使用BIOS以及直接写显存绘制图形
2016-08-23 11:20
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注：以下程序系由相应的Intel格式汇编改编而来，略有修改，若发现bug，欢迎指正。若有问题，欢迎交流。若能帮助一二访客，幸甚。
一年前仿照Skelix 写过一个简单的内核，并命名为BabyOS。当时代码大部分用的Skelix的，终究有些遗憾，所以想趁今年寒假--工作前最后一个假期，重新实现一下BabyOS，力求尽量用自己的代码实现。所以前几天学习了一下AT&T 汇编、内联汇编及C与汇编的相互调用。下一个问题就是显示，经过许多考虑，这次准备尝试一下图形界面的系统（因为看上去更有趣些），或许有点舍本求末的嫌疑，但我写个OS kernel主要是好玩，从未想有正式应用，所以怎么好玩就怎么来。
昨晚研究了下BIOS INT 0x10显示字符，今晚决定不管有用没有先学习一下BIOS INT 0x10及实模式下写显存来显示图形的知识。
view plain
copy
print?
-----------------------------------------------------------------------
INT 0x10可识别的视频图形模式
--------------------------------------------------------------------
模式 分辨率（列*行，像素） 颜色数
6 640x200 2
0DH 320x200 16
0EH 640x350 16
0FH 640x350 2
10H 640x200 16
11H 640x480 2
12H 640x480 16
13H 320x200 256
6AH 800x600 16
-----------------------------------------------------------------------
当视频控制器处于图形模式时，INT 0x10的功能0CH在屏幕上绘制一个像素点。（功能0CH执行的相当慢）
[cpp]
view plain
copy
print?
-----------------------------------------------------------------------
INT 0x10 功能0CH
---------------------------------------------------------------
描述：
写像素
接受参数：
AH 0CH
AL 像素值
BH 视频页
CX X坐标
DX Y坐标
返回值：
无
注意：
视频显示必须处于图形模式下。像素值的范围和坐标范围与当前的图形模式有关。
如果AL的位7置位，新的像素同当前像素的内容进行异或运算。
-------------------------------------------------------------------------
示例，画线程序：
[cpp]
view plain
copy
print?
# This program draws a straight line in graphics mode.
# 2012-12-24 20:42
# guzhoudiaoke@126.com
.section .text
.global _start
.code16
_start:
jmp main
clear_screen: # 清屏函数
movb $0x06, %ah # 功能号0x06
movb $0, %al # 上卷全部行，即清屏
movb $0, %ch # 左上角行
movb $0, %ch # 左上角列
movb $24, %dh # 右下角行
movb $79, %dl # 右下角列
movb $0x07, %bh # 空白区域属性
int $0x10
ret
main:
movw %cx, %ax
movw %ax, %ds
movw %ax, %es
call clear_screen # 清屏
# 设置成图形模式，0x6a为800x600, 16种颜色
movb $0, %ah # 功能号0x0
movb $0x6a, %al # 显示模式
int $0x10
# 画一条直线
movb $0x0, %bh # 视频页
movw $300, %dx # y坐标
movw $100, %cx # x坐标
movb $0x0c, %ah # 功能号
movb $9, %al # 像素值（颜色）
1:
int $0x10
incw %cx # 下一个像素
cmpw $700, %cx # 是否到了结束位置
jne 1b
1:
jmp 1b
.org 0x1fe, 0x90
.word 0xaa55
结果：
view plain
copy
print?
# This program draws text and a straight line in graphics mode.
# 2012-12-24 20:42
# guzhoudiaoke@126.com
.section .text
.global _start
.code16
_start:
jmp main
clear_screen: # 清屏函数
movb $0x06, %ah # 功能号0x06
movb $0, %al # 上卷全部行，即清屏
movb $0, %ch # 左上角行
movb $0, %ch # 左上角列
movb $24, %dh # 右下角行
movb $79, %dl # 右下角列
movb $0x07, %bh # 空白区域属性
int $0x10
ret
main:
movw %cx, %ax
movw %ax, %ds
movw %ax, %es
call clear_screen # 清屏
# 设置成图形模式，0x6a为800x600, 16种颜色
movb $0, %ah # 功能号0x0
movb $0x6a, %al # 显示模式
int $0x10
# 显示文字
movw $msgstr,%ax
movw %ax, %bp
movw len, %cx
movb $0x13, %ah
movb $0, %al
movb $0x04, %bl
movb $0x0, %bh
movb $0x02, %dh
movb $0x04, %dl
int $0x10
# 画一条直线
movb $0x0, %bh # 视频页
movw $300, %dx # y坐标
movw $100, %cx # x坐标
movb $0x0c, %ah # 功能号
movb $9, %al # 像素值（颜色）
1:
int $0x10
incw %cx # 下一个像素
cmpw $700, %cx # 是否到了结束位置
jne 1b
1:
jmp 1b
msgstr:
.asciz "line: start(100, 300), end(700, 300)\n"
len:
.int . - msgstr
.org 0x1fe, 0x90
.word 0xaa55
结果：
共有320*200个像素，因为有256种颜色，所以每个像素一个字节。左上角像素对应地址0xa0000。
模式0x13中，每个整数色彩值表示调色板的色彩表的索引。调色板中每个项都由三个独立的整数（0～63）构成，称为RGB值。调色板的第0项控制着屏幕的背景色。
有两个输出端口用于控制视频调色板：送往端口0x3c8的值表示要修改的调色板表项，送往端口0x3c9的是要修改的颜色值。
示例：
[cpp]
view plain
copy
print?
# This program draws color pixels at mode 0x13
# 2012-12-24 21:31
# guzhoudiaoke@126.com
.section .text
.global _start
.code16
_start:
jmp main
#--------------------------------------------------------------
# 清屏函数：
# 设置屏幕背景色，调色板的索引0指代的颜色为背景色
clear_screen: # 清屏函数
movb $0x06, %ah # 功能号0x06
movb $0, %al # 上卷全部行，即清屏
movb $0, %ch # 左上角行
movb $0, %ch # 左上角列
movb $24, %dh # 右下角行
movb $79, %dl # 右下角列
movb $0x07, %bh # 空白区域属性
int $0x10
ret
#----------------------------------------------------------------
# 设置显示模式函数
set_video_mode:
movb $0, %ah # 功能号0x0
movb $MODE_0X13, %al # 显示模式
int $0x10
ret
#---------------------------------------------------------------
# 显示一些文字函数：
# 使用INT 0x10中断0x13功能，显示计算机当前工作的显示模式
draw_some_text:
movw $msg_str, %bp # ES：BP为字符串地址
movw msg_len, %cx # 显示字符数
movb $0x13, %ah # 功能号
movb $0, %al # 显示模式
movb $TEXT_COLOR,%bl # 属性值
movb $0, %bh # 视频页
movb $TEXT_ROW, %dh # 显示起始行
movb $TEXT_COL, %dl # 显示起始列
int $0x10
ret
#----------------------------------------------------------------
# 设置背景颜色为深蓝色
set_screen_bk_color:
movw $VIDEO_PALLETE_PORT, %dx
movb $PA_INDEX_BACKGROUND, %al
outb %al, %dx
movw $COLOR_SELECTION_PORT, %dx
movb $0, %al # 红
outb %al, %dx
movb $0, %al # 绿
outb %al, %dx
movb $18, %al # 蓝（亮度18/63）
outb %al, %dx
ret
#----------------------------------------------------------------
# 通过写显存绘制一些像素点：
# 首先设置调色板索引1处的颜色为白色
# 然后通过写显存的方式，向ES：DI写入数据（PA_INDEX_WHITE）
draw_some_pixels:
# 把索引1处的颜色改为白色（63，63，63）
movw $VIDEO_PALLETE_PORT, %dx
movb $PA_INDEX_WHITE, %al
outb %al, %dx
movw $COLOR_SELECTION_PORT, %dx
movb $63, %al # 红
outb %al, %dx
movb $63, %al # 绿
outb %al, %dx
movb $63, %al # 蓝
outb %al, %dx
# 设置ES的值
movw $VIDEO_SEG_GRAPHIC, %ax
movw %ax, %es
# 设置要显示的像素位置的显存地址（目的地址）
movw $(PIXEL_ROW_ST*320 + PIXEL_COL_ST), %di
movb $PA_INDEX_WHITE, %al
movw $PIXEL_COUNT, %cx
draw_a_pixel:
stosb
addw $5, %di
loop draw_a_pixel
ret
main:
movw %cx, %ax
movw %ax, %ds
movw %ax, %es
call clear_screen # 清屏
call set_video_mode # 设置显示模式
call set_screen_bk_color # 设置背景颜色
call draw_some_text # 绘制字符串
call draw_some_pixels # 绘制像素
1:
jmp 1b
# 常量定义：
VIDEO_SEG_TEXT = 0xb800
VIDEO_SEG_GRAPHIC = 0xa000
VIDEO_PALLETE_PORT = 0x3c8
COLOR_SELECTION_PORT= 0x3c9
MODE_0X13 = 0x13
PA_INDEX_BACKGROUND = 0x0
PA_INDEX_WHITE = 0x1
TEXT_ROW = 0x01
TEXT_COL = 0x00
TEXT_COLOR = 0x04
PIXEL_ROW_ST = 100
PIXEL_COL_ST = 160-5*10
PIXEL_COUNT = 20
msg_str:
msg_mode:
.asciz "video mode: 0x13"
.org msg_mode+40, 0
msg_scr_res:
.asciz "screen resolution:320x200"
.org msg_scr_res+40, 0
msg_color_num:
.asciz "color num:256"
.org msg_color_num+40*4, 0
msg_babyos:
.asciz "The new Baby OS will have a GUI,but now it can only draw some pixels, haha..And merry Christmas!"
msg_len:
.int . - msg_str - 1
.org 0x1fe, 0x90
.word 0xaa55
结果:
注释：
文字是用的BIOS INT 0x10显示的，VGA的0x13模式下显示的文字为40列x25行，字符框8x8，看上去有点丑，以后再研究下超级VGA（SVGA）吧～
一年前仿照Skelix 写过一个简单的内核，并命名为BabyOS。当时代码大部分用的Skelix的，终究有些遗憾，所以想趁今年寒假--工作前最后一个假期，重新实现一下BabyOS，力求尽量用自己的代码实现。所以前几天学习了一下AT&T 汇编、内联汇编及C与汇编的相互调用。下一个问题就是显示，经过许多考虑，这次准备尝试一下图形界面的系统（因为看上去更有趣些），或许有点舍本求末的嫌疑，但我写个OS kernel主要是好玩，从未想有正式应用，所以怎么好玩就怎么来。
昨晚研究了下BIOS INT 0x10显示字符，今晚决定不管有用没有先学习一下BIOS INT 0x10及实模式下写显存来显示图形的知识。
1.绘制像素
[cpp]view plain
copy
print?
-----------------------------------------------------------------------
INT 0x10可识别的视频图形模式
--------------------------------------------------------------------
模式 分辨率（列*行，像素） 颜色数
6 640x200 2
0DH 320x200 16
0EH 640x350 16
0FH 640x350 2
10H 640x200 16
11H 640x480 2
12H 640x480 16
13H 320x200 256
6AH 800x600 16
-----------------------------------------------------------------------
当视频控制器处于图形模式时，INT 0x10的功能0CH在屏幕上绘制一个像素点。（功能0CH执行的相当慢）
[cpp]
view plain
copy
print?
-----------------------------------------------------------------------
INT 0x10 功能0CH
---------------------------------------------------------------
描述：
写像素
接受参数：
AH 0CH
AL 像素值
BH 视频页
CX X坐标
DX Y坐标
返回值：
无
注意：
视频显示必须处于图形模式下。像素值的范围和坐标范围与当前的图形模式有关。
如果AL的位7置位，新的像素同当前像素的内容进行异或运算。
-------------------------------------------------------------------------
示例，画线程序：
[cpp]
view plain
copy
print?
# This program draws a straight line in graphics mode.
# 2012-12-24 20:42
# guzhoudiaoke@126.com
.section .text
.global _start
.code16
_start:
jmp main
clear_screen: # 清屏函数
movb $0x06, %ah # 功能号0x06
movb $0, %al # 上卷全部行，即清屏
movb $0, %ch # 左上角行
movb $0, %ch # 左上角列
movb $24, %dh # 右下角行
movb $79, %dl # 右下角列
movb $0x07, %bh # 空白区域属性
int $0x10
ret
main:
movw %cx, %ax
movw %ax, %ds
movw %ax, %es
call clear_screen # 清屏
# 设置成图形模式，0x6a为800x600, 16种颜色
movb $0, %ah # 功能号0x0
movb $0x6a, %al # 显示模式
int $0x10
# 画一条直线
movb $0x0, %bh # 视频页
movw $300, %dx # y坐标
movw $100, %cx # x坐标
movb $0x0c, %ah # 功能号
movb $9, %al # 像素值（颜色）
1:
int $0x10
incw %cx # 下一个像素
cmpw $700, %cx # 是否到了结束位置
jne 1b
1:
jmp 1b
.org 0x1fe, 0x90
.word 0xaa55
结果：
2.图形模式用功能0x13显示字符串
[cpp]view plain
copy
print?
# This program draws text and a straight line in graphics mode.
# 2012-12-24 20:42
# guzhoudiaoke@126.com
.section .text
.global _start
.code16
_start:
jmp main
clear_screen: # 清屏函数
movb $0x06, %ah # 功能号0x06
movb $0, %al # 上卷全部行，即清屏
movb $0, %ch # 左上角行
movb $0, %ch # 左上角列
movb $24, %dh # 右下角行
movb $79, %dl # 右下角列
movb $0x07, %bh # 空白区域属性
int $0x10
ret
main:
movw %cx, %ax
movw %ax, %ds
movw %ax, %es
call clear_screen # 清屏
# 设置成图形模式，0x6a为800x600, 16种颜色
movb $0, %ah # 功能号0x0
movb $0x6a, %al # 显示模式
int $0x10
# 显示文字
movw $msgstr,%ax
movw %ax, %bp
movw len, %cx
movb $0x13, %ah
movb $0, %al
movb $0x04, %bl
movb $0x0, %bh
movb $0x02, %dh
movb $0x04, %dl
int $0x10
# 画一条直线
movb $0x0, %bh # 视频页
movw $300, %dx # y坐标
movw $100, %cx # x坐标
movb $0x0c, %ah # 功能号
movb $9, %al # 像素值（颜色）
1:
int $0x10
incw %cx # 下一个像素
cmpw $700, %cx # 是否到了结束位置
jne 1b
1:
jmp 1b
msgstr:
.asciz "line: start(100, 300), end(700, 300)\n"
len:
.int . - msgstr
.org 0x1fe, 0x90
.word 0xaa55
结果：
3.内存映射图形
对于内存映射图形视频模式0x13最容易使用。这时屏幕像素映射为一个字节数组，每个像素一个字节。共有320*200个像素，因为有256种颜色，所以每个像素一个字节。左上角像素对应地址0xa0000。
模式0x13中，每个整数色彩值表示调色板的色彩表的索引。调色板中每个项都由三个独立的整数（0～63）构成，称为RGB值。调色板的第0项控制着屏幕的背景色。
有两个输出端口用于控制视频调色板：送往端口0x3c8的值表示要修改的调色板表项，送往端口0x3c9的是要修改的颜色值。
示例：
[cpp]
view plain
copy
print?
# This program draws color pixels at mode 0x13
# 2012-12-24 21:31
# guzhoudiaoke@126.com
.section .text
.global _start
.code16
_start:
jmp main
#--------------------------------------------------------------
# 清屏函数：
# 设置屏幕背景色，调色板的索引0指代的颜色为背景色
clear_screen: # 清屏函数
movb $0x06, %ah # 功能号0x06
movb $0, %al # 上卷全部行，即清屏
movb $0, %ch # 左上角行
movb $0, %ch # 左上角列
movb $24, %dh # 右下角行
movb $79, %dl # 右下角列
movb $0x07, %bh # 空白区域属性
int $0x10
ret
#----------------------------------------------------------------
# 设置显示模式函数
set_video_mode:
movb $0, %ah # 功能号0x0
movb $MODE_0X13, %al # 显示模式
int $0x10
ret
#---------------------------------------------------------------
# 显示一些文字函数：
# 使用INT 0x10中断0x13功能，显示计算机当前工作的显示模式
draw_some_text:
movw $msg_str, %bp # ES：BP为字符串地址
movw msg_len, %cx # 显示字符数
movb $0x13, %ah # 功能号
movb $0, %al # 显示模式
movb $TEXT_COLOR,%bl # 属性值
movb $0, %bh # 视频页
movb $TEXT_ROW, %dh # 显示起始行
movb $TEXT_COL, %dl # 显示起始列
int $0x10
ret
#----------------------------------------------------------------
# 设置背景颜色为深蓝色
set_screen_bk_color:
movw $VIDEO_PALLETE_PORT, %dx
movb $PA_INDEX_BACKGROUND, %al
outb %al, %dx
movw $COLOR_SELECTION_PORT, %dx
movb $0, %al # 红
outb %al, %dx
movb $0, %al # 绿
outb %al, %dx
movb $18, %al # 蓝（亮度18/63）
outb %al, %dx
ret
#----------------------------------------------------------------
# 通过写显存绘制一些像素点：
# 首先设置调色板索引1处的颜色为白色
# 然后通过写显存的方式，向ES：DI写入数据（PA_INDEX_WHITE）
draw_some_pixels:
# 把索引1处的颜色改为白色（63，63，63）
movw $VIDEO_PALLETE_PORT, %dx
movb $PA_INDEX_WHITE, %al
outb %al, %dx
movw $COLOR_SELECTION_PORT, %dx
movb $63, %al # 红
outb %al, %dx
movb $63, %al # 绿
outb %al, %dx
movb $63, %al # 蓝
outb %al, %dx
# 设置ES的值
movw $VIDEO_SEG_GRAPHIC, %ax
movw %ax, %es
# 设置要显示的像素位置的显存地址（目的地址）
movw $(PIXEL_ROW_ST*320 + PIXEL_COL_ST), %di
movb $PA_INDEX_WHITE, %al
movw $PIXEL_COUNT, %cx
draw_a_pixel:
stosb
addw $5, %di
loop draw_a_pixel
ret
main:
movw %cx, %ax
movw %ax, %ds
movw %ax, %es
call clear_screen # 清屏
call set_video_mode # 设置显示模式
call set_screen_bk_color # 设置背景颜色
call draw_some_text # 绘制字符串
call draw_some_pixels # 绘制像素
1:
jmp 1b
# 常量定义：
VIDEO_SEG_TEXT = 0xb800
VIDEO_SEG_GRAPHIC = 0xa000
VIDEO_PALLETE_PORT = 0x3c8
COLOR_SELECTION_PORT= 0x3c9
MODE_0X13 = 0x13
PA_INDEX_BACKGROUND = 0x0
PA_INDEX_WHITE = 0x1
TEXT_ROW = 0x01
TEXT_COL = 0x00
TEXT_COLOR = 0x04
PIXEL_ROW_ST = 100
PIXEL_COL_ST = 160-5*10
PIXEL_COUNT = 20
msg_str:
msg_mode:
.asciz "video mode: 0x13"
.org msg_mode+40, 0
msg_scr_res:
.asciz "screen resolution:320x200"
.org msg_scr_res+40, 0
msg_color_num:
.asciz "color num:256"
.org msg_color_num+40*4, 0
msg_babyos:
.asciz "The new Baby OS will have a GUI,but now it can only draw some pixels, haha..And merry Christmas!"
msg_len:
.int . - msg_str - 1
.org 0x1fe, 0x90
.word 0xaa55
结果:
注释：
文字是用的BIOS INT 0x10显示的，VGA的0x13模式下显示的文字为40列x25行，字符框8x8，看上去有点丑，以后再研究下超级VGA（SVGA）吧～
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