30天自制操作系统——Day7实验报告

一、实验主要内容
1、 内容1：获得按键编码
重点总结：改善程序，让程序在按下一个键后不结束，而是把按键的编码显示出来
（1）int.c

1、 函数功能
检测键盘IRQ1是否发生中断，发生中断后接受按键编码并在屏幕上输出
2、 Io_out8(PIC0_OCW2, 0x61)
1．功能通知PIC已经捕获了IRQ1的中断。
2．可以将0x61修改为0x61~0x6e，将对应的IRQ号码输出给OCW2
3．执行这句话后，PIC继续监视IRQ1中断是否发生。
（这句话是连续感知中断的关键）
3、 io_in8(PORT_KEYDAT)
1．从编号为0x0060的设备输入的8位信息是按键编码。编号为0x0060的设备就是键盘。
（2）结果

工作总结：设定了键盘中断检测，并将输入按键的编码输出

2、 内容2： 加快中断处理
重点总结：上述程序有一个问题，就是字符显示的内容放在了中断处理程序中。字符显示会花大块时间进行处理，如果处理键盘的中断速度太慢，就会出现不连贯或不响应的问题，这是我们不希望看见的。于是先将按键编码接受保存在变量中，然后又HariMain偶尔查看变量。
（1）init.c

键盘输入时需要缓冲区，因此定义了一个结构体，当缓冲区为空时(flag == 0)保存数据。当缓冲区满时，只能丢弃获得的数据
（2）bootpack.c

1、函数功能
读取缓冲区数据，若缓冲区为空则进入stihlt()，即进入休眠，当收到PIC通知后CPU被唤醒。若缓冲区不为空，则读取缓冲区数据并清理缓冲区
2、屏蔽中断与恢复中断
在执行中断后的步骤前，需先屏蔽中断io_cli()。完成数据读取后恢复中断io_sti()。在保存完缓冲区数据后，虽然恢复中断可能会造成混乱，但并不会影响读取的数据。
（3）结论

尝试按下右Ctrl键后，屏幕仅显示E0
因为按下右Ctrl键会产生两个字节的数据“E0 1D”，且缓冲区只能保存一个字节的数据，因此1D会被舍弃
工作总结：将字符串显示功能搬出中断处理函数，减少中断过程中可能产生的遗漏情况

3、 内容3： 制作FIFO缓冲区
重点总结：之前所创建的缓冲区只能存储一个字节的数据，因此我们需要一个能够存储多个字节的缓冲区
（1）init.c


1、函数功能
当下一存储位置next < 32时（缓冲区当前未满时），将按键数据存储在缓冲区next位置，并将next后移1位(next+1)
（2）bootpack.c

1、 函数功能
当缓冲区不为空时，读出队首元素。
2、实现细节
通过数组实现队列FIFO，读出队首数据data[0]，然后将1$\to$next-1的数据分别赋值给0~next-2。但在禁止中断的期间里做数据移动是有问题的！
工作总结：实现了缓冲区队列保存多字节数据

4、 内容4： 改善FIFO缓冲区
重点总结：因为在禁止中断期间做数据移送有问题，因此尝试开发一个不需要数据移送操作的缓冲区。这种方法是不仅维护下一个要写入数据的位置，还要维护下一个要读出数据的位置。
（1）init.c


开发不需要数据移送操作的缓冲区。这种方法是不仅维护下一个要写入数据的位置，还要维护下一个要读出数据的位置。 当写入位置=读出位置时，缓冲区为空，当写入、读出位置到达缓冲区上限时，强制置零
1、 函数功能：
保存按键编码，将编码保存在写入位置next_w位置处，随后写入位置后移。当next_w到达上限时，强制置零

（2）bootpack.c

1、函数功能：
当缓冲区非空时，读出缓冲区在下一读出数据位置next_r处的数据，随后读出位置后移。当next_r到达上限时，强制置零。
工作总结：优化缓冲区结构，实现无数据移送操作的数据读取

5、 内容5： 整理FIFO缓冲区
重点总结：整理FIFO缓冲区，让它具有通用性
（1）bootpack.h

1、 函数功能
定义了FIFO8结构体当作缓冲区。
其中，buf表示缓冲区地址，p, q表示下一个写入和读出位置，size表示缓冲区的大小，free表示缓冲区中空余字节数，flag表示缓冲区当前是否填满

（2）fifo.c

1、函数功能
初始化缓冲区，给吹缓冲区的起始地址与大小。并为其他变量赋初值

1、函数功能
数据写入缓冲区，当缓冲区剩余空间为空时，标记flag并返回-1异常。否则，存放在下一可存位置，并更新下一写入位置和剩余空间

1、 函数功能
从缓冲区读取数据，当缓冲区为空时，返回值为-1.否则，读取下一读出位置数据，并更新下一读出位置和剩余空间

1、函数功能
返回缓冲区当前存储的数据数量

2、 函数实现细节
a. 设置PIC前后中断禁止设置
为了放置在对中断设定进行更改时，如果没有连接任何设备的话，再接受别的中断会引起混乱。因此再设置前禁止所有中断，设置后，开启IQR2的中断
b. 设置主-从相连位置：
主PIC通过IQR2与从PIC相连，而对于主PIC而言，是用8位设定的，对从PIC而言，使用3位设定的。因此分别设置为 0000 0100与2

6、 内容6：总算讲到鼠标了
重点总结：虽然在主板上做了鼠标用的电路，但只要不执行激活鼠标的指令，就不会产生鼠标的中断信号。因此我们需要发行指令，让鼠标控制电路与鼠标本身有效。
（1）bootpack.c
① wait_KBC_sendready


1、函数功能
让键盘控制电路做好准备，等待控制指令的到。如果键盘控制电路可以接受CPU指令了，CPU从设备号码0x0064处所读取的数据的倒数第二位应该是0。 在确认该位为0前，程序一直通过for语句循环查询。
2、函数意图：
CPU的电路比键盘控制电路快很多，如果不断发送指令，有些指令就会得不到执行

② init_keyboard



1、函数功能
一边通过wait_KBC_sendready确认是否往键盘控制电路传送信息，一边发送模式设置指令io_out。模式设定的指令是0x60，利用鼠标模式的模式号码是0x47。使鼠标控制电路准备完成。

③ enable_mouse()

1、 函数功能
与init_keyboard非常相似，不同仅在写入的数据不同。如果往键盘控制电路发送指令0xd4(KEYCMD_SENDTO_MOUSE)，下一个数据会自动发送给鼠标。
（2） 结果

7、 内容7：从鼠标接收数据
重点总结：取出鼠标的中断数据
（1）int.c

1、 函数功能
要向PIC发送中断受理通知。IRQ-12使从PIC的第4号，从PIC与主PIC的第2号相连

【从鼠标、键盘获取数据】

1、 函数功能
从鼠标取得数据的方法与键盘完全相同。判断是哪个设备传来的数据，需要通过中断号码区分。如果键盘和鼠标FIFO缓冲区都为空，就执行HLT。否则，先检查keyinfo，如果有数据就显示出来。再检查mouseinfo，如果有数据，也显示出来

（2）结果

滚动鼠标和键盘，显示出各种各样的数字

二、遇到的问题及解决方法
填写说明：分条目列出本次的实验过程中遇到的问题和解决方法（可注明是哪位同学帮忙解决问题），描述问题时应配上相关的截图和标记，描述解决方法时应先分析出现该问题的原因再讲解决方法，尽量详细。
1、 描述问题1：为什么需要设置PIC前后中断禁止设置
为了放置在对中断设定进行更改时，如果没有连接任何设备的话，再接受别的中断会引起混乱。因此再设置前禁止所有中断，设置后，开启IQR2的中断

三、程序设计创新点
填写说明：分条目列出本次实验过程中对教材的哪些部分进行了创新或者修改，写清楚为什么要这样做，这么做会得到怎样的结果等，附上关键代码和截图。这部分是重点，占实验日志总分的20%。
1、 描述创新点1，实现一个实心圆，键盘上、下、左、右四个方向键控制圆形移动的方向
（1） 实现方法
读取键盘输入的按键编码，当编码为0x48, 0x50, 0x4B, 0x4D（分别标识上、下、左、右方向键）时，向指定的方向移动gap距离，并在屏幕上显示当前圆心坐标的位置。
（2） 如何实现图形的迁移
图形的上下迁移涉及两个步骤，首先是覆盖：将原位置图形的颜色填充为背景色。
接着画图，在移动的位置画出新的图形。数字坐标的显示方法同理。
（3） 注意
当实心圆与边界的距离小于移动距离gap时，将会在屏幕上显示“It has reached the boundary”信息，并且自动平移到与边界相切位置处。

2、 描述创新点2，改变实心圆的移动步长
在创新点1中，我们设定实心圆每次只能向对应方向移动gap距离，现在我们设定按键使实心圆能切换5、10、20的间距移动。
（1） 实现方法
将移动步长设置为gap变量，初始化为10.当按下按键F1使，gap = 5。按下按键1，2分别标识gap=10, gap=20

2、 描述创新点3，实心圆改变为圆环
通过改变圆的生成算法，生成不同的图像，然后按下空格键切换

3、 描述创新点4，记录位置并随时返回
实现位置标记，移动到其他位置后，可以根据之前记录的位置信息移动到该位置
（1） 实现方法
记录想要标记点的坐标位置，记录再record变量中。移动到其他位置后，可以返回记录位置。 通过覆盖原有位置，然后在标记位置生成相同图像即可实现

四、实验心得体会
填写说明：写本次实验的心得体会，例如：学到了什么、思考了什么、有何建议、解决问题的过程是怎样的等等（根据个人实验情况填写，内容没有硬性要求）。
1、屏蔽中断与恢复中断
在执行中断后的步骤前，需先屏蔽中断io_cli()。完成数据读取后恢复中断io_sti()。在保存完缓冲区数据后，虽然恢复中断可能会造成混乱，但并不会影响读取的数据。
2、 函数实现细节
c. 设置PIC前后中断禁止设置
为了放置在对中断设定进行更改时，如果没有连接任何设备的话，再接受别的中断会引起混乱。因此再设置前禁止所有中断，设置后，开启IQR2的中断
d. 设置主-从相连位置：
主PIC通过IQR2与从PIC相连，而对于主PIC而言，是用8位设定的，对从PIC而言，使用3位设定的。因此分别设置为 0000 0100与2