30天自制操作系统
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第4天 C语言与画面显示的练习

1 用C语言实现内存写入（harib01a）

昨天我们成功地让画面显示黑屏了，但只做到这一步没什么意思，还是往画面上画点儿什么东西比较有趣。想要画东西的话，只要往VRAM里写点什么就可以了。但是在C语言中又没有直接写入指定内存地址的语句“怎么会？分明有啊！”如果你有这样的疑问，那么作为本书的读者，你已经知道得相当多了。。嗯，真是不方便。所以，我们干脆就创建一个有这种功能的函数。下面就来修改一下naskfunc.nas。

naskfunc.nas里添加的部分

_write_mem8:     ; void write_mem8(int addr, int data);
        MOV      ECX, [ESP+4]      ; [ESP + 4]中存放的是地址，将其读入ECX
        MOV      AL, [ESP+8]       ; [ESP + 8]中存放的是数据，将其读入AL
        MOV      [ECX], AL
        RET

这个函数类似于C语言中的“write_mem8（0x1234,0x56）; ”语句，动作上相当于“MOV BYTE[0x1234],0x56”。顺便说一下，addr是address的缩写，在这里用它来表示地址。

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在C语言中如果用到了write_mem8函数，就会跳转到_write_mem8。此时参数指定的数字就存放在内存里，分别是：

第一个数字的存放地址：[ESP + 4]

第二个数字的存放地址：[ESP + 8]

第三个数字的存放地址：[ESP + 12]

第四个数字的存放地址：[ESP + 16]

（以下略）

我们想取得用参数指定的数字0x1234或0x56的内容，就用MOV指令读入寄存器。因为CPU已经是32位模式，所以我们积极使用32位寄存器。16位寄存器也不是不能用，但如果用了的话，不只机器语言的字节数会增加，而且执行速度也会变慢，没什么好处。

在指定内存地址的地方，如果使用16位寄存器指定[CX]或[SP]之类的就会出错，但使用32位寄存器，连[ECX]、[ESP]等都OK，基本上没有不能使用的寄存器。真方便。另外，在指定地址时，不光可以指定寄存器，还可以使用往寄存器加一个常数，或者减一个常数的方式。另外说一下，在16位模式下，也能使用这种方式指定，但那时候没有什么地方用得上，所以没有使用。

如果与C语言联合使用的话，有的寄存器能自由使用，有的寄存器不能自由使用，能自由使用的只有EAX、ECX、EDX这3个。至于其他寄存器，只能使用其值，而不能改变其值。因为这些寄存器在C语言编译后生成的机器语言中，用于记忆非常重要的值。因此这次我们只用EAX和ECX。

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这次还给naskfunc.nas增加了一行，那就是INSTRSET指令。它是用来告诉nask“这个程序是给486用的哦”, nask见了这一行之后就知道“哦，那见了EAX这个词，就解释成寄存器名”。如果什么都不指定，它就会认为那是为8086这种非常古老的、而且只有16位寄存器的CPU而写的程序，见了EAX这个词，会误解成标签（Label），或是常数。8086那时候写的程序中，曾偶尔使用EAX来做标签，当时也没想到这个单词后来会成为寄存器名而不能再随便使用。

上面虽然写着486用，但并不是说会出现仅能在486中执行的机器语言，这只是单纯的词语解释的问题。所以486用的模式下，如果只使用16位寄存器，也能成为在8086中亦可执行的机器语言。“纸娃娃操作系统”也支持386，所以虽然这里指定的是486，但并不是386中就不能用。可能会有人问，这里的386,486都是什么意思啊？我们来简单介绍一下电脑的CPU（英特尔系列）家谱。

8086→80186→286→386→486→Pentium→PentiumPro→PentiumII→PentiumIII→Pentium4→…

从上面的家谱来看，386已经是非常古老的CPU了。到286为止CPU是16位，而386以后CPU是32位。

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现在，汇编这部分已经准备好了，下面来修改C语言吧。这次我们导入了变量。

本次的bootpack.c内容

void io_hlt(void);
void write_mem8(int addr, int data);

void HariMain(void)
{
    int i; /＊变量声明：i是一个32位整数＊/

    for (i = 0xa0000; i <= 0xaffff; i++) {
        write_mem8(i, 15); /＊ MOV BYTE [i],15 ＊/
    }

    for (; ; ) {
        io_hlt();
    }
}

for语句是初次登场它是循环语句，会循环执行花括号（{}）括起来的部分。圆括号（()）中写的是循环执行的条件。共有3个条件，各个条件之间以分号（;）隔开，最初一个条件是初始值。所以上文第一个for语句中，把0xa0000赋值给i。任何for语句的初始值设定语句总是要执行，这是C语言的规定。

下一个部分“i <= 0xaffff”是循环条件。for语句会判断是否满足这个条件，如果不满足，就跳出“{}”括起来的循环体部分。另外，这个部分在第一次执行时就要判断，所以，有时候循环体部分有可能一次都得不到执行。不过这次的for语句中，最初的i值是0xa0000，满足条件，所以循环体部分能够被执行。

最后一个部分是“i++”，这是“i=i+1 ”的省略形式，也就是i的值增加1。这个语句在循环体执行完以后肯定要执行一次，然后判断循环条件。

只看文字说明不易于理解，我们写成代码形式来辅助说明。

for（A ; B ; C）{D; } 与以下程序等价

    A;
label:
    if (B) {
        D;
        C;
        goto label;
    }

for语句的3个条件，全都可以省略。这种情况下，不做任何初值设定，循环条件永远成立，“{}”内的循环体部分执行完以后，不做任何处理。也就是单纯的无限循环。我们在“io_hlt(); ”处使用了这种循环。

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下一步是运行“make run ”还是“make install”呢？两个都可以，但不管执行哪个，画面都不是黑屏，而是白屏。哦？这是怎么回事呢？因为VRAM全部都写入了15，意思是全部像素的颜色都是第15种颜色，而第15种颜色碰巧是纯白，所以画面就成了白色。还是画面上有点什么变化才好。

太好了，成功了！但看不出来……

最初做成的时候，还挺高兴的，但在写这本书的时候，才发觉这是一次失败。纯白的截图放到书里还是一片白，什么都看不出来。

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