30天自制操作系统——Day8实验报告

一. 主要内容

1、 内容1：鼠标解读（1）

重点总结：在Day7中，我们已经从鼠标中取得了数据。现在我们要来解读这些数据
（1）bootpack.c

1、 函数功能：读取鼠标数据
a. 首先把最初读到的0xfa舍弃掉
b. 将从鼠标读取的数据按照3个字节为一组，当数据累积到3个字节，就把它显示在屏幕上
（2）结果

1、 结果解读
屏幕上会显示“08 00 02”等三字节数字。
第一个字节：”08”
第一个数字会在0~3范围内变化(0000 ~ 0011)，移动鼠标时回复发生变化
第一个数字会在8~f范围内变化(1000 ~ 1111)，点击鼠标时会发生变化

第二个字节：”00”，与鼠标左右移动相关
第三个字节：“02”，与鼠标上下移动相关

工作总结：对从鼠标获取的数据进行了初步的处理，并以3个字节为一组。三个字节各自的含义如上表所示

2、 内容2： 稍事整理

重点总结：整理代码，创建一个结构体保存解读鼠标所需要的变量，并将数据读取处理过程封装为一个函数
（1）bootpack.c

1、 内容说明
将鼠标数据处理函数封装为mouse_decode函数，如下：

当成功处理了鼠标传来的数据，将3个字节凑齐后，执行return1在主函数中将鼠标星系显示出来

3、内容3： 鼠标解读（2）

重点总结：在结构体中增加几个变量存放解读结果，并通过增加数据处理内容获得更加精细的数据内容
（1） bootpack.c：MOUSE_DEC结构体

1、内容说明
新增加了3个变量x, y, btn。分别表示位置信息（后2个字节）与鼠标按键状态（第1个字节）
（2） bootpack.c：mouse_decode函数
首先在phase == 1情况下增加如下语句，做数据检查

1、 内容说明
Dat的前半个字节范围为（0000 ~ 0011），即前两位始终为0. 后半个字节范围为（1000 ~1111），第一位始终为1. 因此可以与0xc8（1100 1000）做与运算，当dat正常输入时，与运算的结果为0x08。否则这一字节数据不在范围内，应当舍去。

下面是解读处理的核心，将会获得鼠标按键与位移的状态

1、内容说明
① 鼠标状态”btn”：
鼠标状态放在第一个字节buf[0]的低三位（按键状态）
②③ 鼠标移动状态”x, y”：
鼠标水平、竖直移动信息x, y保存在第二位和第三位。另外还需要第一个字节中显示位移的信息（前半个字节0~3）来正确表示移动信息。将x和y第8位及第8位以后(0x <-00)全部设为一（当第一位移动信息为1-3时）或全设为0
④ 对y符号进行取反操作

下面修改显示部分

1、内容说明
Btn为三位按键信息，当btn=001时，表示按下右键。当btn=010时，表示按下左键。当btn=100时，表示按下中间滑轮
（2）结果展示

4、 内容4： 移动鼠标指针

重点总结：已完成鼠标解读工作，现在让鼠标指针动起来
（1）bootpack.c
Mdec.x, mdec.y表示鼠标向横向、纵向移动的大小。可以用此实现鼠标移动

1、 内容说明：坐标与鼠标位置更新
坐标与鼠标位置更新分为三个步骤
Step1：覆盖原有鼠标图案
Step2：计算移动后鼠标位置坐标mx, my。并对鼠标移动进行限制，鼠标不能移动超出屏幕。因此 0<(mx+x)。超出界限时，让鼠标到达极限位置
Step3：覆盖原有坐标并产生新坐标与新鼠标图案

（2）结果展示

成功实现鼠标移动，但是没有考虑叠加处理！

5、 内容5： 通往32位模式之路

重点总结：说明asmhead.nas中大约100行的代码
第一部分：PIC关闭一切中断
第二部分：允许访问1MB以上的内存空间
第三部分：切换到保护模式
第四部分：bootpack的传递
第五部分：bootpack的启动
第六部分：waitkbdout函数
第七部分：memcpy函数

（1） PIC关闭一切中断

1、 内容说明
因为在CPU进行模式转换与PIC进行初始化时，不允许中断发生。所以要把中断全部屏蔽掉。其中NOP使CPU简单休息，避免连续的OUT操作。C语言表示如下：

（2） 允许访问1MB以上的内存空间

1、内容说明
Waitkbdout功能是往键盘控制电路发送指令。此处是使键盘控制电路的附属端口输出0xdf从而让A20GATE信号线变成ON的状态。A20GATE信号线能使内存1MB以上的部分变成可使用状态。

（3） 切换到保护模式

1、内容说明
① INSTRSET指令：为了使用386以后的LGDT, EAX, CR0指令
② 进入保护模式：将CR0的最高位设为0，第一位设为1即可进行模式切换，进入保护模式
③ JMP pipelineflush：
切换到保护模式后，机器语言的解释发生了变化。因为CPU为了加快执行速度使用了管道，提前解释后面的语言。因此模式改变后需要重新解释
同时切换到保护模式后，除了CS以外的所有段寄存器都从0x0000变成了0x0008

（4）bootpack的传递

1、 内容说明

1.在asmhead结束的地方，紧连着bootpack最前面部分
将bootpack.hrb开始的512KB内容复制到BOTPAK（0x00280000号）地址处理

2.将启动扇区复制到1MB以后的内存从0x7c00复制512个字节到DSKCAC（0x00100000）处理

3.将出去启动区的部分复制到1MB以后的内存
从DSKCAC0+512（0号扇区后512MB即第一号扇区开始的地址）复制减取启动区512MB部分个字节到DSKCAC+512处理（前512被启动区占用）

（5） bootpack的启动

1、内容说明
对bootpack.hrb的headre进行解析，将执行所必须的数据传送过去。即将bootpack.hrb第0x10c8字节开始的0x11a8字节复制到0x00310000号地址去。

① 设置转移数据的大小：
数据的大小是以双字为单位的，因此鼠标传来的数据大小为传来字数/4。但从鼠标传来的数据以3个字节为一组，如果直接除以4，超出4的部分（字节数除以4的余数）会被忽略。因此在计算前使字节数+3.
但是当ECX为0，即没有需要传送的数据时，会跳转到Skip

② 设置转送源地址：
[EBX + 20]是bootpack.hrb之后的20号地址，值为0x10c8

③ 设置转送目的地址
[EBX + 12]是bootpack.hrb之后的12号地址，值位0x00310000
同时介绍了“纸娃娃系统”的内存分布图

（6） waitkbdout

1、内容说明
Waitkbdout功能是往键盘控制电路发送指令，与wait_KBC_sendready相同，也添加了指令，从0x60号设备进行IN的处理，如果控制器有键盘代码或者已经累积了鼠标数据，就把他们读出来。当数据不为空时，继续跳转到waitkbdout读取数据

（7）memcpy

1、内容说明

其中源地址、目的地址、数据大小分别保存在ECX, ESI, EDI三个寄存器中

（8）GDT0与GDTR

1、内容说明
① ALIGNB指令：一直添加DBO，直到时机合适为止
② GDT0
GDT0是一种特定的GDT，0号是空区域不能定义段。1，2号由下式设定：

在GDT0内写入了16位的段上限和32位的段起始地址

最初状态时，GDT在asmhead.nas里，并不在0x00270000 ~ 0x0027ffff范围里。

因此应尽快开放中断，接收数据。因此需要在调色盘初始化和画面准备之前重现创建GDT和IDT

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：理解鼠标数据第一阶段的if判断操作

从鼠标传来的数据以三个字节为一组进行解读。其中第一个字节的前半个字节表示鼠标的移动情况，取值范围为0~3 (0000 -> 0011)。后半个字节表示鼠标的按键状态，取值范围为8~f (1000 -> 1111)。为了预防数据不在设定的范围内，将输入数据与0xc8做与运算。当超出上述取值范围后，获得的值不为0x08，选择舍去。

2、 描述问题2：理解ECX寄存器+3并向左移位的意义

数据的大小是以双字为单位的，因此鼠标传来的数据大小为传来字节数/4。但从鼠标传来的数据以3个字节为一组，如果直接除以4，超出4的部分（字节数除以4的余数）会被忽略。因此在计算前使字节数+3.

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，解决叠加处理问题
（1） 问题描述
在上述实现鼠标移动时，会发生叠加处理问题。即在覆盖原有鼠标位置时，会同时覆盖其他背景颜色不同的结构。

（2） 可能原因分析
分析覆盖算法，是通过矩阵覆盖为背景色实现覆盖。但是因为下面对话框不是背景颜色，因此会发生颜色叠加。
1.那我们是不是可以尝试每次移动鼠标后都将画面重新初始化

但是会出现如下结果：即鼠标图像本身的影响

2.分析鼠标图像以及颜色构成，在代码中将鼠标空余空余部分显示为了背景颜色。因此可以通过把空余部分设为透明色，实现叠加


成功实现我们预定的目标

2、 描述创新点2，改变实心圆的移动步长

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、鼠标数据处理

2、坐标与鼠标位置更新
坐标与鼠标位置更新分为三个步骤
Step1： 覆盖原有鼠标图案
Step2： 计算移动后鼠标位置坐标mx, my。并对鼠标移动进行限制，鼠标不能移动超出屏幕。因此 0<(mx+x) Step3： 覆盖原有坐标并产生新坐标与新鼠标图案
3、 “纸娃娃系统”的内存分布图

4、理解解读鼠标数据第一阶段的if判断操作

从鼠标传来的数据以三个字节为一组进行解读。其中第一个字节的前半个字节表示鼠标的移动情况，取值范围为0~3 (0000 -> 0011)。后半个字节表示鼠标的按键状态，取值范围为8~f (1000 -> 1111)。为了预防数据不在设定的范围内，将输入数据与0xc8做与运算。当超出上述取值范围后，获得的值不为0x08，选择舍去。