本文记录了在JOS（或在任意OS）上实现图形界面的方法与一些图形库的实现。
本文中支持的新特性：
- 支持基本图形显示
- 支持中英文显示（中英文点阵字库）
相关：VBE VESA MMIO 点阵字库
Github : https://github.com/He11oLiu/MOS
About VESA
Video Electronics Standards Association（视频电子标准协会，简称“VESA”）是制定计算机和小型工作站视频设备标准的国际组织，1989年由NEC及其他8家显卡制造商赞助成立。创立VESA的原始目的是要制定分辨率为800x600的SVGA视频显示标准。其后，VESA公告一系列的个人电脑视频周边功能的相关标准。
VBE 功能调用
参考博客CSDN博客
VBE功能调用
- AH必须等于4FH，表明是VBE标准
- AL等于VBE功能号，0<= AL <= 0BH
- BL等于子功能号，也可以没有子功能
- 调用
INT 10H - 返回值在AX中
AL=4FH：支持该功能AL!=4FH：不支持该功能AH=00H：调用成功AH=01H：调用失败AH=02H：当前硬件配置不支持该功能AH=03H：当前的显示模式不支持该功能
具体功能
此部分参考VESA编程——GUI离我们并不遥远，原作者博客已关闭。
功能0x00：返回控制器信息
输入：
AX = 4F00h 返回VBE控制器信息
ES:DI = 指向存放VbeInfoBlock结构体的缓冲区指针
输出：
AX = VBE返回状态这个函数返回一个VbeInfoBlock结构体，该结构体定义如下：
// Vbe Info Block
typedef struct {
unsigned char vbe_signature;
unsigned short vbe_version;
unsigned long oem_string_ptr;
unsigned char capabilities;
unsigned long video_mode_ptr;
unsigned short total_memory;
unsigned short oem_software_rev;
unsigned long oem_vendor_name_ptr;
unsigned long oem_product_name_ptr;
unsigned long oem_product_rev_ptr;
unsigned char reserved[222];
unsigned char oem_data[256];
} VbeInfoBlock;vbe_signature是VBE标识，应该填充的是”VESA”vbe_version是VBE版本，如果是0300h则表示3.0版本oem_string_ptr是指向oem字符串的指针，该指针是一个16位的selector:offset形式的指针，在实模式下可以直接使用。video_mode_ptr是指向视频模式列表的指针，与oem_string_ptr类型一样total_memory是64kb内存块的个数oem_vendor_name_ptr是指向厂商名字符串的指针oem_product_name_ptr是指向产品名字符串的指针
功能01 返回VBE模式信息
输入：
AX = 0x4F01 返回VBE模式信息
CX = 模式号
ES:DI = 指向VBE特定模式信息块的指针
输出：
AX = VBE返回值 这个函数返回一个ModeInfoBlock结构体，其中重要的部分如下：
mode_attributes字段，这个字段描述了图形模式的一些重要属性。其中最重要的是第4位和第7位。第4位为1表示图形模式(Graphics mode)，为0表示文本模式(Text mode)。第7位为1表示线性帧缓冲模式(Linear frame buffer mode)，为0表示非线性帧缓冲模式。我们主要要检查这两个位。xresolution，表示该视频模式的X分辨率。yresolution，表示该视频模式的Y分辨率。bits_per_pixel，表示该视频模式每个像素所占的位数。phys_base_ptr，这是一个非常重要的字段，它给出了平坦内存帧缓冲区的物理地址，你可以理解为显存的首地址。如果每个像素占32位的话，屏幕左上角第一个点所占的缓冲区就是phys_base_ptr所指的第一个4个字节。按照先行后列的顺序，每个像素点所占缓冲区依次紧密排列。我们要想在屏幕上画出像素点，就得操作以phys_base_ptr为起始的物理内存空间。
功能02 设置VBE模式信息
输入：
AX = 4F02h 设置VBE模式
BX = 需要设置的模式
D0 - D8 = 模式号
D9 - D10 = 保留（必须为0）
D11 = 0 使用当前缺省刷新率
= 1 使用用户指定的CRTC值为刷新率
D12 - D13 = 为VBE/AF保留（必须为0）
D14 = 0 使用窗口帧缓冲区模式
= 1 使用线性/平坦帧缓冲区模式
D15 = 0 清除显示内存
= 1 不清除显示内存
ES:DI = 指向CRTCInfoBlock结构体的指针
输出：
AX = VBE返回状态JOS实现
Qemu需要添加
-vga stdQEMUOPTS = -drive file=$(OBJDIR)/kern/kernel.img,index=0,media=disk,format=raw -serial mon:stdio -gdb tcp::$(GDBPORT) -vga std在
boot中实模式中获取VBE，设置VBEsti
call getvideomode
call setvideomode
cli先获取
VBE模式，填充di，然后切换模式，设置VBE模式。根据上面查的
VESA资料，调用函数，实现这两个功能。getvideomode:
mov $0x4f01, %ax # get mode
mov $0x105, %cx # mode 0x105
mov $0x8000, %di # mode info block address
int $0x10 # VBE int
ret setvideomode:
movw $0x4f02, %ax # set mode
movw $0x105, %bx
movw $0x8000, %di
int $0x10 # VBE int
movl 40(%di), %eax # get memory address
movl %eax, info_vram
movw 18(%di), %ax # get x resolution
movw %ax, info_scrnx
movw 20(%di), %ax # get y resolution
movw %ax, info_scrny
ret这里设计了一个结构体来存放从
boot传来的东西。struct boot_info
{
short scrnx, scrny;
char *vram;
};init的时候，设计一个获取boot_info的模块static void get_boot_info(void)
{
struct boot_info *info = (struct boot_info *)(KADDR(0x0ff0));
// Init Graph info
graph.scrnx = info->scrnx;
graph.scrny = info->scrny;
graph.vram = info->vram;
}这个地方我选择初始化
memory layout之后，开启真正的页表的时候才获取信息。所以这里要用KADDR进行物理地址到KVA的转化。设计一个全局用于保存图像相关信息的结构体
struct graph_info
{
short scrnx,scrny;
char *vram;
}; extern struct graph_info graph;利用
MMIO映射一片显存void graph_init()
{
int i;
// Init Graph MMIO
graph.vram =
(char *)mmio_map_region((physaddr_t)graph.vram,
graph.scrnx * graph.scrny);
cprintf("====Graph mode on====\n");
cprintf(" scrnx = %d\n",graph.scrnx);
cprintf(" scrny = %d\n",graph.scrny);
cprintf("MMIO VRAM = %#x\n",graph.vram);
cprintf("=====================\n");
// Draw Screen
for (i = 0; i < graph.scrnx * graph.scrny; i++)
*(graph.vram + i) = 0x34;
}
补充图像库
上面基本已经实现了图像显示基本平台。现在补充一些常用的图像库。
#define PIXEL(x, y) *(graph.vram + x + (y * graph.scrnx))
int draw_screen(uint8_t color)
{
int i;
for (i = 0; i < graph.scrnx * graph.scrny; i++)
*(graph.vram + i) = color;
return 0;
}
int draw_pixel(short x, short y, uint8_t color)
{
if ((x >= graph.scrnx) || (y >= graph.scrny))
return -1;
*(graph.vram + x + (y * graph.scrnx)) = color;
return 0;
}
int draw_rect(short x, short y, short l, short w, uint8_t color)
{
int i, j;
w = (y + w) > graph.scrny ? graph.scrny : (y + w);
l = (x + l) > graph.scrnx ? graph.scrnx : (x + l);
for (j = y; j < w; j++)
for (i = x; i < l; i++)
*(graph.vram + i + j * graph.scrnx) = color;
return 0;
}字库实现
这部分也是老生常谈了，板子上各种系统都实现过点阵字库。
int draw_ascii(short x, short y, char *str, uint8_t color)
{
char *font;
int i, j, k = 0;
for (k = 0; str[k] != 0; k++)
{
font = (char *)(ascii_8_16 + (str[k] - 0x20) * 16);
for (i = 0; i < 16; i++)
for (j = 0; j < 8; j++)
if ((font[i] << j) & 0x80)
PIXEL((x + j), (y + i)) = color;
x += 8;
}
return k;
}
int draw_cn(short x, short y, char *str, uint8_t color)
{
uint16_t font;
int i, j, k;
int offset;
for (k = 0; str[k] != 0; k += 2)
{
offset = ((char)(str[k] - 0xa0 - 1) * 94 +
((char)(str[k + 1] - 0xa0) - 1)) *
32;
for (i = 0; i < 16; i++)
{
font = cn_lib[offset + i * 2] << 8 |
cn_lib[offset + i * 2 + 1];
for (j = 0; j < 16; j++)
if ((font << j) & 0x8000)
PIXEL((x + j), (y + i)) = color;
}
x += 16;
}
return 0;
}直接把之前单片机的点阵字库拿过来，不过单片机当时开发环境是win，找的字库寻址模式是GB2312的。这里把这个文件的编码改为GB2312来正确编码中文即可。实现效果见文章头。
frambuffer
实际上，直接对显存写是很不负责任的行为。很早之前在写java的界面的时候，就接触了双缓冲技术，其实与显示有关的思想都是差不多的，我们应该提供一个framebuffer。当完成一个frame后，再将这个frame update到显存中。
uint8_t *framebuffer;
void init_framebuffer(){
if((framebuffer = (uint8_t *) kmalloc((size_t)(graph.scrnx*graph.scrny)))== NULL)
panic("Not enough memory for framebuffer!");
}
void update_screen(){
memcpy(graph.vram,framebuffer,graph.scrnx*graph.scrny);
}经过实现kmalloc与kfree，已经可以分配这个缓冲区，并直接向缓冲区写入，最后再进行update
#define PIXEL(x, y) *(framebuffer + x + (y * graph.scrnx))
int draw_xx()
{
xxx;
update_screen();
}总结
至此，基本的GUI底层接口已基本实现，后面的就是各种数据结构的设计，窗口树设计之类。这里暂不打算继续深究，转而研究其余内核的东西。