三十天自制操作系统（8）

第 20天

前一天我们写了一个应用程序，为了方便应用程序开发，我们直接写供应用程序调用的API，application program interface。首先做显示单个字符的应用程序。我们已民定义了一个函数void cons_putchar(struct CONSOLE *cons, int chr, char move);。只要我们能在将要写的应用程序中调用这个函数就可以了。那么这个函数也就是所谓的API了。

MOV     AL,'A'
CALL    （cons_putchar函数的地址）
fin:
  HLT
  JMP       fin

这就是一个应用程序，我们调用了操作系统的函数，也就是API。首先将要显示的字符放到AL寄存器中，再调用cons_putchar函数，这里有一个问题，这个API需要3个参数，而这个应用程序只是把要显示的字符放到al中，这个API又无法读取AL寄存器的值，这怎么搞？

首先我们要知道C语言函数中的参数实际上就是把数值推入栈中，然后函数中的程序使用栈中的数值。如果我们写一个汇编程序_asm_cons_putchar，将这3个参数push到栈中，然后call cons_putchar函数就可以了。我们在应用程序之中就不是直接call cons_putchar函数，而是call _asm_cons_putchar函数了。这个汇编语言我们应该认为是操作系统的一部分，操作系统实现这个函数就是用了让应用程序调用的。程序如下：

_asm_cons_putchar:
  PUSH  1
  AND       EAX,0xff    
  PUSH  EAX
  PUSH  DWORD [0x0fec]
  CALL  _cons_putchar
  ADD       ESP,12      
  RET

这里0xfec内存地址中的内容是我们事先把cons的地址放进去以供这个程序调用的。现在操作系统的部分已经写好了，下面修改应用程序部分。

应用程序部分唯一要修改的就是call 后面跟着的地址变为_asm_cons_putchar函数的地址。这个地址可以在操作系统编译链接之后生成的map文件中找到。找到之后写进汇编代码里就行了。但是运行之后发现出错了，我们给应用程序分配的地址段是从1003开始的。所以这里的call要写入操用系统的段地址2，返回也是用RETF函数。这样改一下就行了。

如果想让应用程序执行完之后返回到操作系统那么就需要把HTL指令换成RETF指令，表示far call的结束，在操作系统执行应用程序的部分也不能用jmp，而要用call far指令了。

由于应用程序中的call指令的地址是由我们手工查的，那么每次操作系统修改的时候，这个地址都会不同，为了让应用程序不随操作系统一起更改，我们应该想出一个办法，API不随操作系统的版本改变。

CPU中在专门用来注册函数的地方，也就是中断处理程序。通过前面中断的学习，我们知道IRQ只有16个，0~15。CPU用于通知异常状态的中断最多也只有32种，但是IDT中却最多有256个函数，留下很多没有使用的项，我们就可以拿来使用。

set_gatedesc(ide + 0x40, (int)asm_cons_putchar, 2 * 8, AR_INTGATE32);

将0x40号中断注册进中断表中。

MOV     AL,'h'
INT     0x40
MOV     AL,'e'
INT     0x40
MOV     AL,'l'
INT     0x40
MOV     AL,'l'
INT     0x40
MOV     AL,'o'
INT     0x40
RETF

将应用程序HLT中call指令修改为int指令。

_asm_cons_putchar:
  STI
  PUSH  1
  AND       EAX,0xff    
  PUSH  EAX
  PUSH  DWORD [0x0fec]
  CALL  _cons_putchar
  ADD       ESP,12      
  IRETD

为了防止寄存器出现未知的错误，我们在api的最前面执行pushad指令，在最后执行popad指令。

现在已经实现了显示字符的函数，再写一个显示字符串的函数：

void cons_putstr0(struct CONSOLE *cons, char *s)
{
  for (; *s != 0; s++) {
    cons_putchar(cons, *s, 1);
  }
  return;
}

void cons_putstr1(struct CONSOLE *cons, char *s, int l)
{
  int i;
  for (i = 0; i < l; i++) {
    cons_putchar(cons, s[i], 1);
  }
  return;
}

一共两个函数都是显示字符串的函数。第一个为碰到字符串末尾为0时停止打印。第二个为指定字符串的长度。

这次多了两个字符串，我们不再重新在IDT中注册新的中断，而是学习BIOS的中断，通过寄存器的值来指定调用了哪个中断函数。

• 功能号1 显示单个字符（al = 字符编码）
• 功能号2 显示字符串0 （ebx = 字符串地址）
• 功能号3 显示字符串1 （ebx = 字符串地址，ecx = 字符串长度)

并用edx区分功能号。

_asm_hrb_api:
  STI
  PUSHAD
  PUSHAD    
  CALL  _hrb_api
  ADD       ESP,32
  POPAD
  IRETD

一共执行了2次pushad指令。第一次是为了保存寄存器的值，第二次是为了向hrb_api函数传递参数。

void hrb_api(int edi, int esi, int ebp, int esp, int ebx, int edx, int ecx, int eax)
{
  struct CONSOLE *cons = (struct CONSOLE *) *((int *) 0x0fec);
  if (edx == 1) {
    cons_putchar(cons, eax & 0xff, 1);
  } else if (edx == 2) {
    cons_putstr0(cons, (char *) ebx);
  } else if (edx == 3) {
    cons_putstr1(cons, (char *) ebx, ecx);
  }
  return;
}

hrb_api相对来说就比较简单，只要判断edx寄存器中的值，然后根据事先约定的协议，调用相应的函数就行了，这里参数的顺序就是_asm_hrb_api中pushad指令保存寄存器的顺序。

然后在idt中注册_asm_hrb_api函数就行了。为了测试，我们写两个应用程序，程序1：

MOV     ECX,msg
MOV     EDX,1
putloop:
 MOV        AL,[CS:ECX]
 CMP        AL,0
 JE     fin
INT     0x40
ADD     ECX,1
JMP     putloop
fin:
RETF
msg:
DB  "hello",0

程序2：

MOV     EDX,2
MOV     EBX,msg
INT     0x40
RETF
msg:
DB  "hello",0

运行之后发现程序1能正常运行，但是程序2无法正常运行。

我猜测这原因肯定是在无法读取内存数据的原因。程序1每次显示字符串总是把字符编码放到寄存器中再调用操作系统的api。而程序2不一样，程序2只是把内存字符串的地址放到寄存器中，再调用操作系统的api。由于操作系统与应用程序不在同一个段中，因此操作系统无法读取应用程序2中的字符串。