Файл kernel.cpp

Сердце нашей операционки. Подробнее...

#include <stddef.h>
#include <stdint.h>

Граф включаемых заголовочных файлов для kernel.cpp:

См. исходные тексты.

Перечисления
enum	vga_color {   VGA_COLOR_BLACK = 0 , VGA_COLOR_BLUE = 1 , VGA_COLOR_GREEN = 2 , VGA_COLOR_CYAN = 3 ,   VGA_COLOR_RED = 4 , VGA_COLOR_MAGENTA = 5 , VGA_COLOR_BROWN = 6 , VGA_COLOR_LIGHT_GREY = 7 ,   VGA_COLOR_DARK_GREY = 8 , VGA_COLOR_LIGHT_BLUE = 9 , VGA_COLOR_LIGHT_GREEN = 10 , VGA_COLOR_LIGHT_CYAN = 11 ,   VGA_COLOR_LIGHT_RED = 12 , VGA_COLOR_LIGHT_MAGENTA = 13 , VGA_COLOR_LIGHT_BROWN = 14 , VGA_COLOR_WHITE = 15 }
	Таблица цветов для VGA. Подробнее...

Функции
static void	outb (uint16_t port, uint8_t val)
	Это наши "руки" для работы с портами
static uint8_t	inb (uint16_t port)
	Забирает байт из порта
static void	io_wait (void)
	Маленькая задержка
size_t	strlen (const char *str)
	Считаем длину строки
bool	strcmp (const char *s1, const char *s2)
	Сравниваем две строки
void	memset (void *dest, char val, size_t count)
	Просто забиваем кусок памяти нужным символом
void	terminal_initialize (void)
	Чистим экран при запуске и ставим курсор в начало
void	terminal_scroll ()
	Скроллинг экрана
void	terminal_putentryat (char c, uint8_t color, size_t x, size_t y)
	Вспомогательная штука, чтобы положить символ в конкретную точку экрана
void	terminal_putchar (char c)
	Основная функция печати символа
void	terminal_write (const char *data)
	Просто печатаем строку целиком
void	terminal_writeln (const char *data)
	Печать строки с переходом на новую
void	terminal_backspace ()
	Стираем последний символ
void	cmd_reboot ()
	Жесткий метод перезагрузки
void	cmd_poweroff ()
	Попытка выключить комп
void	cmd_led (int status)
	Управление лампочками на клаве
void	execute_command ()
	Наш обработчик команд
void	kernel_main (void)
	Точка входа в ядро

Переменные
static const size_t	VGA_WIDTH = 80
	Ширина текстового экрана (почти везде по дефолту 80).
static const size_t	VGA_HEIGHT = 25
	Высота текстового экрана (почти везде по дефолту 25).
uint16_t *const	VGA_MEMORY = (uint16_t *)0xB8000
	Волшебный адрес VGA_MEMORY.
size_t	terminal_row
	Текущая строка курсора
size_t	terminal_column
	Текущий столбец курсора
uint8_t	terminal_color
	Текущий цвет текста
uint16_t *	terminal_buffer
	Указатель на буфер экрана
char	kbd_US [128]
	Карта клавиш
char	cmd_buffer [128]
	Буфер, куда мы записываем то, что печатает юзер, пока он не нажмет энтер
int	cmd_len = 0
	Длина текущей введенной команды

Подробное описание

Сердце нашей операционки.

так, ну погнали. Это основной файл ядра.

См. определение в файле kernel.cpp

Перечисления

vga_color

enum vga_color

Таблица цветов для VGA.

Стандартные 16 цветов из эпохи DOS.

Элементы перечислений
VGA_COLOR_BLACK
VGA_COLOR_BLUE
VGA_COLOR_GREEN
VGA_COLOR_CYAN
VGA_COLOR_RED
VGA_COLOR_MAGENTA
VGA_COLOR_BROWN
VGA_COLOR_LIGHT_GREY
VGA_COLOR_DARK_GREY
VGA_COLOR_LIGHT_BLUE
VGA_COLOR_LIGHT_GREEN
VGA_COLOR_LIGHT_CYAN
VGA_COLOR_LIGHT_RED
VGA_COLOR_LIGHT_MAGENTA
VGA_COLOR_LIGHT_BROWN
VGA_COLOR_WHITE

См. определение в файле kernel.cpp строка 89

{
    VGA_COLOR_BLACK = 0,
    VGA_COLOR_BLUE = 1,
    VGA_COLOR_GREEN = 2,
    VGA_COLOR_CYAN = 3,
    VGA_COLOR_RED = 4,
    VGA_COLOR_MAGENTA = 5,
    VGA_COLOR_BROWN = 6,
    VGA_COLOR_LIGHT_GREY = 7,
    VGA_COLOR_DARK_GREY = 8,
    VGA_COLOR_LIGHT_BLUE = 9,
    VGA_COLOR_LIGHT_GREEN = 10,
    VGA_COLOR_LIGHT_CYAN = 11,
    VGA_COLOR_LIGHT_RED = 12,
    VGA_COLOR_LIGHT_MAGENTA = 13,
    VGA_COLOR_LIGHT_BROWN = 14,
    VGA_COLOR_WHITE = 15,
};

Функции

cmd_led()

void cmd_led

(

int

status

)

Управление лампочками на клаве

CapsLock, NumLock и т.д.

См. определение в файле kernel.cpp строка 301

{
    while ((inb(0x64) & 2) != 0)
        ;
    outb(0x60, 0xED); // говорим, что сейчас будем менять состояние диодов
 
    while ((inb(0x64) & 2) != 0)
        ;
    if (status == 1)
        outb(0x60, 0x07); // зажечь всё
    else
        outb(0x60, 0x00); // погасить всё
}

Перекрестные ссылки inb() и outb().

Граф вызовов:

Граф вызова функции:

cmd_poweroff()

void cmd_poweroff

(

)

Попытка выключить комп

Работает в эмуляторах типа QEMU.

См. определение в файле kernel.cpp строка 288

{
    outb(0x604, 0x2000);
    outb(0xB004, 0x2000);
    terminal_writeln("ACPI Shutdown not available via Ports.");
    terminal_writeln("Please turn off power manually.");
    asm volatile("hlt");
}

Перекрестные ссылки outb() и terminal_writeln().

Граф вызовов:

Граф вызова функции:

cmd_reboot()

void cmd_reboot

(

)

Жесткий метод перезагрузки

Через контроллер клавиатуры.

См. определение в файле kernel.cpp строка 270

{
    uint8_t temp;
    asm volatile("cli"); // вырубаем прерывания, чтобы ничего не мешало
    do
    {
        temp = inb(0x64); // ждем, пока контроллер освободится
        if (temp & 1)
            inb(0x60);
    } while (temp & 2);
    outb(0x64, 0xFE); // шлем команду на ресет
    asm volatile("hlt");
}

Перекрестные ссылки inb() и outb().

Граф вызовов:

Граф вызова функции:

execute_command()

void execute_command

(

)

Наш обработчик команд

Это простейший парсер ввода.

См. определение в файле kernel.cpp строка 324

{
    terminal_writeln("");
    if (cmd_len == 0)
        return;
 
    // проверяем, что там ввел пользователь
    if (strcmp(cmd_buffer, "about"))
    {
        terminal_color = VGA_COLOR_LIGHT_CYAN;
        terminal_writeln("-------------------------");
        terminal_writeln("  VST Operating System Stable");
        terminal_writeln("  FOR LEARNING ONLY");
        terminal_writeln("-------------------------");
        terminal_color = VGA_COLOR_LIGHT_GREY;
    }
    else if (strcmp(cmd_buffer, "cat"))
    {
        terminal_color = VGA_COLOR_LIGHT_GREEN;
        terminal_writeln("   /\\_/\\  ");
        terminal_writeln("  ( o.o ) ");
        terminal_writeln("   > ^ <  ");
        terminal_writeln("  /  ^  \\ ");
        terminal_color = VGA_COLOR_LIGHT_GREY;
    }
    else if (strcmp(cmd_buffer, "help"))
    {
        terminal_writeln("Available commands:");
        terminal_writeln(" about    - OS info");
        terminal_writeln(" ascii    - Show art");
        terminal_writeln(" clear    - Clear screen");
        terminal_writeln(" led 1    - Turn ON keyboard LEDs");
        terminal_writeln(" led 0    - Turn OFF keyboard LEDs");
        terminal_writeln(" reboot   - Restart system");
        terminal_writeln(" power 0  - Shutdown (QEMU)");
    }
    else if (strcmp(cmd_buffer, "reboot"))
    {
        terminal_writeln("Rebooting...");
        cmd_reboot();
    }
    else if (strcmp(cmd_buffer, "power 0"))
    {
        terminal_writeln("Shutting down...");
        cmd_poweroff();
    }
    else if (strcmp(cmd_buffer, "led 1"))
    {
        cmd_led(1);
        terminal_writeln("LEDs ON");
    }
    else if (strcmp(cmd_buffer, "led 0"))
    {
        cmd_led(0);
        terminal_writeln("LEDs OFF");
    }
    else if (strcmp(cmd_buffer, "clear"))
    {
        terminal_initialize();
    }
    else
    {
        terminal_color = VGA_COLOR_LIGHT_RED;
        terminal_write("Unknown command: ");
        terminal_writeln(cmd_buffer);
        terminal_color = VGA_COLOR_LIGHT_GREY;
    }
 
    // после выполнения чистим буфер для новой команды
    for (int i = 0; i < 128; i++)
        cmd_buffer[i] = 0;
    cmd_len = 0;
    terminal_write("> ");
}

Перекрестные ссылки cmd_buffer, cmd_led(), cmd_len, cmd_poweroff(), cmd_reboot(), strcmp(), terminal_color, terminal_initialize(), terminal_write(), terminal_writeln(), VGA_COLOR_LIGHT_CYAN, VGA_COLOR_LIGHT_GREEN, VGA_COLOR_LIGHT_GREY и VGA_COLOR_LIGHT_RED.

Граф вызовов:

Граф вызова функции:

inb()

uint8_t inb ( uint16_t port )

inlinestatic

Забирает байт из порта

Так мы узнаем, какую клавишу нажали.

Аргументы

port	Порт устройства

Возвращает

Считанный байт

См. определение в файле kernel.cpp строка 27

{
    uint8_t ret;
    asm volatile("inb %1, %0" : "=a"(ret) : "Nd"(port));
    return ret;
}

Граф вызова функции:

io_wait()

void io_wait ( void )

inlinestatic

Маленькая задержка

Иногда железо слишком медленное для проца.

См. определение в файле kernel.cpp строка 38

{
    outb(0x80, 0);
}

Перекрестные ссылки outb().

Граф вызовов:

kernel_main()

void kernel_main

(

void

)

Точка входа в ядро

Именно сюда GRUB передаст управление после загрузки.

См. определение в файле kernel.cpp строка 403

{
    // стартуем экран
    terminal_initialize();
 
    // приветствие
    terminal_color = VGA_COLOR_WHITE;
    terminal_writeln("VST Operating System");
    terminal_writeln("Type 'help' for commands.");
    terminal_writeln("------------------------------");
    terminal_color = VGA_COLOR_LIGHT_GREY;
    terminal_write("> ");
 
    // основной цикл, тут и живет система
    while (1)
    {
        // опрашиваем порт клавиатуры на нажатие чего либо
        if (inb(0x64) & 1)
        {
            uint8_t scancode = inb(0x60);
 
            // если старший бит 1, значит клавишу отпустили, нам это пока не интересно
            if (scancode & 0x80)
            {
            }
            else
            {
                // получаем символ из нашей таблицы
                char c = kbd_US[scancode];
 
                if (c == '\n') // нажали энтер - выполняем
                {
                    execute_command();
                }
                else if (c == '\b') // нажали бакспейс - стираем
                {
                    if (cmd_len > 0)
                    {
                        terminal_backspace();
                        cmd_buffer[--cmd_len] = 0;
                    }
                }
                else if (c > 0) // обычная буква - пишем в буфер и на экран
                {
                    if (cmd_len < 79)
                    {
                        terminal_putchar(c);
                        cmd_buffer[cmd_len++] = c;
                        cmd_buffer[cmd_len] = 0;
                    }
                }
            }
        }
    }
}

Перекрестные ссылки cmd_buffer, cmd_len, execute_command(), inb(), kbd_US, terminal_backspace(), terminal_color, terminal_initialize(), terminal_putchar(), terminal_write(), terminal_writeln(), VGA_COLOR_LIGHT_GREY и VGA_COLOR_WHITE.

Граф вызовов:

memset()

void memset	(	void *	dest,
		char	val,
		size_t	count )

Просто забиваем кусок памяти нужным символом

Аргументы

dest	Адрес начала
val	Чем забиваем
count	Сколько байт

См. определение в файле kernel.cpp строка 78

{
    char *temp = (char *)dest;
    for (; count != 0; count--)
        *temp++ = val;
}

outb()

void outb ( uint16_t port, uint8_t val )

inlinestatic

Это наши "руки" для работы с портами

Процессор общается с железками через них.

Аргументы

port	Порт устройства
val	Байт, который шлем (например, скомандовать клавиатуре мигнуть лампочкой)

См. определение в файле kernel.cpp строка 16

{
    asm volatile("outb %0, %1" : : "a"(val), "Nd"(port));
}

Граф вызова функции:

strcmp()

bool strcmp	(	const char *	s1,
		const char *	s2 )

Сравниваем две строки

Чтобы понимать, какую команду ввел юзер.

Возвращает

true если строки одинаковые

См. определение в файле kernel.cpp строка 62

{
    while (*s1 && (*s1 == *s2))
    {
        s1++;
        s2++;
    }
    return *s1 == *s2;
}

Граф вызова функции:

strlen()

size_t strlen

(

const char *

str

)

Считаем длину строки

Пока нет стандартной библиотеки, пишем всё сами.

Аргументы

str	Указатель на строку

Возвращает

Количество символов

См. определение в файле kernel.cpp строка 49

{
    size_t len = 0;
    while (str[len])
        len++;
    return len;
}

Граф вызова функции:

terminal_backspace()

void terminal_backspace

(

)

Стираем последний символ

Нужно для работы Backspace.

См. определение в файле kernel.cpp строка 234

{
    if (terminal_column == 0 && terminal_row > 0)
    {
        terminal_row--;
        terminal_column = VGA_WIDTH;
    }
    if (terminal_column > 0)
    {
        terminal_column--;
        terminal_putentryat(' ', terminal_color, terminal_column, terminal_row);
 
        // не забываем вернуть мигающий курсор назад
        uint16_t pos = terminal_row * VGA_WIDTH + terminal_column;
        outb(0x3D4, 0x0F);
        outb(0x3D5, (uint8_t)(pos & 0xFF));
        outb(0x3D4, 0x0E);
        outb(0x3D5, (uint8_t)((pos >> 8) & 0xFF));
    }
}

Перекрестные ссылки outb(), terminal_color, terminal_column, terminal_putentryat(), terminal_row и VGA_WIDTH.

Граф вызовов:

Граф вызова функции:

terminal_initialize()

void terminal_initialize

(

void

)

Чистим экран при запуске и ставим курсор в начало

См. определение в файле kernel.cpp строка 130

{
    terminal_row = 0;
    terminal_column = 0;
    terminal_color = VGA_COLOR_LIGHT_GREY | (VGA_COLOR_BLACK << 4);
    terminal_buffer = VGA_MEMORY;
    for (size_t y = 0; y < VGA_HEIGHT; y++)
    {
        for (size_t x = 0; x < VGA_WIDTH; x++)
        {
            const size_t index = y * VGA_WIDTH + x;
            // забиваем всё пробелами
            terminal_buffer[index] = (uint16_t)' ' | (uint16_t)terminal_color << 8;
        }
    }
}

Перекрестные ссылки terminal_buffer, terminal_color, terminal_column, terminal_row, VGA_COLOR_BLACK, VGA_COLOR_LIGHT_GREY, VGA_HEIGHT, VGA_MEMORY и VGA_WIDTH.

Граф вызова функции:

terminal_putchar()

void terminal_putchar

(

char

c

)

Основная функция печати символа

Она обрабатывает перевод строки и двигает курсор.

• Заметки

  Тут магия

  Говорим видеокарте передвинуть мигающую палочку вслед за текстом.

См. определение в файле kernel.cpp строка 181

{
    if (c == '\n') // если встретили энтер, прыгаем на новую строку
    {
        terminal_column = 0;
        if (++terminal_row == VGA_HEIGHT)
            terminal_scroll();
        return;
    }
 
    // рисуем символ
    terminal_putentryat(c, terminal_color, terminal_column, terminal_row);
 
    // двигаем координату вправо
    if (++terminal_column == VGA_WIDTH)
    {
        terminal_column = 0;
        if (++terminal_row == VGA_HEIGHT)
            terminal_scroll();
    }

    uint16_t pos = terminal_row * VGA_WIDTH + terminal_column;
    outb(0x3D4, 0x0F);
    outb(0x3D5, (uint8_t)(pos & 0xFF));
    outb(0x3D4, 0x0E);
    outb(0x3D5, (uint8_t)((pos >> 8) & 0xFF));
}

Перекрестные ссылки outb(), terminal_color, terminal_column, terminal_putentryat(), terminal_row, terminal_scroll(), VGA_HEIGHT и VGA_WIDTH.

Граф вызовов:

Граф вызова функции:

terminal_putentryat()

void terminal_putentryat	(	char	c,
		uint8_t	color,
		size_t	x,
		size_t	y )

Вспомогательная штука, чтобы положить символ в конкретную точку экрана

См. определение в файле kernel.cpp строка 171

{
    const size_t index = y * VGA_WIDTH + x;
    terminal_buffer[index] = (uint16_t)c | (uint16_t)color << 8;
}

Перекрестные ссылки terminal_buffer и VGA_WIDTH.

Граф вызова функции:

terminal_scroll()

void terminal_scroll

(

)

Скроллинг экрана

Если дошли до низа экрана, надо всё сдвинуть вверх.

См. определение в файле kernel.cpp строка 151

{
    for (size_t y = 0; y < VGA_HEIGHT - 1; y++)
    {
        for (size_t x = 0; x < VGA_WIDTH; x++)
        {
            terminal_buffer[y * VGA_WIDTH + x] = terminal_buffer[(y + 1) * VGA_WIDTH + x];
        }
    }
    // последнюю строчку чистим
    for (size_t x = 0; x < VGA_WIDTH; x++)
    {
        terminal_buffer[(VGA_HEIGHT - 1) * VGA_WIDTH + x] = (uint16_t)' ' | (uint16_t)terminal_color << 8;
    }
    terminal_row = VGA_HEIGHT - 1;
}

Перекрестные ссылки terminal_buffer, terminal_color, terminal_row, VGA_HEIGHT и VGA_WIDTH.

Граф вызова функции:

terminal_write()

void terminal_write

(

const char *

data

)

Просто печатаем строку целиком

См. определение в файле kernel.cpp строка 215

{
    for (size_t i = 0; i < strlen(data); i++)
        terminal_putchar(data[i]);
}

Перекрестные ссылки strlen() и terminal_putchar().

Граф вызовов:

Граф вызова функции:

terminal_writeln()

void terminal_writeln

(

const char *

data

)

Печать строки с переходом на новую

См. определение в файле kernel.cpp строка 224

{
    terminal_write(data);
    terminal_putchar('\n');
}

Перекрестные ссылки terminal_putchar() и terminal_write().

Граф вызовов:

Граф вызова функции:

Переменные

cmd_buffer

char cmd_buffer[128]

Буфер, куда мы записываем то, что печатает юзер, пока он не нажмет энтер

См. определение в файле kernel.cpp строка 316

cmd_len

int cmd_len = 0

Длина текущей введенной команды

См. определение в файле kernel.cpp строка 318

kbd_US

char kbd_US[128]

Инициализатор

= {
    0, 27, '1', '2', '3', '4', '5', '6', '7', '8', '9', '0', '-', '=', '\b',
    '\t', 'q', 'w', 'e', 'r', 't', 'y', 'u', 'i', 'o', 'p', '[', ']', '\n',
    0, 'a', 's', 'd', 'f', 'g', 'h', 'j', 'k', 'l', ';', '\'', '`', 0,
    '\\', 'z', 'x', 'c', 'v', 'b', 'n', 'm', ',', '.', '/', 0, '*', 0, ' ',
    0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, '-', 0, 0, 0, '+', 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0}

Карта клавиш

Железо присылает номер кнопки, а мы превращаем его в букву.

См. определение в файле kernel.cpp строка 259

                   {
    0, 27, '1', '2', '3', '4', '5', '6', '7', '8', '9', '0', '-', '=', '\b',
    '\t', 'q', 'w', 'e', 'r', 't', 'y', 'u', 'i', 'o', 'p', '[', ']', '\n',
    0, 'a', 's', 'd', 'f', 'g', 'h', 'j', 'k', 'l', ';', '\'', '`', 0,
    '\\', 'z', 'x', 'c', 'v', 'b', 'n', 'm', ',', '.', '/', 0, '*', 0, ' ',
    0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, '-', 0, 0, 0, '+', 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0};

terminal_buffer

uint16_t* terminal_buffer

Указатель на буфер экрана

См. определение в файле kernel.cpp строка 125

terminal_color

uint8_t terminal_color

Текущий цвет текста

См. определение в файле kernel.cpp строка 123

terminal_column

size_t terminal_column

Текущий столбец курсора

См. определение в файле kernel.cpp строка 121

terminal_row

size_t terminal_row

Текущая строка курсора

См. определение в файле kernel.cpp строка 119

VGA_HEIGHT

const size_t VGA_HEIGHT = 25

static

Высота текстового экрана (почти везде по дефолту 25).

См. определение в файле kernel.cpp строка 112

VGA_MEMORY

uint16_t* const VGA_MEMORY = (uint16_t *)0xB8000

Волшебный адрес VGA_MEMORY.

Сюда надо писать буквы, чтобы они появились на мониторе.

См. определение в файле kernel.cpp строка 116

VGA_WIDTH

const size_t VGA_WIDTH = 80

static

Ширина текстового экрана (почти везде по дефолту 80).

См. определение в файле kernel.cpp строка 110