W1*OS自制操作系统

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2021年12月29日05:23:11评论72 views字数 3642阅读12分8秒阅读模式

前言

做一个自己的操作系统一定是很一件很酷的事。今天仔细读了下上面三篇文章，都非常不错，不过比较遗憾的是除了第一节的hello world之外，后面的数据结构的定义，各种模式的转换都非常脑坑疼。为了能尽快做出一个成品来获得正反馈(zhuangb)，我将中间一系列过程能省则省掉了，最终能最简单展示一个helloworld的窗口程序，来增强一下满足感。

普通流程

虽然我力图精简大部分的流程，但是操作系统的制作流程还是需要明白的。

软盘读写

首先BIOS只能读取软盘512个字节，但是操作系统内核明显会超过它，所以一般这512字节都会写一个内核加载器，通过它来加载我们真正的内核。

内核加载器

内核加载器的作用是什么呢，它用来告诉BIOS，“来加载512字节之后的数据吧～”。同时我们还要注意我们编译出来的img的结构大小，前512字节是加载器的二进制代码，不足的用00来代替，后面是我们真正内核的代码。需要注意的是，内核加载器由于硬件（软盘）的结构限制，只能以512字节为单位加载内核，如果内核超出，需要及时修改加载器，告诉它“需要加载更多内核代码”。

保护模式32位寻址

计算机默认进入的实模式，但是它的功能有限，我们需要操作CPU来进入“保护模式”，上面的参考文章也会在一开始告诉你，如何进入保护模式。总之就是定义一堆看不懂的数据结构～

跨平台C语言的编译

进入到保护模式后，就可以访问到更大的内存空间了，接下来就是抛弃汇编，使用C语言编写内核。首先的问题是，C语言编写的程序如何让我们内核识别到？使用我们系统的gcc编译一个不带任何依赖的gcc即可（听起来有点好玩，就和go语言用go写的一样），然后在汇编种预留c语言的接口

[bits 32][extern main] ; Define calling point. Must have same name as kernel.c 'main' functioncall main ; Calls the C function. The linker will know where it is placed in memoryjmp $

之后用编译出来的gcc编译c语言代码，汇编编译汇编代码，将两个文件合起来即可。

绘制界面

如果要绘制界面，需要用汇编调用BIOS的中断，操作硬件打开显卡色彩功能（可以理解为用汇编操作BIOS的API）。

打开VGA显卡

mov  al, 13hmov  ah, 0x00int  0x10

画像素点

mov  ah,0chmov  al,10;颜色值 1~256mov  dx,1 ;x坐标mov  cx,1 ;y坐标mov  bh,0int  0x10

通过一个像素点，就可以画整个图形界面了（有点以前OpenGL写游戏的味道）

精简流程

为了最快自制一个带界面的操作系统，我精简了一个流程（虽然还是花了一天）。我们直接用汇编操作BIOS的显卡功能，什么加载器，什么GDT，统统不要。

直接上代码

org  0x7c00;
jmp  entry
entry:    mov  ax, 0    mov  ss, ax    mov  ds, ax    mov  es, ax    mov  si,font_X    mov  di,font_Y


putloop:    mov  al, 13h    mov  ah, 0x00    int  0x10
    mov cx,0    mov dx,0    x:      cmp cx,320      je y      ; mov dx, 2      call draw      add cx,1      jmp x    y:      add dx,1      mov cx,0      cmp dx,200      je draw_menu      jmp x    draw_menu:      mov cx,0      mov dx,183      x2:        cmp cx,320        je y2        call draw_greem        add cx,1        jmp x2      y2:        add dx,1        mov cx,0        cmp dx,200        je draw_hello        jmp x2
draw_hello:    mov cx,0    mov dx,0    _loop_x:
        mov  cl, [si]        add  si, 1        mov  dl, [di]        add  di, 1        cmp  cl, 0        je   fin        call draw_font        ; mov  ah, 0x0e        ; mov  bx, 15        ; int  0x10        jmp  _loop_x    ; _loop_y:    jmp fin


draw:    pusha    mov  ah,0ch    mov  al,8    mov  bh,0    int  0x10    popa    ret
font_X:    DB 13,12,13,11,13,13,13,13,13,13,13,13,13,13,11,12,13,14,15,1,2,3,6,7,8,2,7,2,7,2,7,2,4,5,7,2,4,5,7,2,4,5,7,2,4,5,7,3,6,3,6,3,6,3,6,3,6,20,21,19,20,21,22,19,20,21,22,20,21,27,28,29,26,30,25,31,25,31,25,31,25,31,25,31,25,31,25,31,25,31,25,31,26,30,27,28,29,35,36,37,39,34,38,39,33,39,33,39,33,34,35,36,37,38,39,33,39,33,39,33,34,38,33,35,36,37,50,51,53,54,49,50,51,52,53,54,55,49,50,51,52,53,54,55,49,50,51,52,53,54,55,50,51,52,53,54,51,52,53,52    db 0
font_Y:    DB 1,2,2,3,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,13,13,13,13,1,1,1,1,1,1,2,2,3,3,4,4,5,5,5,5,6,6,6,6,7,7,7,7,8,8,8,8,9,9,10,10,11,11,12,12,13,13,6,6,7,7,7,7,8,8,8,8,9,9,1,1,1,2,2,3,3,4,4,5,5,6,6,7,7,8,8,9,9,10,10,11,11,12,12,13,13,13,1,1,1,1,2,2,2,3,3,4,4,5,6,7,7,7,8,9,10,10,11,11,12,12,12,13,13,13,13,4,4,4,4,5,5,5,5,5,5,5,6,6,6,6,6,6,6,7,7,7,7,7,7,7,8,8,8,8,8,9,9,9,10    db 0draw_greem:    ; pop dx ;坐标y    ; pop cx ;坐标x    pusha    mov  ah,0ch    mov  al,7    mov  bh,0    int  0x10    popa    ret
draw_font:    ; pop dx ;坐标y    ; pop cx ;坐标x    pusha    mov  ah,0ch    mov  al,10    mov  bh,0    int  0x10    popa    ret
fin:    HLT    jmp  fin
times 510-($-$$) db 0dw 0xaa55

通过nasm编译

nasm kernel.asm -f bin -o kernal.img

最终效果图

W1*OS自制操作系统

font_X，font_Y是什么呢，是文字的像素坐标，因为不会用汇编操作多维数组，只能自己用Python写个转换程序，将文字转换为坐标 - =

Python转换程序

def draw_font(chars, pianyi_x=0, pianyi_y=0):    chars = chars.strip().splitlines()    y = 0 + pianyi_y    x = 0 + pianyi_x    _x = []    _y = []    output = []    for line in chars:        x = 0 + pianyi_x        for i in line:            if i == '*':                output.append((x, y))            x += 1        y += 1    print(output)
    s = ""    for point in output:        s += str(point[0]) + ","    print("x:DB " + s.strip(","))
    s = ""    for point in output:        s += str(point[1]) + ","    print("y:DB " + s.strip(","))

charsH = '''.................................**.**..*******.*******.*******..*****....***......*............................................'''charW = '''
'''draw_font(charsH, 1 + 16 + 16 + 8 + 8)

它将输出

x:DB 50,51,53,54,49,50,51,52,53,54,55,49,50,51,52,53,54,55,49,50,51,52,53,54,55,50,51,52,53,54,51,52,53,52y:DB 4,4,4,4,5,5,5,5,5,5,5,6,6,6,6,6,6,6,7,7,7,7,7,7,7,8,8,8,8,8,9,9,9,10

将这个数值放到那段代码中即可。最后，其实可以把界面画的更好看点，但是因为没有做内核加载器，我们的程序只能512字节的大小，我这段代码刚刚差不多。我明天可以试试做个内核加载器将界面完善一下～

本文始发于微信公众号（Hacking就是好玩）：W1*OS自制操作系统

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