書接上回，上回書咱們說到，繼內(nèi)存管理結(jié)構(gòu) mem_map 和中斷描述符表 idt 建立好之后，我們又在內(nèi)存中倒騰出一個(gè)新的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) request。

并且把它們都放在了一個(gè)數(shù)組中。

這是塊設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序與內(nèi)存緩沖區(qū)的橋梁，通過它可以完整地表示一個(gè)塊設(shè)備讀寫操作要做的事。

我們繼續(xù)往下看，tty_init。

void main(void) { 
    ... 
    mem_init(main_memory_start,memory_end); 
    trap_init(); 
    blk_dev_init(); 
    chr_dev_init(); 
    tty_init(); 
    time_init(); 
    sched_init(); 
    buffer_init(buffer_memory_end); 
    hd_init(); 
    floppy_init(); 
     
    sti(); 
    move_to_user_mode(); 
    if (!fork()) {init();} 
    for(;;) pause(); 
} 

這個(gè)方法執(zhí)行完成之后，我們將會(huì)具備鍵盤輸入到顯示器輸出字符這個(gè)最常用的功能。

打開這個(gè)函數(shù)后我有點(diǎn)慌。

void tty_init(void) 
{ 
    rs_init(); 
    con_init(); 
} 

看來這個(gè)方法已經(jīng)多到需要拆成兩個(gè)子方法了。

打開第一個(gè)方法，還好。

void rs_init(void) 
{ 
    set_intr_gate(0x24,rs1_interrupt); 
    set_intr_gate(0x23,rs2_interrupt); 
    init(tty_table[1].read_q.data); 
    init(tty_table[2].read_q.data); 
    outb(inb_p(0x21)&0xE7,0x21); 
} 

這個(gè)方法是串口中斷的開啟，以及設(shè)置對(duì)應(yīng)的中斷處理程序，串口在我們現(xiàn)在的 PC 機(jī)上已經(jīng)很少用到了，所以這個(gè)直接忽略，要講我也不懂。

看第二個(gè)方法，這是重點(diǎn)。代碼非常長(zhǎng)，有點(diǎn)嚇人，我先把大體框架寫出。

void con_init(void) { 
    ... 
    if (ORIG_VIDEO_MODE == 7) { 
        ... 
        if ((ORIG_VIDEO_EGA_BX & 0xff) != 0x10) {...} 
        else {...} 
    } else { 
        ... 
        if ((ORIG_VIDEO_EGA_BX & 0xff) != 0x10) {...} 
        else {...} 
    } 
    ... 
} 

可以看出，非常多的 if else。

這是為了應(yīng)對(duì)不同的顯示模式，來分配不同的變量值，那如果我們僅僅找出一個(gè)顯示模式，這些分支就可以只看一個(gè)了。 啥是顯示模式呢?那我們得簡(jiǎn)單說說顯示，一個(gè)字符是如何顯示在屏幕上的呢?換句話說，如果你可以隨意操作內(nèi)存和 CPU 等設(shè)備，你如何操作才能使得你的顯示器上，顯示一個(gè)字符‘a’呢?

我們先看一張圖。

內(nèi)存中有這樣一部分區(qū)域，是和顯存映射的。啥意思，就是你往上圖的這些內(nèi)存區(qū)域中寫數(shù)據(jù)，相當(dāng)于寫在了顯存中。而往顯存中寫數(shù)據(jù)，就相當(dāng)于在屏幕上輸出文本了。

沒錯(cuò)，就是這么簡(jiǎn)單。 如果我們寫這一行匯編語(yǔ)句。

mov [0xB8000],'h' 

后面那個(gè) h 相當(dāng)于匯編編輯器幫我們轉(zhuǎn)換成 ASCII 碼的二進(jìn)制數(shù)值，當(dāng)然我們也可以直接寫。

mov [0xB8000],0x68 

其實(shí)就是往內(nèi)存中 0xB8000 這個(gè)位置寫了一個(gè)值，只要一寫，屏幕上就會(huì)是這樣。

簡(jiǎn)單吧，具體說來，這片內(nèi)存是每?jī)蓚€(gè)字節(jié)表示一個(gè)顯示在屏幕上的字符，第一個(gè)是字符的編碼，第二個(gè)是字符的顏色，那我們先不管顏色，如果多寫幾個(gè)字符就像這樣。

mov [0xB8000],'h' 
mov [0xB8002],'e' 
mov [0xB8004],'l' 
mov [0xB8006],'l' 
mov [0xB8008],'o' 

此時(shí)屏幕上就會(huì)是這樣。

是不是賊簡(jiǎn)單?那我們回過頭看剛剛的代碼，我們就假設(shè)顯示模式是我們現(xiàn)在的這種文本模式，那條件分支就可以去掉好多。 代碼可以簡(jiǎn)化成這個(gè)樣子。

#define ORIG_X          (*(unsigned char *)0x90000) 
#define ORIG_Y          (*(unsigned char *)0x90001) 
void con_init(void) { 
    register unsigned char a; 
    // 第一部分 獲取顯示模式相關(guān)信息 
    video_num_columns = (((*(unsigned short *)0x90006) & 0xff00) >> 8); 
    video_size_row = video_num_columns * 2; 
    video_num_lines = 25; 
    video_page = (*(unsigned short *)0x90004); 
    video_erase_char = 0x0720; 
    // 第二部分 顯存映射的內(nèi)存區(qū)域  
    video_mem_start = 0xb8000; 
    video_port_reg  = 0x3d4; 
    video_port_val  = 0x3d5; 
    video_mem_end = 0xba000; 
    // 第三部分 滾動(dòng)屏幕操作時(shí)的信息 
    origin  = video_mem_start; 
    scr_end = video_mem_start + video_num_lines * video_size_row; 
    top = 0; 
    bottom  = video_num_lines; 
    // 第四部分 定位光標(biāo)并開啟鍵盤中斷 
    gotoxy(ORIG_X, ORIG_Y); 
    set_trap_gate(0x21,&keyboard_interrupt); 
    outb_p(inb_p(0x21)&0xfd,0x21); 
    a=inb_p(0x61); 
    outb_p(a|0x80,0x61); 
    outb(a,0x61); 
} 

別看這么多，一點(diǎn)都不難。

首先還記不記得之前匯編語(yǔ)言的時(shí)候做的工作，存了好多以后要用的數(shù)據(jù)在內(nèi)存中。

所以，第一部分獲取 0x90006 地址處的數(shù)據(jù)，就是獲取顯示模式等相關(guān)信息。

第二部分就是顯存映射的內(nèi)存地址范圍，我們現(xiàn)在假設(shè)是 CGA 類型的文本模式，所以映射的內(nèi)存是從 0xB8000 到 0xBA000。

第三部分是設(shè)置一些滾動(dòng)屏幕時(shí)需要的參數(shù)，定義頂行和底行是哪里，這里頂行就是第一行，底行就是最后一行，很合理。

第四部分是把光標(biāo)定位到之前保存的光標(biāo)位置處(取內(nèi)存地址 0x90000 處的數(shù)據(jù))，然后設(shè)置并開啟鍵盤中斷。

開啟鍵盤中斷后，鍵盤上敲擊一個(gè)按鍵后就會(huì)觸發(fā)中斷，中斷程序就會(huì)讀鍵盤碼轉(zhuǎn)換成 ASCII 碼，然后寫到光標(biāo)處的內(nèi)存地址，也就相當(dāng)于往顯存寫，于是這個(gè)鍵盤敲擊的字符就顯示在了屏幕上。

這一切具體是怎么做到的呢?我們先看看我們干了什么。

1. 我們現(xiàn)在根據(jù)已有信息已經(jīng)可以實(shí)現(xiàn)往屏幕上的任意位置寫字符了，而且還能指定顏色。

2. 并且，我們也能接受鍵盤中斷，根據(jù)鍵盤碼中斷處理程序就可以得知哪個(gè)鍵按下了。

有了這倆功能，那我們想干嘛還不是為所欲為?

好，接下來我們看看代碼是怎么處理的，很簡(jiǎn)單。一切的起點(diǎn)，就是第四步的 gotoxy 函數(shù)，定位當(dāng)前光標(biāo)。

#define ORIG_X          (*(unsigned char *)0x90000) 
#define ORIG_Y          (*(unsigned char *)0x90001) 
void con_init(void) { 
    ... 
    // 第四部分 定位光標(biāo)并開啟鍵盤中斷 
    gotoxy(ORIG_X, ORIG_Y); 
    ... 
} 

這里面干嘛了呢?

static inline void gotoxy(unsigned int new_x,unsigned int new_y) { 
   ... 
   x = new_x; 
   y = new_y; 
   pos = origin + y*video_size_row + (x<<1); 
} 

就是給 x y pos 這三個(gè)參數(shù)附上了值。

其中 x 表示光標(biāo)在哪一列，y 表示光標(biāo)在哪一行，pos 表示根據(jù)列號(hào)和行號(hào)計(jì)算出來的內(nèi)存指針，也就是往這個(gè) pos 指向的地址處寫數(shù)據(jù)，就相當(dāng)于往控制臺(tái)的 x 列 y 行處寫入字符了，簡(jiǎn)單吧?

然后，當(dāng)你按下鍵盤后，觸發(fā)鍵盤中斷，之后的程序調(diào)用鏈?zhǔn)沁@樣的。

_keyboard_interrupt: 
    ... 
    call _do_tty_interrupt 
    ... 
     
void do_tty_interrupt(int tty) { 
   copy_to_cooked(tty_table+tty); 
} 
 
void copy_to_cooked(struct tty_struct * tty) { 
    ... 
    tty->write(tty); 
    ... 
} 
 
// 控制臺(tái)時(shí) tty 的 write 為 con_write 函數(shù) 
void con_write(struct tty_struct * tty) { 
    ... 
    __asm__("movb _attr,%%ah\n\t" 
      "movw %%ax,%1\n\t" 
      ::"a" (c),"m" (*(short *)pos) 
      :"ax"); 
     pos += 2; 
     x++; 
    ... 
} 

前面的過程不用管，我們看最后一個(gè)函數(shù) con_write 中的關(guān)鍵代碼。

__asm__ 內(nèi)聯(lián)匯編，就是把鍵盤輸入的字符 c 寫入pos 指針指向的內(nèi)存，相當(dāng)于往屏幕輸出了。

之后兩行 pos+=2 和 x++，就是調(diào)整所謂的光標(biāo)。

你看，寫入一個(gè)字符，最底層，其實(shí)就是往內(nèi)存的某處寫個(gè)數(shù)據(jù)，然后順便調(diào)整一下光標(biāo)。

由此我們也可以看出，光標(biāo)的本質(zhì)，其實(shí)就是這里的 x y pos 這仨變量而已。

我們還可以做換行效果，當(dāng)發(fā)現(xiàn)光標(biāo)位置處于某一行的結(jié)尾時(shí)(這個(gè)應(yīng)該很好算吧，我們都知道屏幕上一共有幾行幾列了)，就把光標(biāo)計(jì)算出一個(gè)新值，讓其處于下一行的開頭。

就一個(gè)小計(jì)算公式即可搞定，仍然在 con_write 源碼處有體現(xiàn)，就是判斷列號(hào) x 是否大于了總列數(shù)。

void con_write(struct tty_struct * tty) { 
    ... 
    if (x>=video_num_columns) { 
        x -= video_num_columns; 
        pos -= video_size_row; 
        lf(); 
  } 
  ... 
} 
 
static void lf(void) { 
   if (y+1<bottom) { 
      y++; 
      pos += video_size_row; 
      return; 
   } 
 ... 
} 

相似的，我們還可以實(shí)現(xiàn)滾屏的效果，無非就是當(dāng)檢測(cè)到光標(biāo)已經(jīng)出現(xiàn)在最后一行最后一列了，那就把每一行的字符，都復(fù)制到它上一行，其實(shí)就是算好哪些內(nèi)存地址上的值，拷貝到哪些內(nèi)存地址，就好了。

這里大家自己看源碼尋找。 所以，有了這個(gè)初始化工作，我們就可以利用這些信息，弄幾個(gè)小算法，實(shí)現(xiàn)各種我們常見控制臺(tái)的操作。

或者換句話說，我們見慣不怪的控制臺(tái)，回車、換行、刪除、滾屏、清屏等操作，其實(shí)底層都要實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的代碼的。 所以 console.c 中的其他方法就是做這個(gè)事的，我們就不展開每一個(gè)功能的方法體了，簡(jiǎn)單看看有哪些方法。

// 定位光標(biāo)的 
static inline void gotoxy(unsigned int new_x, unsigned int new_y){} 
// 滾屏，即內(nèi)容向上滾動(dòng)一行 
static void scrup(void){} 
// 光標(biāo)同列位置下移一行 
static void lf(int currcons){} 
// 光標(biāo)回到第一列 
static void cr(void){} 
... 
// 刪除一行 
static void delete_line(void){} 

內(nèi)容繁多，但沒什么難度，只要理解了基本原理即可了。

OK，整個(gè) console.c 就講完了，要知道這個(gè)文件可是整個(gè)內(nèi)核中代碼量最大的文件，可是功能特別單一，也都很簡(jiǎn)單，主要是處理鍵盤各種不同的按鍵，需要寫好多 switch case 等語(yǔ)句，十分麻煩，我們這里就完全沒必要去展開了，就是個(gè)苦力活。 到這里，我們就正式講完了 tty_init 的作用。

在此之后，內(nèi)核代碼就可以用它來方便地在控制臺(tái)輸出字符啦!這在之后內(nèi)核想要在啟動(dòng)過程中告訴用戶一些信息，以及后面內(nèi)核完全建立起來之后，由用戶用 shell 進(jìn)行操作時(shí)手動(dòng)輸入命令，都是可以用到這里的代碼的! 讓我們繼續(xù)向前進(jìn)發(fā)，看下一個(gè)被初始化的倒霉鬼是什么東東。 欲知后事如何，且聽下回分解。

本文轉(zhuǎn)載自微信公眾號(hào)「低并發(fā)編程」，可以通過以下二維碼關(guān)注。轉(zhuǎn)載本文請(qǐng)聯(lián)系低并發(fā)編程公眾號(hào)。本網(wǎng)站已獲得低并發(fā)編程的授權(quán)。