《一个操作系统的实现》笔记(7)--输入/输出系统(I/O)

键盘

很简单,只要设置8259A芯片的键盘端口的handler处理函数就可以了。

键盘敲击的过程

键盘编码器,用于监视键盘的输入,并把适当的数据传送给计算机。 键盘控制器,用来接受和解码来自键盘的数据,并与8259A以及软件等通信。

敲击键盘包含两个含义:动作和内容。 敲击键盘所产生的编码被称作扫描码。

当8048检测到一个键的动作后,会把相应的扫描码发送给8042,8042会把它转换成相应的Scan code 1扫描码,并将其放置在输入缓冲区,然后8042告诉8059A产生中断(IRQ1)。一直到缓冲区的内容被读出清空,8042才会收到更多的扫描码。

建立输入缓冲区

建立一个缓冲区,让keyboard_handler将每次收到的扫描码放入这个缓冲区,然后建立一个新的任务专门用来解析它们并做相应处理。

#define KB_IN_BYTES 32  /* size of keyboard input buffer */
/* Keyboard structure, 1 per console. */
typedef struct s_kb {
    char*   p_head;         /* 指向缓冲区中下一个空闲位置 */
    char*   p_tail;         /* 指向键盘任务应处理的字节 */
    int count;          /* 缓冲区中共有多少字节 */
    char    buf[KB_IN_BYTES];   /* 缓冲区 */
}KB_INPUT;

键盘缓冲区示意图:

对缓冲区进行添加操作,如果缓冲区已满,这里使用的策略是直接就把收到的字节丢弃。

PUBLIC void keyboard_handler(int irq)
{
    u8 scan_code = in_byte(KB_DATA);

    if (kb_in.count < KB_IN_BYTES) {
        *(kb_in.p_head) = scan_code;
        kb_in.p_head++;
        if (kb_in.p_head == kb_in.buf + KB_IN_BYTES) {
            kb_in.p_head = kb_in.buf;
        }
        kb_in.count++;
    }
}

用新加的任务处理键盘操作

读缓冲区时关闭了中断,到结束时才打开。

PUBLIC void keyboard_read()
{
    u8 scan_code;

    if(kb_in.count > 0){
        disable_int();
        scan_code = *(kb_in.p_tail);
        kb_in.p_tail++;
        if (kb_in.p_tail == kb_in.buf + KB_IN_BYTES) {
            kb_in.p_tail = kb_in.buf;
        }
        kb_in.count--;
        enable_int();

        disp_int(scan_code);
    }
}

解析扫描码

详见keyboard_read()中巨长的if-else。


显示器

初识TTY(终端)

不同的TTY对应的屏幕画面可能是迥然不同的,因为显示了显存的不同位置。

我们操作的对象可能是显卡,或者仅仅是显存。 在实模式下,我们通过BIOS中断来实现打印字符。 在保护模式下,我们在GDT中建立了一个段,它的开始地址0xB8000,通过段寄存器gs对它进行写操作,从而实现数据的显示。 目前,我们对于视频模块的操作也仅限于此,想显示什么就mov而已。 实际上视频是一个很复杂的部分,显示适配器可以被设置成不同模式,用来显示更多的色彩图像动画。 我们就用开机默认的80x25文本模式,占用范围为0xB8000~0XBFFFF,显存大小为32KB,每2个字节代表一个字符。

VGA视频系统的寄存器

如何让系统显示指定位置的内容? 通过端口操作设置相应的寄存器就可以了。


TTY任务

在TTY任务中执行一个循环,这个循环将轮训每一个TTY,处理它的事件。

#define TTY_IN_BYTES    256 /* tty input queue size */

struct s_console;

/* TTY */
typedef struct s_tty
{
    u32 in_buf[TTY_IN_BYTES];   /* TTY 输入缓冲区 */
    u32*    p_inbuf_head;       /* 指向缓冲区中下一个空闲位置 */
    u32*    p_inbuf_tail;       /* 指向键盘任务应处理的键值 */
    int inbuf_count;        /* 缓冲区中已经填充了多少 */

    struct s_console *  p_console;
}TTY;

/* CONSOLE */
typedef struct s_console
{
    unsigned int    current_start_addr; /* 当前显示到了什么位置     */
    unsigned int    original_addr;      /* 当前控制台对应显存位置 */
    unsigned int    v_mem_limit;        /* 当前控制台占的显存大小 */
    unsigned int    cursor;         /* 当前光标位置 */
}CONSOLE;

TTY任务代码示意:

多控制台


区分任务和用户进程


printf

printf()要完成屏幕输出的功能,需要控制台模块中的相应代码,所以,它必须通过系统调用才能完成。

printf()的实现–可变参数

C调用约定,后面的参数先入栈,并且由调用者清理堆栈。 假设我们调用printf(fmt, i, j); 则堆栈情况将如下图:

va_list其实是个char*,虽然用...表示了可变参数,不知道有几个参数,但其实vsprintf会根据cahr *fmt中的内容推算出有几个参数。

typedef char *          va_list;

int printf(const char *fmt, ...)
{
    int i;
    char buf[256];

    va_list arg = (va_list)((char*)(&fmt) + 4); /*4是参数fmt所占堆栈中的大小*/
    i = vsprintf(buf, fmt, arg);
    write(buf, i);

    return i;
}

int vsprintf(char *buf, const char *fmt, va_list args)
{
    char*   p;
    char    tmp[256];
    va_list p_next_arg = args;

    for (p=buf;*fmt;fmt++) {
        if (*fmt != '%') {
            *p++ = *fmt;
            continue;
        }

        fmt++;

        switch (*fmt) {
        case 'x':
            itoa(tmp, *((int*)p_next_arg));
            strcpy(p, tmp);
            p_next_arg += 4;
            p += strlen(tmp);
            break;
        case 's':
            break;
        default:
            break;
        }
    }

    return (p - buf);
}

系统调用write()

系统调用也就是触发一个自定义的中断,然后指定一个索引,执行sys_table相应的函数就可以了。 这里函数参数的传递需要一些寄存器做一下中转。。。。

printf调用过程示意图:


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