, int y0, int x1, int y1);PUSH	EDIPUSH	ESIPUSH	EBXMOV		EDX,12MOV		EBX,[ESP+16]	; winMOV		EAX,[ESP+20]	; x0MOV		ECX,[ESP+24]	; y0MOV		ESI,[ESP+28]	; x1MOV		EDI,[ESP+32]	; y1INT		0x40POP		EBXPOP		ESIPOP		EDIRET

修改后的应用程序：

int api_openwin(char *buf, int xsiz, int ysiz, int col_inv, char *title);
void api_boxfilwin(int win, int x0, int y0, int x1, int y1, int col);
void api_initmalloc(void);
char *api_malloc(int size);
void api_point(int win, int x, int y, int col);
void api_end(void);int rand(void);		/* 0-32767的随机数 */void HariMain(void)
{char *buf;int win, i, x, y;api_initmalloc();buf = api_malloc(150 * 100);win = api_openwin(buf, 150, 100, -1, "stars");api_boxfilwin(win,  6, 26, 143, 93, 0 /* 黑色 */);for (i = 0; i < 50; i++) {x = (rand() % 137) +  6;y = (rand() %  67) + 26;api_point(win, x, y, 3 /* 黄色 */);}api_end();
}

1.2 描绘直线

描绘直线的基本方法：

for(i = 0; i < len; i++)
{
api_point(win, x, y, col);
x += dx;
y += dy;
}

len为线的长度，x,y为线的起始坐标，dx和dy表示线延伸的方向。
dx和dy既不能太大，导致线看起来像虚线，又不能太小，导致CPU多次在同一个坐标画点。
程序如下：

……
else if (edx == 13) 
{sht = (struct SHEET *) (ebx & 0xfffffffe);hrb_api_linewin(sht, eax, ecx, esi, edi, ebp);if ((ebx & 1) == 0) {sheet_refresh(sht, eax, ecx, esi + 1, edi + 1);}
}
……

void hrb_api_linewin(struct SHEET *sht, int x0, int y0, int x1, int y1, int col)
{int i, x, y, len, dx, dy;dx = x1 - x0;dy = y1 - y0;x = x0 << 10;y = y0 << 10;if (dx < 0) {dx = - dx;}if (dy < 0) {dy = - dy;}if (dx >= dy) {len = dx + 1;if (x0 > x1) {dx = -1024;} else {dx =  1024;}if (y0 <= y1) {dy = ((y1 - y0 + 1) << 10) / len;} else {dy = ((y1 - y0 - 1) << 10) / len;}} else {len = dy + 1;if (y0 > y1) {dy = -1024;} else {dy =  1024;}if (x0 <= x1) {dx = ((x1 - x0 + 1) << 10) / len;} else {dx = ((x1 - x0 - 1) << 10) / len;}}for (i = 0; i < len; i++) {sht->buf[(y >> 10) * sht->bxsize + (x >> 10)] = col;x += dx;y += dy;}return;
}

当前还不能处理小数。为了处理dx，dy更加精确，采用了将x和y预先扩大1024倍的方法，这样增加1024实际上就是增加1。
可以看出计算长度的方法比较粗糙，通过比较起点和终点的x，y坐标，将变化比较大的一方加上1作为长度len。这是因为当起点与终点相同时，需要在画面上显示一个点。而计算dx和dy时应用了一个小技巧：根据直线延伸的方向，将变化较大的一方设为1024或-1024，而将变化较小的一方的变化量除以len。这样的计算方式能够使描绘出的直线更平滑一些。
应用程序代码：

_api_linewin:		; void api_linewin(int win, int x0, int y0, int x1, int y1, int col);PUSH	EDIPUSH	ESIPUSH	EBPPUSH	EBXMOV		EDX,13MOV		EBX,[ESP+20]	; winMOV		EAX,[ESP+24]	; x0MOV		ECX,[ESP+28]	; y0MOV		ESI,[ESP+32]	; x1MOV		EDI,[ESP+36]	; y1MOV		EBP,[ESP+40]	; colINT		0x40POP		EBXPOP		EBPPOP		ESIPOP		EDIRET

int api_openwin(char *buf, int xsiz, int ysiz, int col_inv, char *title);
void api_initmalloc(void);
char *api_malloc(int size);
void api_refreshwin(int win, int x0, int y0, int x1, int y1);
void api_linewin(int win, int x0, int y0, int x1, int y1, int col);
void api_end(void);void HariMain(void)
{char *buf;int win, i;api_initmalloc();buf = api_malloc(160 * 100);win = api_openwin(buf, 160, 100, -1, "lines");for (i = 0; i < 8; i++) {api_linewin(win + 1,  8, 26, 77, i * 9 + 26, i);api_linewin(win + 1, 88, 26, i * 9 + 88, 89, i);}api_refreshwin(win,  6, 26, 154, 90);api_end();
}

运行程序，绘制出了几条直线：

3. 键盘输入API

接下来我们来做通过键盘按键结束API的功能。

键盘输入

• EDX = 15
• EAX = 0——没有键盘输入时返回-1，不休眠
• EAX = 1——休眠直到发生键盘输入
• EAX = 输入的字符编码

else if (edx == 15) {for (;;) {io_cli();if (fifo32_status(&task->fifo) == 0) {if (eax != 0) {task_sleep(task);	/* FIFO为空，休眠并等待 */} else {io_sti();reg[7] = -1;return 0;}}i = fifo32_get(&task->fifo);io_sti();if (i <= 1) { /* 光标用定时器 *//*应用程序运行时不需要显示光标，因此总是将下次显示用的值置为1 */timer_init(cons->timer, &task->fifo, 1); /* 下次置为1 */timer_settime(cons->timer, 50);}if (i == 2) {	/* 光标ON */cons->cur_c = COL8_FFFFFF;}if (i == 3) {	/* 光标OFF */cons->cur_c = -1;}if (256 <= i && i <= 511) { /* 键盘数据(通过任务A) */reg[7] = i - 256;return 0;}}}

由于应用程序窗口的光标显示需要用到定时器，于是也将其包含到struct CONSOLE之中了。

struct CONSOLE {struct SHEET *sht;int cur_x, cur_y, cur_c;struct TIMER *timer;
};

键盘输入的API如下：

_api_getkey:		; int api_getkey(int mode);MOV		EDX,15MOV		EAX,[ESP+4]	; modeINT		0x40RET

int api_openwin(char *buf, int xsiz, int ysiz, int col_inv, char *title);
void api_initmalloc(void);
char *api_malloc(int size);
void api_refreshwin(int win, int x0, int y0, int x1, int y1);
void api_linewin(int win, int x0, int y0, int x1, int y1, int col);
void api_closewin(int win);
int api_getkey(int mode);
void api_end(void);void HariMain(void)
{char *buf;int win, i;api_initmalloc();buf = api_malloc(160 * 100);win = api_openwin(buf, 160, 100, -1, "lines");for (i = 0; i < 8; i++) {api_linewin(win + 1,  8, 26, 77, i * 9 + 26, i);api_linewin(win + 1, 88, 26, i * 9 + 88, 89, i);}api_refreshwin(win,  6, 26, 154, 90);for (;;) {if (api_getkey(1) == 0x0a) {break; /* 按下回车键则break; */}}api_closewin(win);api_end();
}

运行程序，显示出直线；按下回车键，窗口消失。

接下来用键盘实现一个小程序：

int api_openwin(char *buf, int xsiz, int ysiz, int col_inv, char *title);
void api_putstrwin(int win, int x, int y, int col, int len, char *str);
void api_boxfilwin(int win, int x0, int y0, int x1, int y1, int col);
void api_initmalloc(void);
char *api_malloc(int size);
void api_refreshwin(int win, int x0, int y0, int x1, int y1);
void api_linewin(int win, int x0, int y0, int x1, int y1, int col);
void api_closewin(int win);
int api_getkey(int mode);
void api_end(void);void HariMain(void)
{char *buf;int win, i, x, y;api_initmalloc();buf = api_malloc(160 * 100);win = api_openwin(buf, 160, 100, -1, "walk");api_boxfilwin(win, 4, 24, 155, 95, 0 /* 黑色 */);x = 76;y = 56;api_putstrwin(win, x, y, 3 /* 黄色 */, 1, "*");for (;;) {i = api_getkey(1);api_putstrwin(win, x, y, 0 /* 黑色 */, 1, "*"); /* 用黑色擦除 */if (i == '4' && x >   4) { x -= 8; }if (i == '6' && x < 148) { x += 8; }if (i == '8' && y >  24) { y -= 8; }if (i == '2' && y <  80) { y += 8; }if (i == 0x0a) { break; } /* 按回车结束 */api_putstrwin(win, x, y, 3 /* 黄色 */, 1, "*");}	api_closewin(win);api_end();
}

运行程序，窗口中的’*'在按下2，4，6，8键时可以上下左右地移动。

4. 关闭窗口

最后还有一个问题，使用上一篇完成的Shift+F1按键结束程序时，程序结束后窗口仍然保留在屏幕上。因为上一篇的强制结束按键在结束程序后没有消除窗口，因此这一结果也在预料之中。

解决这个问题也很简单。在struct SHEET中添加一个用来存放task的成员，当应用程序结束时，查询所有的图层，找到图层中与结束的程序一样的task，将该图层关闭就可以了。

修改struct SHEET：

struct SHEET {unsigned char *buf;int bxsize, bysize, vx0, vy0, col_inv, height, flags;struct SHTCTL *ctl;struct TASK *task;
};

需要修改的程序代码：

struct SHEET *sheet_alloc(struct SHTCTL *ctl)
{struct SHEET *sht;int i;for (i = 0; i < MAX_SHEETS; i++) {if (ctl->sheets0[i].flags == 0) {sht = &ctl->sheets0[i];sht->flags = SHEET_USE; /* 正在使用 */sht->height = -1; /* 不显示 */sht->task = 0;	/* 不使用自动关闭功能 */return sht;}}return 0;	
}

……} else if (edx == 5) {sht = sheet_alloc(shtctl);sht->task = task; //给sht->task赋值sheet_setbuf(sht, (char *) ebx + ds_base, esi, edi, eax);make_window8((char *) ebx + ds_base, esi, edi, (char *) ecx + ds_base, 0);sheet_slide(sht, 100, 50);sheet_updown(sht, 3);	reg[7] = (int) sht;}
……

int cmd_app(struct CONSOLE *cons, int *fat, char *cmdline)
{
……struct SHTCTL *shtctl;struct SHEET *sht;
……if (finfo != 0) {/* 找到文件的情况 */p = (char *) memman_alloc_4k(memman, finfo->size);file_loadfile(finfo->clustno, finfo->size, p, fat, (char *) (ADR_DISKIMG + 0x003e00));if (finfo->size >= 36 && strncmp(p + 4, "Hari", 4) == 0 && *p == 0x00) {……start_app(0x1b, 1003 * 8, esp, 1004 * 8, &(task->tss.esp0));shtctl = (struct SHTCTL *) *((int *) 0x0fe4);for (i = 0; i < MAX_SHEETS; i++) {sht = &(shtctl->sheets0[i]);if (sht->flags != 0 && sht->task == task) {/* 找到应用程序遗留的窗口 */sheet_free(sht);	/* 关闭该窗口*/}}memman_free_4k(memman, (int) q, segsiz);} else {cons_putstr0(cons, ".hrb file format error.\n");}memman_free_4k(memman, (int) p, finfo->size);cons_newline(cons);return 1;}return 0;
}

这样在运行程序时，按下Shift+F1，结束程序的同时也可以关闭窗口了。

本篇内容比较简单，思路清晰，程序代码也不需要多作解释，大多还是利用前面完成的内容。下一篇中将继续开发窗口的功能，敬请期待。