30天自制操作系统

[第14天] 高分辨率和键盘输入

2014/08/222014/08/22 Sword York 4 条评论

好久没有更新了。最近搞怎么黑人搞上瘾了。所以没有时间更新这个了。当然不能半途而废。

今天的主要内容是更新分辨率和接收键盘输入。分辨率这部分我早就实现了。因为原来320×200的分辨率看着实在恶心。而且这部分也不难，主要涉及硬件，所以直接跳过。

基本原理：

键盘的原理是什么？学过电子的应该知道，TM的映射那么多键需要很多线，而且还有组合这不是坑爹吗？我也不是很清楚，概括来说就是有个单片机一直在扫描电路，看看有没有接通，接通了就传给计算机相应代码。具体可以看这个。搞过下面的那个板子的同学肯定也能理解原理。但是如何做到这么多键位我就有点糊涂了。

按下键盘的按键后，硬件会传入一个代码，这个代码代表什么字符就需要系统判断。一般的映射是Original XT scan code set。按下A就传如1E，松开传入9E。我也实现了这个。

代码实现：

其中接收部分之前就已经完成。就是传入到FIFO里。然后要做的就是解释代码。为了方便起见，用个数组。下面就是主要代码。

static char keytable[0x54] = {
	0,0,'1','2','3','4','5','6','7','8','9','0','~','^',0,0,
	'Q','W','E','R','T','Y','U','I','O','P','@','[',0,0,'A','S',
	'D','F','G','H','J','K','L',';',':',0,0,']','Z','X','C','V',
	'B','N','M',',' , '.' ,'/',0,'*',0,' ',0,0,0,0,0,0,
	0,0,0,0,0,0,0,'7','8','9','-','4','5','6','+','1',
	'2','3','0','.'
};

if(fifo_data < 256 + 0x54){
	if(keytable[fifo_data-256] != 0){
		s[0] = keytable[fifo_data-256];
		s[1] = 0;
		putfont8_asc_sht(sht_win, cursor_x, 28, COL8_000000, COL8_FFFFFF,s, 1);
		cursor_x += 8;		// next pos
	}
	if(fifo_data == 256 + 0x0e && cursor_x >= 8){
		putfont8_asc_sht(sht_win, cursor_x, 28, COL8_000000, COL8_FFFFFF," ", 1);
		cursor_x -= 8;
	}
//	boxfill8(sht_win->buf, sht_win->bxsize, cursor_c, cursor_x, 28, cursor_x+7, 43);
//	sheet_refresh(sht_win, cursor_x, 28, cursor_x+7, 43);
}

static char keytable[0x54] = {

0,0,'1','2','3','4','5','6','7','8','9','0','~','^',0,0,

'Q','W','E','R','T','Y','U','I','O','P','@','[',0,0,'A','S',

'D','F','G','H','J','K','L',';',':',0,0,']','Z','X','C','V',

'B','N','M',',' , '.' ,'/',0,'*',0,' ',0,0,0,0,0,0,

0,0,0,0,0,0,0,'7','8','9','-','4','5','6','+','1',

'2','3','0','.'

};

if(fifo_data < 256 + 0x54){

if(keytable[fifo_data-256] != 0){

s[0] = keytable[fifo_data-256];

s[1] = 0;

putfont8_asc_sht(sht_win, cursor_x, 28, COL8_000000, COL8_FFFFFF,s, 1);

cursor_x += 8; // next pos

}

if(fifo_data == 256 + 0x0e && cursor_x >= 8){

putfont8_asc_sht(sht_win, cursor_x, 28, COL8_000000, COL8_FFFFFF," ", 1);

cursor_x -= 8;

}

// boxfill8(sht_win->buf, sht_win->bxsize, cursor_c, cursor_x, 28, cursor_x+7, 43);

// sheet_refresh(sht_win, cursor_x, 28, cursor_x+7, 43);

}

参考：

[第13天]定时器优化

2014/07/082014/07/08 Sword York 评论

强迫症改不了，本来想好12，13天一块写掉，因为能记录的内容不多，但这样总感觉不舒服。所以还是分开写了。

今天是定时器的优化，为什么要优化呢？这跟处理鼠标和键盘数据的道理是一样的。定时器会触发一个中断，而处理中断的时候CPU不能做其他的事情。所以要加快中断处理。因为之前的是char类型的FIFO，在时间处理上不太够，因此重写使用int类型的FIFO32。

优化思路：

定时器链表：因为每个定时器都有一个超时时间，只要按超时的早晚顺序把这些定时器链接起来即可，每次只要看看第一个定时器有没有超时即可。
哨兵：这是为了简化程序，哨兵是链表经常使用的技术。在这里，是设置一个永远不会超时的定时器，实际上就是0xffffffff。由于这个的存在，实际上这个操作系统在经历（0xffffffff/中断频率）秒后就会失效。

所以得出的中断处理的代码如下。其他代码见github。

void inthandler20(int *esp){
	int i,j;
	struct TIMER *timer;

	_io_out8(PIC0_OCW2, 0x60);
	timerctl.count ++;
	if(timerctl.next_time > timerctl.count){
		return;
	}
	timer = timerctl.t0;
	for (;;){
		if (timer->timeout > timerctl.count){
			/* time out all done*/
			break;
		}
		timer->flags == TIMER_FLAGS_ALLOC;
		fifo32_put(timer->fifo, timer->data);
		// find last timer
		timer = timer->next_timer;
	}
	
	// next_timer setting
	timerctl.t0 = timer;		// the lastest timer
	timerctl.next_time = timerctl.t0 -> timeout;

	return;
}

void inthandler20(int *esp){

int i,j;

struct TIMER *timer;

_io_out8(PIC0_OCW2, 0x60);

timerctl.count ++;

if(timerctl.next_time > timerctl.count){

return;

}

timer = timerctl.t0;

for (;;){

if (timer->timeout > timerctl.count){

/* time out all done*/

break;

}

timer->flags == TIMER_FLAGS_ALLOC;

fifo32_put(timer->fifo, timer->data);

// find last timer

timer = timer->next_timer;

}

// next_timer setting

timerctl.t0 = timer; // the lastest timer

timerctl.next_time = timerctl.t0 -> timeout;

return;

}

疑问：

我就想不通，为什么不是每次中断然后把这个中断信息存到FIFO里，然后在主程序里处理呢？这就是处理鼠标和键盘数据时的做法。直到第16天，我才恍然大悟，确实定时器是特别的。因为定时器涉及到任务切换。仔细想想，如果我是多任务的，然后定时器的数据都由主任务处理，那么在执行其他任务的时候就不能处理定时器了，就再也不能任务切换了。但也可以每个任务都处理相同的定时器，这得多麻烦。所以在中断时直接处理是合理的，而且直接导致后面的任务切换也在inthandler20里。妙及了。

性能：

作者是通过计数来测试性能的。作者的电脑是有多老，我的计数结果差不多是其百千倍。。所以看看结果如何。

[第12天]定时器

2014/07/012014/07/01 Sword York 评论

6月简直就是废了，大作业加考试，没时间搞自己的东西了。我擦，换了个键盘，打字真tm舒服。

接着干《30天自制操作系统》，时间太久，都不知道第12天到底干了什么了。原来是定时器。为什么操作系统需要定时器呢？因为中断，因为要多任务分配时间槽。MD，一下子就明白了多任务的原理。以前完全不了解。以前我是这么想的：多任务肯定需要调度，那么必须有一个主任务一直在运行，那么其他任务怎么运行？

PIT:

操作系统使用的是PIT（Programmable interval timer），就是用他来产生中断，然后处理中断。而这个跟硬件的时钟频率密切相关。基本上用的都是Intel 8254。如下设置，可以使其产生100HZ的中断频率，具体原因看说明。然后bochs有点问题，可能是我配置不当。时钟总是不对。virutalbox和qtemu都没有问题。

_io_out8(PIT_CTRL, 0x36);
_io_out8(PIT_CNT0, 0x9c);
_io_out8(PIT_CNT0, 0x2e);

_io_out8(PIT_CTRL, 0x36);

_io_out8(PIT_CNT0, 0x9c);

_io_out8(PIT_CNT0, 0x2e);

中断处理:

接下来就是中断处理。跟鼠标键盘事件一样先要注册中断处理程序，具体见github。然后可以扩展到真的定时器，原理：设置超时时间，每次中断后比较是否超时。当然这是最简单的，效率不高，可以优化很多。这里就展示一下核心的中断处理程序。

void inthandler20(int *esp){
	int i,j;
	_io_out8(PIC0_OCW2, 0x60);
	timerctl.count ++;
	if(timerctl.next > timerctl.count){
		return;
	}
	timerctl.next = 0xffffffff;
	for (i = 0; i < timerctl.using_num; i++){
		if (timerctl.timers[i]->timeout > timerctl.count){
			/* time out all done*/
			break;
		}
		timerctl.timers[i]->flags == TIMER_FLAGS_ALLOC;
		fifo8_put(timerctl.timers[i]->fifo, timerctl.timers[i]->data);
	}
	timerctl.using_num -= i;
	for( j = 0; j < timerctl.using_num; j ++ ){
		timerctl.timers[j] = timerctl.timers[i + j];
	}

	if(timerctl.using_num > 0){
		timerctl.next = timerctl.timers[0]->timeout;
	}
	else{
		timerctl.next = 0xffffffff;
	}

	return;
}

void inthandler20(int *esp){

int i,j;

_io_out8(PIC0_OCW2, 0x60);

timerctl.count ++;

if(timerctl.next > timerctl.count){

return;

}

timerctl.next = 0xffffffff;

for (i = 0; i < timerctl.using_num; i++){

if (timerctl.timers[i]->timeout > timerctl.count){

/* time out all done*/

break;

}

timerctl.timers[i]->flags == TIMER_FLAGS_ALLOC;

fifo8_put(timerctl.timers[i]->fifo, timerctl.timers[i]->data);

}

timerctl.using_num -= i;

for( j = 0; j < timerctl.using_num; j ++ ){

timerctl.timers[j] = timerctl.timers[i + j];

}

if(timerctl.using_num > 0){

timerctl.next = timerctl.timers[0]->timeout;

}

else{

timerctl.next = 0xffffffff;

}

return;

}

多个定时器：

这个的实现原理与图层类似，就是设定一个数组，存放对应的定时器信息。有了这个就可以进行多任务了。但是今天和明天都还有很多优化要做。

顺便提一句，GCC的优化是必要的。GCC -O1直接将编译好的代码缩小了近2/3。但是这会导致之前第十天说的bug，所以还是跟作者一样把检测内存的代码改成了汇编。好像volatile也可以起到作用。最后是今天结果。

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基本原理：

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[第12天]定时器

PIT:

中断处理:

多个定时器：

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