Question

我正在编写一个操作系统，并希望具有GUI。我找不到在屏幕上绘制像素的良好教程。

我想要一些汇编+ C示例，可以在某些仿真器（如BOCHS或v86）上构建并运行

Answer 1

基本思想是：

1）引导程序使用固件（BIOS上的VBE，UEFI上的GOP或UGA）设置显示器，视频卡和OS支持的图形模式；在执行此操作时，它会从固件中获取有关帧缓冲区的相关信息（帧缓冲区的物理地址，水平和垂直分辨率，像素格式，水平行之间的字节），并将其传递给操作系统；这样，操作系统就可以在“早期初始化”（启动本机视频驱动程序之前）期间使用此信息，并在没有合适的本机视频驱动程序的情况下继续使用它（作为一种“渐进模式”）。

2）OS使用该信息来确定如何写入帧缓冲区。这可能是类似physical_address = base_address + y * bytes_between_lines + x * bytes_per_pixel的计算（其中bytes_per_pixel是根据像素格式确定的。）

“早期初始化”注意事项：

出于性能方面的考虑，最好将所有内容绘制到RAM中的缓冲区中，然后将数据从RAM中的缓冲区复制（“ blit”）到帧缓冲区。
出于性能原因，将数据从RAM中的缓冲区复制（“ blit”）到帧缓冲区的代码可以/应该使用一些技巧来避免复制自上次以来没有改变的数据。
为支持许多不同的像素格式，可以对RAM中的缓冲区使用“标准”像素格式（例如，“ 8位红色，8位绿色，8位蓝色，8位填充”）并在将数据从RAM中的缓冲区复制到帧缓冲区时，将其转换为视频卡碰巧需要的任何像素格式（例如“ 5位蓝色，6位绿色，5位红色，无填充”）。这样一来，您就可以使用所有功能的单一版本来绘制事物（字符，线条，矩形，图标等），而不必使用具有多种功能的多个不同版本（每种可能的像素格式一个）。

“中间初始化”注意事项：

您需要设计一个视频驱动程序接口，本机视频驱动程序可以使用该接口（理想情况下）支持现代功能（例如，可能具有完整的3D图形和着色器）。
当没有本机视频驱动程序时，操作系统可以/应该启动一个“通用帧缓冲区”驱动程序，该驱动程序实现相同的视频驱动程序接口（旨在支持硬件加速），该接口可以在软件中完成所有工作而没有硬件的好处加速。
启动视频驱动程序时，操作系统需要某种“切换”，其中帧缓冲区的所有权从较早的启动代码传递给视频驱动程序。在“移交”之后，较早的启动代码（旨在将内容直接吸引到帧缓冲区）不应触摸帧缓冲区，而应要求视频驱动程序执行“转换像素数据并将其复制到帧缓冲区”的工作。

“初始化后”的注意事项：

对于传统的“ 2D GUI”；通常，您为背景/桌面有一个缓冲区（或“画布”或“纹理”或其他东西），为每个窗口或对话框有更多的缓冲区/画布，对于较小的东西（例如，鼠标指针，拖放）可能有更多的缓冲区/画布。下拉菜单，“小部件”等）；这样，应用程序就可以修改其缓冲区/画布（但出于安全原因而被阻止直接或间接访问任何其他缓冲区/画布）。然后，GUI告知视频驱动程序应在何处绘制这些缓冲区/画布中的每一个；视频驱动程序（如果是本地视频驱动程序，则使用硬件加速）将这些片段组合在一起（“合成”）以获取整个帧的像素数据，然后进行像素格式转换（希望使用GPU）以获取原始像素数据到显示/发送到显示器。这意味着在存在本机视频驱动程序时，各种操作（在屏幕上移动窗口，在窗口之间“ alt切换”，在鼠标之间移动等）变得非常快，因为CPU不执行任何操作，而视频卡本身也可以完成所有工作
理想情况下，应用程序会有一种方法（例如OpenGL）要求视频驱动程序在应用程序的缓冲区/画布中绘制内容；这样，视频卡就可以完成更多工作（而CPU无法完成）。这对于3D游戏尤为重要，但是没有理由为什么普通的2D应用程序无法从对2D图形使用相同的方法中受益。

请注意，大多数初学者会做错所有事情（没有设计良好的本机视频驱动程序界面），因此永远不会有任何本机视频驱动程序，因为他们的所有软件始终无法使用本机视频驱动程序。这些人可能会试图说服您这不值得麻烦（因为在他们的经验中，原生视频驱动程序将永远不存在）。现实情况是，大多数本机视频驱动程序极难编写，但其中一些（对于虚拟机）并不难编写。而您的目标应该是允许其他人（通过设计合适的界面并提供足够的文档）最终编写驱动程序，而不是自己编写所有驱动程序。

Answer 2

最佳答案在解释方面做得很好。您确实要求提供一些示例代码，所以这是我的GitHub上的代码段，下面将进行详细说明。

1. bios_setup:
2.  mov ah, 00h     ; tell the bios we'll be in graphics mode
3.  mov al, 13h
4.  int 10h         ; call the BIOS

5.  mov ah, 0Ch     ; set video mode
6.  mov bh, 0       ; set output vga
7.  mov al, 0       ; set initial color
8.  mov cx, 0       ; x = 0
9.  mov dx, 0       ; y = 0

10. int 10h         ; BIOS interrupt

第2行是乐趣的起点。首先，我们将值0移到ah寄存器中。在第3行，我们将13进制数移入al －现在我们可以进行BIOS调用了。第4行调用中断向量为10 hex的bios。 BIOS现在检查ah和al。

AH:
 - tells BIOS to set video mode
AL:
 - tells BIOS to enter write string mode.

现在我们在第4行调用了中断，现在可以将新值移入某些寄存器了。在第5行，我们将0C hex放入ah寄存器。这告诉BIOS我们要写入图形像素。在第6行，我们将0放入bh寄存器，这告诉BIOS我们将使用CGA，EGA，MCGA或VGA适配器进行输出。所以输出模式基本上是0。接下来，我们要做的就是设置颜色。因此，让我们从0开始，它是黑色的。都很好，但是我们要将黑色像素实际绘制到哪里呢？那是第8-9行进入的地方，寄存器cx和dx分别存储要绘制的像素的x，y坐标。设置好后，我们将以中断10进制的形式调用BIOS。然后画出像素。

在阅读了布伦丹详尽而翔实的答案后，这段代码将使更有意义。某些值必须在某些寄存器中才能调用 BIOS仅仅因为这些是相应中断所位于的寄存器会检查。其他一切都非常简单。如果你想要另一个颜色，只需更改al中的值即可。您想在其他地方像素化吗？混乱在cx和dx中的x和y值。再次，这不是很对于图形密集型程序非常有效，因为它相当慢。但是，出于教育目的，它胜过编写自己的图形驱动程序;）

通过将所有内容绘制到RAM中的缓冲区之前，您仍然可以获得一些效率就像布兰登所说的那样在屏幕上闪烁，但我宁愿保持简单我的例子。

在my GitHub上查看完整的免费示例。我还提供了自述文件和Makefile，但它们是Linux独有的。如果您在Windows上运行，则进行一些谷歌搜索会生成将OS组装到可引导软盘上所需的任何信息，几乎任何虚拟机主机都可以。另外，请随时问我任何不清楚的问题。干杯！

Ps：我没有写工具，只是在NASM中写了一个小脚本，打算将其组装到软盘上并作为内核（如果需要，可以在VM中运行）

如何在没有BIOS的情况下在屏幕上绘制像素？

2 个答案: