DOS下的SVGA编程
| 第一章 SVGA显示卡和VBE标准 视频图形阵列适配器(vidio graphics array, VGA)是IBM公司在1987年制定的显示卡标准，它提供的字符和图形两种模式，图形分辨率最大是640 * 480 * 16色或者320 * 200 * 256色，这个标准是显示卡发展的一个丰碑，改变了各厂商混战相互不兼容的局面，而且统一了软件接口标准，为程序开发提供了特别大的方便。VGA显示的调用方法放在了BIOS中，统一使用int 10h功能，主要功能有设置显示模式，文本窗口上卷下卷、光标和字符串，使用调色板、位面结构、读像素和写像素等。 当然，VGA逐渐不能满足需要了。在80年代末至90年代初，市场上出现了以TVGA系列、S3系列、Cirrus Logic系列、ET系列等为首的一批显示卡，它们都提供了比VGA分辨率更高、颜色更丰富的显示模式，又完全兼容VGA显示卡，它们被统称为Super VGA(超级VGA，简写为SVGA)。他们在高分辨率高颜色数的控制方面又需要制定一个新的标准。为此视频电子学标准协会VESA(Vidio Electronics Standards Association)提出了一组扩展的BIOS功能调用接口——VBE(VESA BIOS Extension)标准，在软件接口层次上实现了各种SVGA显示卡之间的兼容性。 时至今日，或许有些显示卡已不兼容VGA标准，但是所有的显示卡厂商都无一例外地支持VBE标准。几乎所有的Super VGA卡都提供了符合VESA SVGA标准的扩展BIOS。通过一组int 10h, AH=4Fh中断调用，使用VESA SVGA的扩展功能而不必了解各种显示卡的硬件细节，基于该标准编写的程序就具有非常广泛的硬件兼容性。 VBE标准到已经发布过3个版本。1991年10月VESA发布了VBE1.2，这个标准规定了应用程序访问高性能显示卡的简易性接口，允许应用程序查询显示卡的特性并设置成合适的模式，包括分辨率，色彩丰富的模式。VBE1.2是现代显示卡广泛采用的标准。 1994 年11月发布VBE2.0，它最重要的改进是增加了保护模式支持(VBE功能0Ah)，提高了VBE的性能。另外，VESA组织还从VBE V2.0版标准开始增加了扩展VBE功能，包括显示器能源管理PM，显示器数据通道DDC等一些非常有用的功能。1998年9月发布VBE V3.0，主要增加了对显示卡，显示器扫描频率的控制和对平面显示器的控制。每个标准都完全向前兼容，在VESA的中文网站上可以免费下载到 VBE3.0，网址http://www.vesa.org.cn。 下面章节我们就开始讲SVGA 640*480*256色分辨率怎样调用VBE1.2 BIOS功能编程。 第二章 DOS内存和SVGA的位面结构 虽然不同的SVGA显示卡的体系结构不同，但它们最初都是从标准VGA的结构上扩充而来的，包括五大功能模块，即显示控制器、定序器，属性控制器、图形控制器和显示存储器(VRAM)。SVGA卡640*480*256色的显示模式也和VGA卡的256色模式类似，每个像素点8位，整个VRAM地址空间按扫描行连续存放，超过 64K的地址空间采用位面映射机制分块影射到主机提供的地址上。主机提供的地址空间叫做窗口，SVGA把VRAM分成小块(称为位面)，每块64K，分别映射到窗口上。 下面的表格就是是DOS系统中的内存安排，注意从地址A0000h(即640KB)开始是用于显示的视频缓冲区和BIOS的地址空间，这正是我们图形编程中要用到的地址。 在上图中“图形模式视频缓冲区”就是主机提供的窗口，大小是64KB。下面的图表示640*480*256色显示模式的位面映射机制。 有的显示模式窗口大小和位面大小不一定是64KB，有可能内存窗口小，显示存储器（VRAM）中的每一个64K位面没有放满，也就是说VRAM中有效的显示信息不是连续的。如果要确定某个显示模式具体的窗口大小、位面尺寸和个数，颜色信息等等，就要调用VBE BIOS功能4F01h。 第三章 调色板 在SVGA 640*480*256显示模式下，一个像素对应显示存储器(VRAM)中用一个字节，每个字节表示一种颜色。但它不是一个真正的颜色，而是颜色的索引号，对应于SVGA调色板上的256个颜色寄存器。实际的颜色码来自于颜色寄存器中，每种颜色18位，红绿蓝各6位，共可以表示256K种不同的颜色，不过同时在显示器上显示的只有256种。 通过I/O端口地址3C8h和3C9h设置调色板，这样写代码： struct COLOR { BYTE R; BYTE G; BYTE B; }; struct COLOR colors[256]; //假设颜色变量已经保存在上面的数组中 for(int i=0; i < 256; i++) { outportb(0x3C8, i); //调色板寄存器索引号 outportb(0x3C9, (colors.R)>>2); //传入红色分量,6位 outportb(0x3C9, (colors.G)>>2); //传入蓝色分量,6位 outportb(0x3C9, (colors.B)>>2); //传入绿色分量,6位 } 颜色从哪里来，在本目录中有个颜色表文件ColPal.col，每个颜色4个字节，依次是蓝、绿、红、空，把它读出来放到颜色数组中。它的颜色表就是下面的样子： 第三章 VBE BIOS功能调用 这一章写怎样使用VBE BIOS功能编写DOS下的图形界面程序，更详细的编程参考资料也放在了本目录中，一个是VBE3.0标准 1. AH必须等于4Fh，说明示调用VBE功能。 2. AL等于VBE的功能号，其中0≤AL≤0Bh； 3. BL等于子功能号，也可以没有子功能； 4. 调用int 10h； 5. 返回值均在AX中，回想起调用Windows API也是把返回值放到AX中。对VBE功能的调用一般需检查AX中的返回值，常见的返回值有：(1)功能调用成功，返回AX = 004Fh；(2)不支持该功能，一般返回AX = 4F00h；(3)支持该功能但该功能调用失败，返回AX = 014Fh。 6. 返回值的含义如下： (1) AL = 4Fh：支持该功能； (2) AL != 4Fh：不支持该功能； (3) AH = 00h：功能调用成功； (4) AH = 01h：功能调用失败； (5) AH = 02h：当前的硬件配置不支持该功能； (6) AH = 03h：当前的显示模式不支持该功能。 1 进入SVGA彩色模式 __asm { mov AX, 4F02h mov BX, 101h //显示模式 640 * 480 * 256色 int 10h } 常用的显示模式如下表所示,VBE标准涉及到的最大分辨率就是1280*1024，更高级的显示模式可以由厂家自己定义。 BX 像素分辨率 * 颜色数 101h 640 * 480 * 256 103h 800 * 600 * 256 105h 1024 * 768 * 256 111h 640 * 480 * 64K 112h 640 * 480 * 16M 114h 800 * 600 * 64K 115h 800 * 600 * 16M 118h 1024 * 768 * 16M 2 返回某个显示模式的信息 有时候不能确定显示模式的窗口和位面大小是不是64KB，就用这个函数确定一下。 int NumberOfPlanes; //这三个变量保存模式的参数 int WinGran; int WinSize; struct ModeInfo mode_info; //模式信息块 WORD segx = FP_SEG(mode_info); WORD offx = FP_OFF(mode_info); BYTE result; __asm { mov AX, 4F01h //功能号 mov CX, 118h //显示模式 mov ES, segx mov DI, offx //ESI指向模式信息块的指针 int 10h mov result, AH } if(result == 0x4F) //调用成功，显示卡支持该功能 { NumberOfPlanes = mode_info.NumberOfPlanes; //位平面的个数 WinGran = mode_info.WinGran; //位面大小(窗口粒度),以KB为单位 WinSize = mode_info.Winsize; //窗口大小,以KB为单位 } VBE把特定模式的信息保存在struct ModeInfo结构中，我们有时间可以了解一下，反正没有坏处。 struct ModeInfo //共256字节 { WORD ModeAttr; //模式的属性 BYTE WinAAttr, WinBAttr; //窗口A,B的属性 /* 还有其他的位面-窗口映射方法中包含两个窗口,不过现在这种情况极少 */ WORD WinGran; //位面大小(窗口粒度),以KB为单位 WORD WinSize; //窗口大小,以KB为单位 WORD WinASeg, WinBSeg; //窗口A,B的起始段址 BYTE far *BankFunc; //换页调用入口指针 /* 换页时可以调用该功能，也可以用VBE功能05h完成，但是直接调用该功能可以加快调用速度，因为int指令需要耗费大量的CPU周期。高性能的程序设计都是以直接调用该功能代替05h功能进行换页。(PS:我们暂时不编高性能的程序，所以使用int 10,AX=5F05h换页) */ WORD BytesPerScanLine; //每条水平扫描线所占的字节数 WORD XRes, YRes; //水平,垂直方向的分辨率 BYTE XCharSize, YCharSize;//字符的宽度和高度 BYTE NumberOfplanes; //位平面的个数 BYTE BitsPerPixel; //每像素的位数 BYTE NumberOfBanks //CGA逻辑扫描线分组数 BYTE MemoryModel; //显示内存模式 BYTE BankSize; //CGA每组扫描线的大小 BYTE NumberOfImagePages; //可同时载入的最大满屏图像数 BYTE reserve1; //为页面功能保留 //对直接写颜色模式的定义区域 BYTE RedMaskSize; //红色所占的位数 BYTE RedFieldPosition; //红色的最低有效位位置 BYTE GreenMaskSize; //绿色所占位数 BYTE GreenFieldPosition; //绿色的最低有效位位置 BYTE BlueMaskSize; //蓝色所占位数 BYTE BlueFieldPosition; //蓝色最低有效位位置 BYTE RsvMaskSize; //保留色所占位数 BYTE RsvFieldPosition; //保留色的最低有效位位置 BYTE DirectColorModeInfo; //直接颜色模式属性 //以下为VBE2.0版本以上定义 BYTE far *PhyBasePtr; //可使用的大的帧缓存时为指向其首址的32位物理地址 DWORD OffScreenMenOffset; //帧缓存首址的32位偏移量 WORD OffScreenMemSize; //可用的,连续的显示缓冲区,以KB为单位 //以下为VBE3.0版以上定义 WORD LinBytesPerScanLine; //线形缓冲区中每条扫描线的长度,以字节为单位 BYTE BnkNumberOfImagePages; //使用窗口功能时的显示页面数 BYTE LinNumberOfImagePages; //使用大的线性缓冲区时的显示页面数 BYTE LinRedMaskSize; //使用大的线性缓冲区时红色所占位数 BYTE LinRedFieldPosition; //使用大的线性缓冲区时红色最低有效位位置 BYTE LinGreenMaskSize; //使用大的线性缓冲区时绿色所占的位数 BYTE LinGreenFieldPosition; //使用大的线性缓冲区时绿色最低有效位位置 BYTE LinBlueMaskSize; //使用大的线性缓冲区时蓝色所占的位数 BYTE LinBlueFieldPosition; //使用大的线性缓冲区时蓝色最低有效位位置 BYTE LinRsvMaskSize; //使用大的线性缓冲区时保留色所占位数 BYTE LinRsvFieldPosition; //使用大的线性缓冲区时保留色最低有效位位置 BYTE reserve2[194]; //保留 } 3 保存和恢复视频状态 在实现屏幕保护的时候用到这个功能，如果发现一段时间没有输入，就把显示器关闭，等到输入设备有动作的时候就恢复显示器。在把视频状态保存到缓冲区之前，先确定缓冲区的大小。 int size = 0; __asm { mov AX, 4F04h //功能号 mov DX, 0 //子功能 mov CX, 1 //CX==1表示保存硬件控制器状态 int 10h mov size, BX //返回得到缓冲区大小，以64字节为单位 } 假设得到的size大小是128字节（64 * 2），下面接着写保存硬件控制器状态的程序： BYTE* vga_mode[128]; WORD segx = FP_SEG(vga_mode); WORD offx = FP_OFF(vga_mode); __asm { mov AX, 4F04h mov DX, 1 //子功能——保存 mov CX, 1 //保存硬件控制器状态 mov ES, segx mov BX, offx int 10h } 恢复： __asm { mov AX, 4F04h mov DX, 2 //子功能——恢复 mov CX, 1 //恢复硬件控制器状态 mov ES, segx mov BX, offx int 10h } dongsuoying发明了发现的关闭显示器的一种方法，挺好玩： //首先: BYTE* vga_mode[128]; for(int i=0; i < 128; i++) vga_mode = 0; //然后: WORD segx = FP_SEG(vga_mode); WORD offx = FP_OFF(vga_mode); __asm { mov AX, 4F04h mov DX, 2 //子功能--恢复 mov CX, 1 //恢复硬件控制器状态 mov ES, segx mov BX, offx int 10h } 4 选择位面 从前面的位面-窗口映射图上可以看到，因为内存窗口太小，不可能包含整个显示区域，所以一定要选择位面，在作图过程中会不停地选择位面。 void SelectPlane(int page) { __asm { mov AX, 4F05h mov BX, 0 //表示当前窗口 mov DX, page //在显示存储器中的位面号 int 10h } } 选择位面的意思就是说，在内存的视频缓冲区中作图时，它会在显示器的哪一块区域显示出来。 5 写像素 这是作图的最基本的元素，我们就理解成在内存中640K地址的的一块区域描点，然后显示卡通过某种机制，把这些点送到在显示器上。下面就是描点函数，参数x, y是屏幕上的坐标，color是颜色索引值, 在640*480*256色显示模式中: void SetPixel(int x, int y, BYTE color) { //先求线性坐标 int pos = y * 640 + x; //然后求对应显示存储器中(VRAM)的的位面，一个位面大小是64KB int page = pos / (64 * 1024); //选择位面 SelectPlane(page); //图形模式视频缓冲区地址 BYTE far * VramBase = (BYTE far *)0xA0000000L; //在"窗口"画点 *(VramBase + pos) = color; } 可能有人问内存中的"窗口"才64K，（VramBase + pos）越界了怎么办？以前我也这么想，但是碰到高人指点了一下就醒悟了。原来VramBase是个<段地址:偏移地址>形式的远指针， VramBase再加上pos不会改变段地址，如果pos超过了64K，最终地址就会在段内折返回来。*(VramBase + pos) = color;语句的功能和*(VramBase + (pos % (64 * 1024))) = color;语句的功能是一样的。读像素和写像素的方法相同。 6 构造自己的图形函数库 Borland C++没有提供SVGA显示模式的图形函数库，据说有可以使用的商业图形库，但它们编译后的占用的空间太大了，有点划不来。所以必须根据需要，自己动手写一些常用的图形函数，比如画线，圆，长方形，填充等等。下面就要画一条简单的水平线。 void DrawLineH(int y, int x1, int x2, BYTE color) { int x; if(x1 > x2) //为了方便循环，交换一下 { x = x1; x1 = x2; x2 = x; } for(x = x1; x <= x2; x++) { SetPixel(x, y, color); //写像素 } } 不管任何作图函数，都要写像素，所以要把写像素的函数优化。比如，把SetPixel()做成内联函数，在选择位面之前先判断一下是否有必要，如果位面没有改变就不用去选择了。其它的作图函数也是要用写像素的方法实现，不过更要麻烦一些。dongsuoying在过电压程序中创造了很多函数，请大家编程时参考。 7 显示汉字 假如一个16*16的点阵汉字，它的字模存放在BYTE Pattern[32]数组中，数组每两个字节表示一行，每一位表示在屏幕上显示的一个点。 void ShowHanZiSample(int x, int y, BYTE color, BYTE* Pattern) { //掩码 static BYTE mask[8]={0x80, 0x40, 0x20, 0x10, 0x08, 0x04, 0x02, 0x01}; for(int i=0; i < 16; i++) { for(int j=0; j < 16; j++) { BYTE b1 = Pattern[i * 2 + j / 8]; //读字模 b1 = b1 & mask[j % 8]; //这个位置是0还是1 if(b1) //是不是要显示这个点 SetPixel(x + j, y + i, color); //描点 } } } 显示ASCII字符也一样，就是把字模拷贝到屏幕上。实际中应用是先根据汉字或字符的编码，在字库中查找字模，然后根据字模在屏幕上画出来。总之，点阵字符很简单。还有一些图形拷贝运算函数图形加速技术，介于篇幅就不易以介绍了。 8 退出SVGA图形模式 回到默认字符模式： __asm { mov AX, 03h int 10h } VGA BIOS功能调用，AH=0子功能是设置模式，AL=3是将要设置的模式编号，对于VGA来说AL=3代表了字符模式，80*25，16色。 第四章 鼠标 鼠标和VBE好像不相干，但是图形界面中必须的工具。DOS7.10中包含鼠标驱动程序CTMOUSE.EXE，在config.sys文件中增加一行 DEVICE=C:\DOS71\CTMOUSE.EXE 就可以在程序中应用鼠标功能了，但是要注意，一个只有5K的驱动程序不会把鼠标的样子也在屏幕上画出来的，所以我们如果想在程序运行的时候看到鼠标，必须自己动手画出来。据说也有的驱动程序能自己画鼠标，不过我们写过的程序还暂时用不到，所以不去关心它了。 学过SVGA之后，我想即使驱动程序自己可以画出鼠标的样子来，这个程序也是相当的复杂。因为在显卡功能标准还不统一的古代，它要判断显示卡是哪一种，显示模式是哪一种，然后才能决定怎样作图。即使大多数情况下能画出来，我想它也未必认得“先进的”SVGA 800 * 600 * 256色模式。所以要是真的想看到鼠标的话，还是不要偷懒，自己动手画出来。 鼠标功能通过BIOS的int 33h调用。 1 检测是否安装了鼠标 int check; __asm { mov AX, 0 int 33h mov check, AX //返回AX=0是未安装，AX=1是安装 } if(check) printf("Installed"); //安装了 else printf("not install"); //未安装 2 设置鼠标移动范围 如果我们的屏幕分辨率是640 * 480，那么就这样设置鼠标的范围： __asm { mov AX, 7 mov CX, 0 mov DX, 639 //设置鼠标水平范围0-639 int 33h mov AX, 8 mov CX, 0 mov DX, 479 //设置鼠标垂直范围0-479 int 33h } 3 显示和隐藏鼠标 会显示一个默认的鼠标形状，这个功能有时候能用，很多时候用不了。在DosBox模拟器中可以显示，调试的时候可能用得着。 __asm { mov AX, 1 //显示 int 33h } __asm { mov AX, 2 //隐藏 int 33h } 4 得到鼠标位置和按钮状态 int mouseX, mouseY //保存鼠标的坐标 int mouseBtn __asm { mov AX, 3 //BIOS鼠标功能3 int 33h mov mouseX, CX //在屏幕上横坐标 mov mouseY, DX //在屏幕上纵坐标 mov mouseBtn, BX //鼠标按键状态 } if(mouseBtn == 1) //鼠标左键按下了 { printf("mouse left key down，X=%d Y=%d !\n", mouseX, mouseY); } 在嵌入汇编语句时的注意事项 在C 语言中嵌入汇编有100个好处，但是要注意：不要去改变DS，SS， BP，SP寄存器的值。比较可靠的方法是，除了AX, BX，CX, DX四个通用寄存器和SI, DI两个变址寄存器外，其他的寄存器在使用后一定要恢复过来。由于C语言中的寄存器变量实际上使用SI和DI，所以在函数中有寄存器变量的时候也不要改变 SI和DI的值。 |