Day 4 C 語言與畫面顯示的練習

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這天很多在介紹 C，尤其是 pointer，作者用組語的角度去看 C，很有趣。這邊只寫些簡單的筆記。

組語跟 C 一起使用時，只有 EAX、ECX、EDX 三個 register 可以使用，其他 register 只能 read 不能 write，因為它們存著 C 語言程式的相關資料。

C 語言中，普通數值跟表示 memory address 的數值被當作兩種不同的東西。

根據 C 語言規定，組語執行 RET 指令時， EAX 中的值就被看作是 function return value。

調色盤設定顏色

在 8 bit 彩色模式下，顏色以 8 個 bit 表示，也就是 0~255。

每個數字表示什麼顏色，是由 developer 來決定的，不像 RGB 的 #ffffff 固定代表某個顏色。使用 0~255 表示顏色前，developer 要先幫這些數字指定好對應的顏色，例如 25 對應 #ffffff 等等。這種方式稱為「調色盤」。

設定調色盤的步驟如下：

  1. 先 block interrupt
  2. 依據設定調色盤的方式，對 IO device 的某些 port 寫入資料
  3. 恢復對 interrupt 的處理

向 IO Device read/write

先來看怎麼對 IO device 讀寫。

CPU 與 IO device 相連，CPU 要能控制 IO device 當然有向 device 發送訊號與從 device 接收訊號的指令。

向 device 發送訊號的指令是 OUT，反之從 device 接收訊號的指令是 IN。就像 memory 用 memory address 區分不同位置，device 以 device port 區分不同 device。組語實作從 device read 與 write 到 device 的 function 們：

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; read 8 bit
_io_in8:	; int io_in8(int port);
		MOV		EDX,[ESP+4]	; port (port number 只有 16 bit)
		MOV		EAX,0           ; 把 return value 清成 0
		IN		AL,DX           ; read 8 bit (AL)
		RET                             ; EAX 的值是 return value

_io_in16:	; int io_in16(int port);
		MOV		EDX,[ESP+4]	; port
		MOV		EAX,0
		IN		AX,DX           ; read 16 bit (AX)
		RET

_io_in32:	; int io_in32(int port);
		MOV		EDX,[ESP+4]	; port
		IN		EAX,DX          ; read 32 bit (EAX)
		RET

; write 8 bit
_io_out8:	; void io_out8(int port, int data);
		MOV		EDX,[ESP+4]		; port
		MOV		AL,[ESP+8]		; data
		OUT		DX,AL
		RET

_io_out16:	; void io_out16(int port, int data);
		MOV		EDX,[ESP+4]		; port
		MOV		EAX,[ESP+8]		; data
		OUT		DX,AX
		RET

_io_out32:	; void io_out32(int port, int data);
		MOV		EDX,[ESP+4]		; port
		MOV		EAX,[ESP+8]		; data
		OUT		DX,EAX
		RET

我們要設定調色板，就是找出對應 device 設定調色板的指令，然後照著做～

CLI 與 STI

CLI 是將 interrupt flag clear 為 0 的指令， STI 則是將 interrupt flag set 為 1 的指令。

interrupt flag 為 0 時，CPU 遇到 interrupt 會忽略它、不處理，flag 為 1 時 CPU 就會處理 interrupt。

EFLAGS register

EFLAGS 是由 FLAGS 16 bit 的 register 擴展而來的 32 bit register。

FLAGS 儲存 carry flag（進位 flag）與 interrupt flag 等 flag，不同 bit 代表不同 flag（有 1 個 bit 表示一個 flag 也有 2 個 bit），如下所示：

15 14 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0
NT IOPL IOPL OF DF IF TF SF ZF AF PF CF

IOPL 是第 12 跟 13 bit 放在一起處理。

EFLAGS 沒有 MOV 指令，只能使用 PUSHFD 跟 POPFD 來讀寫。

PUSHFD 是 push flags double-word 的縮寫，以 double word 的長度（32 bit）將 flag 的值 push 進 stack，等同 PUSH EFLAGS。POPFD 是 pop flags double-word，將 double word 長度的值從 stack pop 出來到 flag，等同 POP EFLAGS。

如果想把 EFLAGS 內的資料放到 EAX 裡，不能用 MOV，而要先 PUSHFD 再 POP EAX。反過來想把 EAX 的資料放進 EFLAGS 裡則是 PUSH EAX 再 POPFD。操作 EFLAGS 的組語 code 如下：

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_io_load_eflags:	; int io_load_eflags(void);
		PUSHFD		; PUSH EFLAGS
		POP		EAX
		RET

_io_store_eflags:	; void io_store_eflags(int eflags);
		MOV		EAX,[ESP+4]
		PUSH	EAX
		POPFD		; POP EFLAGS
		RET

設定調色盤要先執行 CLI，為了在設定完後恢復 interrupt flag 的值，要先把原本的值記下來。我們可以直接把整個 eflags 記下來、執行 CLI、設定調色盤，最後直接把整個 eflags 的值再存回去，達到恢復 interrupt flag 的效果。

在螢幕上畫圖

螢幕上每個像素都對應到 VRAM 中的一個 address。向 VRAM 指定值，便能指定螢幕上像素的顏色。