《ORANGE-s-一个操作系统实现》输入输出系统（5-2）

Posted on | In , | | Visitors:

显示器

初识TTY

TTY在Linux中就是终端。当按下ALT+F1、ALT+F2、ALT+F3等组合键时，会切换到不同的屏幕。对于不同的TTY可以理解成下面：

mark
虽然不同的TTY对应的输入设备是同一个键盘，但是输出却好比是在不同的显示器上，因为不同的TTY对应的屏幕画面可能不同。实际上，画面的不同，仅仅是显示了显存的不同位置罢了。
既然3个CONSOLE公用一块显存，那就有一种方式在切换CONSOLE的瞬间，让屏幕显示显存中某个位置的内容。
屏幕上每一个字符对应的2字节的定义如下所示：
mark
可以看到，第字节表示的是字符本身，高字节用来定义字符的颜色。
mark

寄存器

VGA视频子系统的寄存器如下：
mark
这么多的寄存器，只有一个端口0X3D5，然后配合Address Register。下图中每一个寄存器都对应一个索引值，当想要访问其中一个的时候，只需要先向Adress Register写对应的索引值，然后在通过端口0x3D5进程的操作就是针对索引值对应的寄存器了。
![mark](http://p29pmm8g4.bkt.clouddn.com/blog/180306/6aKGfjHmCk
下面我们让光标跟随我们敲入的字符，设置光标位置：

1
2
3
4
5
6
disable_int();
		out_byte(CRTC_ADDR_REG, CURSOR_H);
		out_byte(CRTC_DATA_REG, ((disp_pos/2)>>8)&0xFF);
		out_byte(CRTC_ADDR_REG, CURSOR_L);
		out_byte(CRTC_DATA_REG, (disp_pos/2)&0xFF);
		enable_int();

make运行结果如下：
mark
接着，我们通过设置Start Adressb High Register和Start Adress Low Register来重新设置显示开始地址，从而实现滚屏的功能。当我们按下shift+上箭头时，则卷动屏幕向上15行
mark

TTY任务

在TTY任务中执行一个循环，这个循环将轮询每一个TTY，处理它的事件，包括从键盘缓冲区读取数据、显示字符等。它的运行方式如下：
mark
其实轮询到每一个TTY时，不外乎做两件事：

  • 处理输入：查看是不是当前TTY，如果是则从键盘缓冲区读取数据。
  • 处理输出：如果有要显示的内容则显示它。
    下面要做的TTY任务不再简单，主要表现为：
  • 每一个TTY都应该有自己的读和写的动作。所以在keyboard_read（）内部，函数需要了解自己是被哪一个TTY调用。我们通过为函数传入一个参数来做到这一点，这个参数是指向当前TTY的指针。
  • 为了让输入输出分离，被keyboard_read（）调用的in_process()不应该再直接回显示符，而应该将回显的任务交给TTY来完成，这样我们就需要为每个TTY建立一块缓冲区，用以放置将被回显的字符。
  • 每个TTY回显字符时操作的console是不同的，所以每个TTY都应该有个成员来记载其对应的console信息。

    TTY任务框架的搭建

    TTY结构如下：
    1
    2
    3
    4
    5
    6
    7
    8
    9
    10
    11
    12
    13
    14
    #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结构如下：

1
2
3
4
5
6
7
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;

整个程序的流程如下：
mark
在task_tty()中，通过循环来处理每一个TTY的读和写操作，读写操作都放在了tty_do_read()和tty_do_write()两个函数中，这样就让taske_tty()很简洁，而且逻辑清晰。读操作会调用keyboard_read()，当然此时已经多了一个参数；写操作会调用out_char()，它会将字符写入指定的CONSOLE。，当TTY任务开始运行时，所有TTY都将被初始化，并且全局变量nr_current_console会被赋值为0.然后循环开始并一直进行下去。对于每一个TTY，首先执行tty_do_read（），它将调用kerboard_read()并将读入的字符交给函数in_process（）来处理，如果是需要输出的字符，会被in_process（）放入当前接受处理的TTY的缓冲区中。然后tty_do_write()会接着执行，如果缓冲区中有数据，就被送入out_char显示出来。

多控制台

下面是多控制台示意图：
mark
表示了某时刻显存的使用情况。其中灰色框表示当前屏幕，黑色小方格显示显存已经写入的字符。
运行结果如下:
在控制台0按下数次shift+箭头上
mark

完善键盘处理

回车键和退格键

当敲击回车键和退格键时，我们王TTY缓冲区中写入“\n”和“\b”，然后在out_char中做出相应的处理，如下：

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
PUBLIC void in_process(TTY* p_tty, u32 key)
{
        char output[2] = {'\0', '\0'};

        if (!(key & FLAG_EXT)) {
		put_key(p_tty, key);
        }
        else {
                int raw_code = key & MASK_RAW;
                switch(raw_code) {
                case ENTER:
			put_key(p_tty, '\n');
			break;
                case BACKSPACE:
			put_key(p_tty, '\b');
			break;
			
。。。。。。
PRIVATE void put_key(TTY* p_tty, u32 key)
{
	if (p_tty->inbuf_count < TTY_IN_BYTES) {
		*(p_tty->p_inbuf_head) = key;
		p_tty->p_inbuf_head++;
		if (p_tty->p_inbuf_head == p_tty->in_buf + TTY_IN_BYTES) {
			p_tty->p_inbuf_head = p_tty->in_buf;
		}
		p_tty->inbuf_count++;
	}
}

然后修改out_char：

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
41
42
43
44
45
PUBLIC void out_char(CONSOLE* p_con, char ch)
{
	u8* p_vmem = (u8*)(V_MEM_BASE + p_con->cursor * 2);

	switch(ch) {
	case '\n':
		if (p_con->cursor < p_con->original_addr +
		    p_con->v_mem_limit - SCREEN_WIDTH) {
			p_con->cursor = p_con->original_addr + SCREEN_WIDTH * 
				((p_con->cursor - p_con->original_addr) /
				 SCREEN_WIDTH + 1);
		}
		break;
	case '\b':
		if (p_con->cursor > p_con->original_addr) {
			p_con->cursor--;
			*(p_vmem-2) = ' ';
			*(p_vmem-1) = DEFAULT_CHAR_COLOR;
		}
		break;
	default:
		if (p_con->cursor <
		    p_con->original_addr + p_con->v_mem_limit - 1) {
			*p_vmem++ = ch;
			*p_vmem++ = DEFAULT_CHAR_COLOR;
			p_con->cursor++;
		}
		break;
	}

	while (p_con->cursor >= p_con->current_start_addr + SCREEN_SIZE) {
		scroll_screen(p_con, SCR_DN);
	}

	flush(p_con);
}

/*======================================================================*
                           flush
*======================================================================*/
PRIVATE void flush(CONSOLE* p_con)
{
        set_cursor(p_con->cursor);
        set_video_start_addr(p_con->current_start_addr);
}

可以看到回车键直接把光标挪到了下一行的开头，而退格键则把光标挪到上一个字符的位置，并在那里写一个空格，以便清除原来的字符。
由于不断的回车会让光标快速的移动到屏幕的底端。所以在这里还要判断光标是否已经移出了屏幕，如果是的话将会触发屏幕滚动。
另外，输出的任何类型的字符时，都做了边界检验，以防止影响到别的控制台，甚至试图写到显存之外的内存。
运行结果如下：
mark

区分任务和用户进程

前面的TTY我们称之为任务，A、B、C则为用户进程。在具体的实现上，让用户进程运行在ring3，任务继续留在ring1。如下图：
mark

printf

为进程指定TTY

当某个进程调用printf时，操作系统必须知道往哪个控制台输出才行。而当系统调用发生,ring3跳入ring0时，系统只能知道当前系统调用是由哪个进程触发的。所以我们必须为每个进程指定一个与之相对应的TTY，这可以通过在进程表中增加一个成员来实现。

printf（）的实现

printf()的实现并不简单，首先是它的参数个数和类型都可变，而且其表示格式的参数形式多样，在printf()中。都要加以识别。
下面我们先实现printf（）只支持%X一种格式。如下：

1
2
3
4
5
6
7
8
9
int printf(const char *fmt,...)
{
    int i;
    char buf[256];
    va_list arg=(va_list)((char*)(&fmt)+4);
    i=vsprintf(buf,fmt,arg);
    write(buf,i);
    return i;
}

系统调用

增加一个系统调用的过程如下所示：
mark

使用print分（）

make运行结果如下图：
mark

您的支持将鼓励我继续创作！
分享到： 收藏夹 复制网址 邮件 微信 QQ空间 腾讯微博 豆瓣 一键分享 更多