オペレーティングシステムなしでプログラムを実行する方法：パート3：グラフィックス

このパートでは、「不可能」を実行します。オペレーティングシステムなしでグラフィックディスプレイを使用する方法を学習します。 実際、これは特に32ビット保護モードで作業している場合、特に320x200x8ではなくまともな画面解像度を使用する場合は簡単な作業ではありません。 しかし、まず最初に、グラフィックが必要な場合は、ビデオカードを使用する必要があります。



最新のグラフィックスカードは、主なものより劣ることのない実質的に本格的なコンピューターです。ここでは、MPEG2を1080pとしてデコードし、3Dグラフィックスとシェーダーのサポート、CUDAなどのテクノロジーなども備えています。 それはすべて非常に複雑に見えます。 一方、ビデオカードは他のPCIデバイスと同じものです。 デバイスクラス番号0x03（class_name = graphics adapter）の 以前の記事で、このデバイスを「発見」しました。 他のデバイスと同様に、I / OポートまたはMMIOメモリ領域を使用してビデオカードを操作でき、ビデオカード自体はDMAおよび割り込みを使用してメインプロセッサと対話できます。 ビデオカードで使用できる入出力ポートの範囲を見ると、合計50バイト未満が割り当てられていることがわかります。最新のビデオカードが持つ膨大な機能をあまり考慮していません。







VGA規格によれば、ビデオカードを操作するために 、 0x03B0-0x03BBと0x3C0-0x3DFの 2つの範囲の出力入力ポートが使用されます。 これらの範囲に加えて、メインメモリに表示されるビデオメモリの範囲（ 0xA0000-0xBFFFF ）もあります。





ビデオメモリは、グラフィック画面を通常のメモリ形式で表したものです。 画面にピクセルまたは文字を描画するには、このメモリ範囲にバイトを書き込む必要があることがわかります。

最新のビデオカードが準拠している標準があるため、その標準を使用すると、実装の詳細に入らずにビデオカードを使用できることが期待されます。



残念なことに、VGAは古い標準であり、現代の標準では小さな画面解像度のシンプルなグラフィックディスプレイを使用するように設計されています。 この標準では、数十種類の異なるグラフィックモードとテキストモードが定義されています（ ここですべてを参照できます ）。最も「クールな」モードは、256色で320x200、16色で640x480です。 さらに、標準にはモード切り替え機能とパレットを操作するための機能のみが含まれています。 しかし、通常の画面解像度はどこですか：1920x1080 24ビット、それとも少なくとも800x600 24ビットですか？ MPEG2グラフィックスのサポートはどこにありますか？ 3Dグラフィックスはどこにありますか？ VGA標準はサポートしていません。 グラフィックモードについては、後で説明するBIOS VBE拡張機能を通じて実行されるSVGA標準の一部であると言えます。 また、3D、MPEG2、CUDA、およびその他のファッショナブルなチップは、各ビデオカードメーカーによって独自の方法でサポートされています。 古いディスプレイの計算に加えて、VGA標準の640x480の最大画面解像度は、ビデオメモリのサイズによって決まります：わずか128キロバイト（高解像度で作業するには、1920x1080 24ビット-これは6Mb以上です）。 したがって、ビデオメモリの広い領域が必要であり、最新のビデオカードには次の領域があります。





上記の範囲の1つは、リニアフレームバッファ（LFB）-ビデオメモリとしても使用されます。 2番目のアドレス範囲は、ビデオカードの構成に使用される数百のレジスタとビットフィールドを表示するために使用されます。 さらに、一連のレジスタとそれらの操作方法は、ビデオカードの各メーカーだけでなく、同じメーカーのシリーズやモデル間でも大幅に異なる可能性があり、CUDA、MPEG2、3Dなどの操作を保証するために必要です。 Linuxドライバーは8メガバイト以上を占有します。





そして、ここにメーカーの1人のためのビデオカードドライバーの例があります：







残りにはさらに多くのコードが含まれており、これにはドライバーで使用されるLinuxの追加ライブラリがありません。



そのため、3Dまたはストリーミングビデオのサポートを提供するには、多くの作業が必要です。 ことわざにあるように、もしあなたがそれを使う別の人生を持っているなら、...



ただし、この記事では、適切なグラフィックモードをオンにして、その中に美しいもの（たとえば、フラクタル）を描画することに焦点を当てます。 それがどれほど簡単か見てみましょう。



まず、適切なグラフィックモードはSVGA標準であり、VBE BIOS Extension（VESA BIOS Extension）を介して含めることができます。 VBEは、コードがビデオカード自体にあるBIOS拡張機能であり、これを使用して作業できます。 VBE拡張標準には、使用できるいくつかの機能が含まれています。

1.グラフィックデバイスに関する情報を取得します。 VESAはサポートされていますか、ビデオカードのビデオメモリの量など。

2.モード番号による情報の取得：画面解像度、LFBへのポインター、およびビット。

3.番号でビデオモードをオンにします。

4.銀行番号ごとにビデオモードの銀行をオンにします。それらについては、以下を参照してください。

5.パレットの制御など、8ビットモードに必要なその他の機能。



完全な仕様については、 こちらをご覧ください 。 作業内容について簡単に説明します。



ビデオカードでサポートされるすべてのモードには、0x000から0x1FFの順に番号が付けられます。 すべての数値がビジーであるわけではなく、0x100以降のすべての数値が標準で正確な画面解像度値を持っているわけではありません。したがって、必要な画面解像度によって、数値を見つける必要があります。 0x100までのモード番号はVGA規格で定義されており、完全に一貫しています。 LFB-リニアフレームバッファー。これは、大画面解像度用に設計されたビデオメモリの領域です（通常、RAMの外側にありますが、最大4GB）。



LFBを使用しない場合、0xA0000〜0xC0000の標準ビデオメモリ領域がすべてのグラフィックモードで使用されます。 この場合、「銀行」モードが使用されます。 画面全体が番号付きの部分（バンク）に分割され、各瞬間に、ビデオメモリ領域はそのような部分の1つを指します。 つまり、画面にピクセルを描画する前に、バンク番号を設定してから、ビデオメモリを参照してピクセルを描画する必要があります。 したがって、同じメモリ領域を再利用して、ディスプレイ上の異なる領域を操作できます。







LFBの使用は、何も切り替える必要がなく、ディスプレイ全体がLFB全体に表示されるため、よりシンプルで高速です。 LFBのビデオメモリは線形に構成されています。ピクセルのカウントは、画面の左上隅から行ごとに開始されます。 各ピクセルは、現在のグラフィックモードのビット数に応じて、1、2、3、または4バイトで表されます。 バイトは行に配置され、ピクセルの色はそれらにエンコードされます。 最も単純で適切なモードは、32ビットと24ビット（3バイトと4バイト）です。 これらのモードでは、各カラーチャネル（赤、緑、青）は1バイト目で表されます。 32ビットモードでは、別のバイトが予約されて使用されません（アライメントに使用されていると言えます）。 LFBの別の機能：標準に従って、モード番号でLFBを有効にするには、もう1ビットを設定する必要があります：mode_number | 0x4000。







したがって、機能番号2（上記のリスト）を使用すると、LFBでモード番号を見つけ、機能番号3で有効にすることができます。その後、LFBバッファーの目的のオフセットでRGB値のバイトを書き込むだけで画面に描画できます。

これまでのところ、すべてが有望に見えますが、VBEはBIOS拡張機能であり、特定のBIOS機能（この場合は10h）を処理するリアルモード用の16ビットコードです。 以前の記事で受け取った、おなじみの32ビット保護モードからVBE（16ビットリアルモード）を使用する必要があることがわかりました。 これを行うには3つの方法があります。

1.リアルモードに切り替え、必要なアクションを実行し、保護モードに戻ります。 プロセッサの状態を保存するために、モード間で遷移関数を記述する必要がありますが、一般的な場合、割り込みを正しく処理する必要があります。

2.保護モードから16ビットインターフェイスを介してVBE拡張機能を使用します。 これを行うには、記述子テーブルを構成し、コールゲートを作成し、16ビットコードをコンパイルし、VBE標準に従って別の追加構造を構成する必要があります。 また、あまり便利ではなく、すべてのビデオカードがこの拡張機能をサポートしているわけではありません。

3.保護モードで動作する16ビットリアルモードエミュレータを使用します。 このエミュレータの唯一の制限は、ビデオカード自体の割り込みハンドラを作成するのが難しいことですが、VBEのすべての機能はビデオカードの割り込みを使用しないため、必要ありません。



3番目の方法は最も簡単に見えます。これは、既製のx86emuエミュレーター（単純で移植性が高い）を使用してVBE関数を呼び出すために使用できるためです。

もちろん、作業する必要がありますが、比較的少数のアクション用のプログラムを構築できます。これは、最新のビデオカードで、オペレーティングシステムなしでグラフィックモードをオンにしてフラクタルを描画できます。 これまでのところ、シェーダーと3Dはありませんが、グラフィックはあります。



！ 重要！ ：それ以降のすべてのアクションは、記事「オペレーティングシステムなしでプログラムを実行する方法」の最初の部分から6つのステップをすべて正常に完了した後にのみ正常に実行できます。



私たちの計画：



1. x86emuおよびフラクタル描画に必要ないくつかの一般的な関数を追加します。

2.ポートx86emu。

3. VBEを操作するための関数をいくつか作成します。

4.フラクタル描画関数を作成します。

5.すべてを組み合わせて実行します。



始めましょう。

手順1. commonを標準機能で補完します。

最初に、64ビット数値を操作するためのいくつかの関数を追加する必要があります。 Gccはx86emuをコンパイルするためにそれらを必要とします。



1.次のファイルを共通フォルダーに追加します： udivdi3.c 、 umoddi3.c 、 moddi3.c 、 qdivrem.c 、 divdi3.c 。 ここで取ることができます 。



2.次に、含める別のquad.hファイルを追加する必要があります。 また、 www.openbsd.org / cgi-bin / cvsweb / src / lib / libc / quadから取得することもできます。 次の行を置き換える必要があります。

#include <sys/types.h> #if !defined(_KERNEL) && !defined(_STANDALONE) #include <limits.h> #else #include <sys/limits.h> #endif
      
      

        
        
        
      

    
        
        
        
      
      

        
        
        
      

    
     

行ごと：

 #include “types.h”
      
      

        
        
        
      

    
        
        
        
      
      

        
        
        
      

    
     

3.次に、 newlibライブラリーをダウンロードしますが、これは別の機能に必要です。 ライブラリのソースから、ファイルnewlib-2.0.0 \ newlib \ libm \ math \ s_floor.cを共通フォルダーにコピーする必要があります。 その中で次の行を置き換えます：

 #include "fdlibm.h"
      
      

        
        
        
      

    
        
        
        
      
      

        
        
        
      

    
     

行ごと：

 #include "types.h"
      
      

        
        
        
      

    
        
        
        
      
      

        
        
        
      

    
     

4.また、 setjmp / longjmp関数を追加する必要があります。 x86emuエミュレーターはこれらの関数を使用してエラーを処理します。 これらの関数の実装を以下に示します; newlibからの実装に基づいて作成されましたが、少し単純化されています。 この関数を使用すると、プロセッサの状態を保存してから復元できます。 基本的に、C ++例外の手動実装に似ています。 これらの関数をコードに表示するには、次のコンテンツ（少し単純なアセンブラー）と共通のsetjmp.sファイルを作成する必要があります。

  .globl setjmp setjmp: movl 4(%esp),%ecx movl 4(%ebp), %edx movl %edx, 0(%ecx) movl %ebx, 4(%ecx) addl $4,%ebp movl %ebp, 8(%ecx) subl $4,%ebp movl (%ebp),%edx movl %edx,12(%ecx) movl %esi,16(%ecx) movl %edi,20(%ecx) movl %eax,24(%ecx) xorl %eax,%eax ret .globl longjmp longjmp: movl 4(%esp),%edx movl 8(%esp),%eax movl 0(%edx),%ecx movl 4(%edx),%ebx movl 8(%edx),%esp movl 12(%edx),%ebp movl 16(%edx),%esi movl 20(%edx),%edi testl %eax,%eax jnz 1f incl %eax 1: movl %ecx,0(%esp) ret
      
      

        
        
        
      

    
        
        
        
      
      

        
        
        
      

    
     

アセンブラコードは、特定の順序でレジスタを単純に保存してから復元します。

5.ここで、Cの関数を宣言する必要があります。これを行うには、インクルードに次の内容のsetjmp.hファイルを作成します。

 #ifndef _SETJMP_H_ #define _SETJMP_H_ #define _JBLEN 10 typedef long jmp_buf[_JBLEN]; #ifdef __cplusplus extern "C" { #endif int setjmp (jmp_buf); void longjmp (jmp_buf, int); #ifdef __cplusplus } #endif #endif
      
      

        
        
        
      

    
        
        
        
      
      

        
        
        
      

    
     

6.必要とされるもう1つの重要な関数セットは、文字列とメモリ（memset、strlenなど）を操作する関数です。 これらの関数はbitvisorから準備できますので、このハイパーバイザーのソースコードをダウンロードする必要があります。 これらのソースから、ファイルc ore \ string.sをcommonにコピーします。 その中で次の行を置き換えます：

 .include "longmode.h"
      
      

        
        
        
      

    
        
        
        
      
      

        
        
        
      

    
     

行ごと：

l

 ongmode = 0
      
      

        
        
        
      

    
        
        
        
      
      

        
        
        
      

    
     

7.次に、 include \ core \ string.hファイルをコピーして、 bitvisorからインクルードする必要があります。 その中で、次の行を置き換えます。

 #include <core/types.h>
      
      

        
        
        
      

    
        
        
        
      
      

        
        
        
      

    
     

行ごと：

 #include "types.h"
      
      

        
        
        
      

    
        
        
        
      
      

        
        
        
      

    
     

8.最後に必要なことは、入出力ポートを操作する機能です。 これを行うには、 io.hファイルをincludeディレクトリに追加します。これは、変更せずに同じbitvisorプロジェクトから取得できます（プロジェクトソースではinclude \ io.hにあります）。

9.すべてをコピーするには、include \ types.hの内容を次のものに置き換えます。

 #ifndef _TYPES_H #define _TYPES_H #define NULL 0 typedef unsigned int size_t; typedef unsigned long ulong; typedef unsigned long u32; typedef unsigned short u16; typedef unsigned char u8; typedef unsigned long long uint64_t; typedef unsigned long long u_int64_t; typedef unsigned long uint32_t; typedef unsigned long u_int32_t; typedef unsigned short uint16_t; typedef unsigned short u_int16_t; typedef unsigned char uint8_t; typedef unsigned char u_int8_t; typedef long __int32_t; typedef unsigned long __uint32_t; typedef unsigned long long u_quad_t; /* quads */ typedef long long quad_t; typedef quad_t * qaddr_t; typedef unsigned long u_int; typedef unsigned long uint; typedef long long int64_t; typedef long int32_t; typedef short int16_t; typedef char int8_t; #define _QUAD_HIGHWORD 1 #define _QUAD_LOWWORD 0 #define __BEGIN_DECLS #define __END_DECLS #define __dead #define __far #define __HI(x) *(1+(int*)&x) #define __LO(x) *(int*)&x #define __P(a) a #define CHAR_BIT 8 /* max # of bits in a "char" */ #define EXTRACT_WORDS(i0, i1, x) \ i0 = __HI(x); \ i1 = __LO(x); #define INSERT_WORDS(x, i0, i1) \ __HI(x) = i0; \ __LO(x) = i1; #define _BEGIN_STD_C #define _END_STD_C #define _EXFUN(a,b) ab #endif
      
      

        
        
        
      

    
        
        
        
      
      

        
        
        
      

    
     

これらの変更は、使用されるサードパーティのソースで必要なタイプとマクロの数を決定するために必要です。 コードからわかるように、すべての定義は簡単です。

ステップ2. x86emuの移植

X86emuはFreeBSDの一部なので、そこから入手して少し改良する必要があります。 これを行うには、ルートにx86emuディレクトリを作成し、 http ： //svnweb.freebsd.org/base/vendor-sys/x86emu/dist /から次のファイルをこのフォルダーにコピーします： x86emu.c、x86emu.h、x86emu_regs.h、x86emu_util。 c 。



次に、これらのソースにいくつかの変更を加える必要があります。

1. x86emu \ x86emu.cファイルで、次の行を置き換えます。

 #include <dev/x86emu/x86emu.h> #include <dev/x86emu/x86emu_regs.h>
      
      

        
        
        
      

    
        
        
        
      
      

        
        
        
      

    
     

行ごと：

 #include "x86emu.h" #include "x86emu_regs.h"
      
      

        
        
        
      

    
        
        
        
      
      

        
        
        
      

    
     

2. x86emu \ x86emu.hファイルで 、次の行を置き換えます 。

 #include <sys/types.h> #include <sys/endian.h> #ifdef _KERNEL #include <sys/systm.h> #else #include <setjmp.h> #endif
      
      

        
        
        
      

    
        
        
        
      
      

        
        
        
      

    
     

行ごと

 #include "types.h" #include "setjmp.h"
      
      

        
        
        
      

    
        
        
        
      
      

        
        
        
      

    
     

3. x86emu \ x86emu_util.cファイルで 、次の行を置き換えます 。

 #include <sys/param.h> #include <sys/endian.h> #include <dev/x86emu/x86emu.h> #include <dev/x86emu/x86emu_regs.h>
      
      

        
        
        
      

    
        
        
        
      
      

        
        
        
      

    
     

行ごと：

 #include "x86emu.h" #include "x86emu_regs.h" #include "Io.h" #define htole16(x) ((uint16_t)(x)) #define htole32(x) ((uint32_t)(x)) #define letoh16(x) ((uint16_t)(x)) #define letoh32(x) ((uint32_t)(x))
      
      

        
        
        
      

    
        
        
        
      
      

        
        
        
      

    
     

4.次に、x86emu_init_default関数の前に、 x86emu \ x86emu_util.cファイルにいくつかの関数を追加する必要があります。

 static uint8_t x86emu_inb(struct x86emu *emu, uint16_t port) { uint8_t val = 0; in8(port, &val); return val; } static void x86emu_outb(struct x86emu *emu, uint16_t port, uint8_t data) { out8(port, data); } static uint16_t x86emu_inw(struct x86emu *emu, uint16_t port) { uint16_t val = 0; in16(port, &val); return val; } static void x86emu_outw(struct x86emu *emu, uint16_t port, uint16_t data) { out16(port, data); } static uint32_t x86emu_inl(struct x86emu *emu, uint16_t port) { uint32_t val = 0; in32(port, &val); return val; } static void x86emu_outl(struct x86emu *emu, uint16_t port, uint32_t data) { out32(port, data); }
      
      

        
        
        
      

    
        
        
        
      
      

        
        
        
      

    
     

これらの関数は、入出力ポートにアクセスする関数のラッパーです。



5. x86emu_init_default関数自体に、次の定義を追加します。

 emu->emu_inb = x86emu_inb; emu->emu_inw = x86emu_inw; emu->emu_inl = x86emu_inl; emu->emu_outb = x86emu_outb; emu->emu_outw = x86emu_outw; emu->emu_outl = x86emu_outl;
      
      

        
        
        
      

    
        
        
        
      
      

        
        
        
      

    
     

ビデオカードはデバイスであり、VBEは以前に定義された機能を使用して入力/出力ポートを介して動作するため、エミュレータにその可用性について通知する必要があります。

手順3. BIOSで動作する機能を追加します。

これで、x86emuを介してVBE BIOS機能を使用できます。 BIOSへの要求を直接実行するいくつかの機能を作成することは残っています。 これを行うには、共通フォルダーに次の内容のbios.cファイルを作成します。

 #include "types.h" #include "bios.h" #include "x86emu.h" struct x86emu emulator; void VBE_BiosInit(void) { memset(&emulator, 0, sizeof(emulator)); x86emu_init_default(&emulator); emulator.mem_base = (char *)0; emulator.mem_size = BIOS_SIZE; } void VBE_BiosInterrupt( BIOS_REGS *p_regs, u8 num ) { memcpy(&(emulator.x86), p_regs, sizeof(BIOS_REGS)); x86emu_exec_intr(&emulator, num); memcpy(p_regs, &(emulator.x86), sizeof(BIOS_REGS)); }
      
      

        
        
        
      

    
        
        
        
      
      

        
        
        
      

    
     

また、インクルードフォルダーには、次の内容のbios.hファイルがあります。

 #ifndef _BIOS_H #define _BIOS_H #define BIOS_SIZE 0x100000 #define BIOS_HIGH_BASE 0xC0000 #define BIOS_HIGH_SIZE (0x100000 - 0xC0000) #define BIOS_BDA_BASE 0x9fc00 #define BIOS_BDA_SIZE 0x400 #define VBE_BIOS_INFO_OFFSET 0x70000 #define VBE_BIOS_MODE_INFO_OFFSET 0x80000 typedef struct _BIOS_REGS { u16 CS; u16 DS; u16 ES; u16 FS; u16 GS; u16 SS; u32 EFLAGS; u32 EAX; u32 EBX; u32 ECX; u32 EDX; u32 ESP; u32 EBP; u32 ESI; u32 EDI; u32 EIP; } BIOS_REGS; void VBE_BiosInit(void); void VBE_BiosInterrupt( BIOS_REGS *p_regs, u8 num ); #endif
      
      

        
        
        
      

    
        
        
        
      
      

        
        
        
      

    
     

したがって、作業の開始時に呼び出す必要があるbios（VBE_BiosInit）で作業を初期化する関数と、biosを呼び出す関数（VBE_BiosInterrupt）を定義しました。 後者の名前は、BIOS機能がリアルモードで呼び出されるのはint（割り込み）命令を介しているという事実に基づいています。 この関数を使用すると、標準に従ってVBE関数を呼び出すことができます。 割り込みを呼び出すには、構造体にプロセッサの状態を入力し、エミュレーターを呼び出す必要があります。 エミュレータは、IVTテーブルのコードとBIOSコード自体のデコードとエミュレートを開始します。 インストラクターは、インストラクションごとに、必要なすべてのint 10hハンドラーコードを実行します。 このプロセスで、エミュレータは入出力ポートを操作する機能を呼び出します。これは、前の手順2で示したものです。

ステップ4. VBEで機能する機能を追加します。

これで、VBEを操作するためのいくつかの関数を作成する準備がすべて整いました。 まず、必要な構造の定義を含むvbe.hファイルを追加します。 VirtualBoxコード（http://www.virtualbox.org/svn/vbox/trunk/src/VBox/Devices/Graphics/BIOS/vbe.h）から取得できます。 その中の行を置き換えます。

 #include "vgabios.h" #include <VBox/Hardware/VBoxVideoVBE.h>
      
      

        
        
        
      

    
        
        
        
      
      

        
        
        
      

    
     

行ごと：

 #include "types.h"
      
      

        
        
        
      

    
        
        
        
      
      

        
        
        
      

    
     

次に、共通フォルダーに次の内容のvbe.cファイルを作成します。

 #include "types.h" #include "printf.h" #include "string.h" #include "bios.h" #include "vbe.h" ulong vbe_lfb_addr = 0; ulong vbe_selected_mode = 0; ulong vbe_bytes = 0; VbeInfoBlock *VBE_GetGeneralInfo() { BIOS_REGS regs; memset(®s, 0, sizeof(BIOS_REGS)); regs.ECX = 0; regs.EAX = 0x4f00; regs.ES = VBE_BIOS_INFO_OFFSET >> 4; regs.EDI = 0x0; VBE_BiosInterrupt(®s, 0x10); if (regs.EAX != 0x4f) return NULL; return (VbeInfoBlock *)(VBE_BIOS_INFO_OFFSET); } ModeInfoBlock *VBE_GetModeInfo( ulong mode ) { BIOS_REGS regs; memset(®s, 0, sizeof(BIOS_REGS)); regs.ECX = mode; regs.EAX = 0x4f01; regs.ES = VBE_BIOS_MODE_INFO_OFFSET >> 4; regs.EDI = 0x0; VBE_BiosInterrupt(®s, 0x10); if (regs.EAX != 0x4f) return NULL; return (ModeInfoBlock *)(VBE_BIOS_MODE_INFO_OFFSET); } int VBE_SetMode( ulong mode ) { BIOS_REGS regs; memset(®s, 0, sizeof(BIOS_REGS)); if (mode >= 0x100) { regs.EBX = mode; regs.EAX = 0x4f02; } else { regs.EAX = mode; } VBE_BiosInterrupt(®s, 0x10); return (regs.EAX == 0x4f); } int VBE_Setup(int w, int h) { uint32_t m = 0; printf("\nVBE: test started"); VBE_BiosInit(); memset((char *)VBE_BIOS_INFO_OFFSET, 0, sizeof(VbeInfoBlock)); memset((char *)VBE_BIOS_MODE_INFO_OFFSET, 0, sizeof(ModeInfoBlock)); VbeInfoBlock *p_info = VBE_GetGeneralInfo(); int vbe_support = (p_info != NULL); if (vbe_support == 0) { printf("\nVBE: not supported"); return 0; } vbe_support = (p_info->VbeVersion >= 0x200); vbe_support = vbe_support && (p_info->VbeSignature.SigChr[0] == 'V'); vbe_support = vbe_support && (p_info->VbeSignature.SigChr[1] == 'E'); vbe_support = vbe_support && (p_info->VbeSignature.SigChr[2] == 'S'); vbe_support = vbe_support && (p_info->VbeSignature.SigChr[3] == 'A'); if (vbe_support == 0) { printf("\nVBE: not supported"); return 0; } //Try to find mode int found = 0; for (m = 0x0; m < 0x200; m++) { ModeInfoBlock *p_m_info = VBE_GetModeInfo(m); if (p_m_info != NULL) { printf("\nVBE: %x %dx%dx%d at %x", m, p_m_info->XResolution, p_m_info->YResolution, p_m_info->BitsPerPixel, p_m_info->PhysBasePtr); if (p_m_info->PhysBasePtr != 0 && p_m_info->XResolution == w && p_m_info->YResolution == h && (p_m_info->BitsPerPixel == 24 || p_m_info->BitsPerPixel == 32)) { found = 1; vbe_selected_mode = m; vbe_lfb_addr = p_m_info->PhysBasePtr; vbe_bytes = p_m_info->BitsPerPixel / 8; printf("\nVBE: FOUND GOOD %dx%dx%d -> %x at %x", w, h, vbe_bytes, vbe_selected_mode, vbe_lfb_addr); } } } return found; }
      
      

        
        
        
      

    
        
        
        
      
      

        
        
        
      

    
     

このファイルで宣言されている関数を詳しく見てみましょう。

• VBE_GetGeneralInfo 。 この関数は、ビデオカードのVBEをチェックします。 BIOS機能を使用し、仕様に従って戻り値をチェックします。

• VBE_GetModeInfo 。 この関数は、ビデオカードにモード情報を番号で要求します。 このモードに関する情報を構造体の形式で返します。 VBE_BiosInterruptに渡されるパラメーターは、VBE仕様によって決定されます。

• VBE_SetMode 。 この関数は、単に番号で目的のモードをオンにします。 VBE_BiosInterruptに渡されるパラメーターは、VBE仕様によって決定されます。

• VBE_Setup 。 最も重要な機能：すべてのモードを通過し、パラメーターで指定された画面解像度を満たすものを検索します。 また、関数は、24ビットおよび32ビットのみのモードを検索し、LFBをサポートしています。 検索の結果、彼女は3つのグローバル変数を入力します。

o vbe_lfb_addr -LFBアドレス。 その中で、画面に描画するための書き込みデータをスライスできます。

o vbe_selected_mode-オンにすることができるように選択されたモードの番号。

o vbe_bytes-ピクセルあたりのバイト数（3または4）。



すべてを描画する準備ができました。

ステップ5.フラクタル描画関数を追加します。

楽しい部分に到達する：フラクタルを描きます。 ジュリアセットにフラクタルを描きます。 この素晴らしい記事のコードは、フラクタルを描くための基礎として採用されました。 フラクタルを描くには、ソースを含むルートディレクトリにfractal.cファイルを作成し、次のコンテンツを作成します。

 #include "types.h" #include "printf.h" #include "string.h" int VBE_SetMode( ulong mode ); int VBE_Setup(int w, int h); double floor(double x); extern ulong vbe_lfb_addr; extern ulong vbe_selected_mode; extern ulong vbe_bytes; int HSVtoRGB(int _h, int _s, int _v) { double h = (double)_h / 255.0, s = (double)_s / 255.0, v = (double)_v / 255.0; double r = 0; double g = 0; double b = 0; if (s == 0) { r = v; g = v; b = v; } else { double varH = h * 6; double varI = floor(varH); double var1 = v * (1 - s); double var2 = v * (1 - (s * (varH - varI))); double var3 = v * (1 - (s * (1 - (varH - varI)))); if (varI == 0) { r = v; g = var3; b = var1; } else if (varI == 1) { r = var2; g = v; b = var1; } else if (varI == 2) { r = var1; g = v; b = var3; } else if (varI == 3) { r = var1; g = var2; b = v; } else if (varI == 4) { r = var3; g = var1; b = v; } else { r = v; g = var1; b = var2; } } return ((int)(r * 255) << 16) | ((int)(g * 255) << 8) | (int)(b * 255); } void DrawFractal(void) { int x = 0, y = 0, w= 800, h = 600; if (!VBE_Setup(w, h)) return; if (!VBE_SetMode(vbe_selected_mode | 0x4000)) return; double cRe, cIm; double newRe, newIm, oldRe, oldIm; double zoom = 1, moveX = 0, moveY = 0; int color; int maxIterations = 300; cRe = -0.7; cIm = 0.27015; for(x = 0; x < w; x++) for(y = 0; y < h; y++) { newRe = 1.5 * (x - w / 2) / (0.5 * zoom * w) + moveX; newIm = (y - h / 2) / (0.5 * zoom * h) + moveY; int i; for(i = 0; i < maxIterations; i++) { oldRe = newRe; oldIm = newIm; newRe = oldRe * oldRe - oldIm * oldIm + cRe; newIm = 2 * oldRe * oldIm + cIm; if((newRe * newRe + newIm * newIm) > 4) break; } color = HSVtoRGB(i % 256, 255, 255 * (i < maxIterations)); // Draw pixel *(int *)((char *)vbe_lfb_addr + y * w * vbe_bytes + x * vbe_bytes + 0) = color & 0xFFFFFF; } }
      
      

        
        
        
      

    
        
        
        
      
      

        
        
        
      

    
     

このコードをさらに詳しく分析してみましょう。 まず、このコードには必要な定義が含まれています。

 int VBE_SetMode( ulong mode ); int VBE_Setup(int w, int h); double floor(double x); extern ulong vbe_lfb_addr; extern ulong vbe_selected_mode; extern ulong vbe_bytes;
      
      

        
        
        
      

    
        
        
        
      
      

        
        
        
      

    
     

次に、 HSVtoRGB色変換関数が定義されています。 彼女はすべてを美しく見せるために必要です。 その実装はここから取られました。



最後に、最も重要なフラクタル描画関数はDrawFractalです。 いくつかの点に注意する必要があります。



1.最初に、モードと描画に使用される画面パラメーターを定義します。

int x = 0、y = 0、w = 800、h = 600;

これらの機能を好みに合わせて変更できます。



2.次に、VBEを構成します。

  if (!VBE_Setup(w, h)) return;
      
      

        
        
        
      

    
        
        
        
      
      

        
        
        
      

    
     

3.見つかったグラフィックモードがオンになります。

  if (!VBE_SetMode(vbe_selected_mode | 0x4000)) return;
      
      

        
        
        
      

    
        
        
        
      
      

        
        
        
      

    
     

4.次に、フラクタルが描画されます。 画面上のポイントを設定するには、メモリ内の数値の単純な記録を使用し、正しいオフセットを計算します：

 *(int *)((char *)vbe_lfb_addr + y * w * vbe_bytes + x * vbe_bytes + 0) = color & 0xFFFFFF;
      
      

        
        
        
      

    
        
        
        
      
      

        
        
        
      

    
     

すべての準備が整ったので、この関数をmainから呼び出す必要があります。そうしないと、作業の結果が表示されません。 kernel.cに変更を加えます。

 #include "printf.h" #include "screen.h" #include "types.h" void DrawFractal(void); void main() { clear_screen(); printf("\n>>> Hello World!\n"); DrawFractal(); }
      
      

        
        
        
      

    
        
        
        
      
      

        
        
        
      

    
     

ステップ6.メイクファイルを調整して実行する

すべてがコンパイルされるように、メイクファイルをファイナライズするだけです。 これを行うには、次の変更を行います。

1. OBJFILESを更新します。

 OBJFILES = \ loader.o \ common/printf.o \ common/screen.o \ common/bios.o \ common/vbe.o \ common/qdivrem.o \ common/udivdi3.o \ common/umoddi3.o \ common/divdi3.o \ common/moddi3.o \ common/setjmp.o \ common/string.o \ common/s_floor.o \ x86emu/x86emu.o \ x86emu/x86emu_util.o \ fractal.o \ kernel.o
      
      

        
        
        
      

    
        
        
        
      
      

        
        
        
      

    
     

2.別のインクルードディレクトリを追加します。これを行うには、次の行を変更します。

 $(CC) -Ix86emu -Iinclude $(CFLAGS) -o $@ -c $<
      
      

        
        
        
      

    
        
        
        
      
      

        
        
        
      

    
     

3.アセンブラーをアセンブルするターゲットを追加します。

 .so: as -o $@ $<
      
      

        
        
        
      

    
        
        
        
      
      

        
        
        
      

    
     

4.これで、プロジェクトを再構築できます。

 make rebuild sudo make image
      
      

        
        
        
      

    
        
        
        
      
      

        
        
        
      

    
     

5.プロジェクトを実行して、すべてが機能することを確認します。

 sudo qemu-system-i386 -hda hdd.img
      
      

        
        
        
      

    
        
        
        
      
      

        
        
        
      

    
     

すべてが正しく行われていれば、この美しさが見えるはずです。





記事の前の部分と同様に、ddコマンドを使用して、hdd.imgイメージをUSBフラッシュドライブにコピーし、実際のコンピューターでプログラムをテストできます。



その結果、通常の画面解像度でVBE拡張機能を使用しながら、オペレーティングシステムなしでビデオカードを使用する機能を示すプログラムが作成されます。 グラフィックモードを有効にするには、命令のエミュレーター全体を移植する必要がありましたが、それ以外の場合はビデオカードドライバーを移植する必要があり、これにはさらに時間がかかります。 これで、このプログラムに基づいて、画面上に何かを描画したり、独自のゲームを作成したり、ウィンドウシステムを構築したりすることができます。



シリーズの次の記事へのリンク：

「 オペレーティングシステムなしでプログラムを実行する方法： パート4.並列計算 」

「 オペレーティングシステムなしでプログラムを実行する方法： パート5. OSからBIOSにアクセスする 」

「 オペレーティングシステムなしでプログラムを実行する方法： パート6. FATファイルシステムでディスクを操作するためのサポート 」