学号 实验日期 20160810520 2018.11.14 姓名 实验项目 甘昆禄 专业年级班级 智能1601 第8天：鼠标控制与32位模式切换 一、实验主要内容
1. 鼠标解读（1）
已经能从鼠标取得数据了，紧接着的问题是要解读这些数据，调查鼠标是怎么移动的，然后结合鼠标的动作，让鼠标指针相应地动起来。 首先对bootpack.c中的HariMain进行一些修改： for (;;) { io_cli();
if (fifo8_status(&keyfifo) + fifo8_status(&mousefifo) == 0) { io_stihlt(); } else {
if (fifo8_status(&keyfifo) != 0) { i = fifo8_get(&keyfifo); io_sti();
sprintf(s, \"%02X\
boxfill8(binfo->vram, binfo->scrnx, COL8_008484, 0, 16, 15, 31); putfonts8_asc(binfo->vram, binfo->scrnx, 0, 16, COL8_FFFFFF, s); } else if (fifo8_status(&mousefifo) != 0) { i = fifo8_get(&mousefifo); io_sti();
if (mouse_phase == 0) /*等待鼠标的0xfa的状态*/ {
if (i == 0xfa) {
mouse_phase = 1; }
} else if (mouse_phase == 1) { /*等待鼠标的第一字节*/ mouse_dbuf[0] = i; mouse_phase = 2; } else if (mouse_phase == 2) { /* 等待鼠标的第二字节 */ mouse_dbuf[1] = i; mouse_phase = 3; } else if (mouse_phase == 3) { mouse_dbuf[2] = i; mouse_phase = 1;
/*鼠标的三个字节都齐了，显示出来*/ sprintf(s, mouse_dbuf[2]);
boxfill8(binfo->vram, binfo->scrnx, COL8_008484, 32, 16, 32 + 8 * 8 - 1, 31); putfonts8_asc(binfo->vram, binfo->scrnx, 32, 16, COL8_FFFFFF, s); }
} } }
实际上是将HariMain中for循环部分进行修改，首先把最初读到的0xfa舍弃掉。之后，每次从鼠标那里送过来的数据都应该是3个字节一组的，所以每当数据累积到3个字节，就把他显示在屏幕上。
\"%02X
%02X
%02X\
mouse_dbuf[0],
mouse_dbuf[1],
变量mouse_phase用来记住接受鼠标数据的工作进展到了什么阶段(phase)。接受到的数据放在mouse_dbuf[0~2]内。
if (mouse_phase == 0) /*等待鼠标的0xfa的状态*/ {
各种处理； } else if (mouse_phase == 1) { /*等待鼠标的第一字节*/ 各种处理;
} else if (mouse_phase == 2) { /* 等待鼠标的第二字节 */ 各种处理;
} else if (mouse_phase == 3) {
/*鼠标的三个字节都齐了，显示出来*/ 各种处理; }
这部分就是对于不同的mouse_phase值，相应地做各种不同的处理。显示结果如下（鼠标移动过）：
屏幕上除了括号内的还有三字节数字，即mouse_dbuf[0],mouse_dbuf[1],mouse_dbuf[2]里的数据。“08”部分0会在0~3的范围内变化，这里鼠标左移时显示1，下移时显示2，这是演讲的同学提出的，湛林莉她观察还真是厉害，不仅将上下左右，还把右下、坐下等也看了出来。“8”只有在点击鼠标时才会有变化，值在8~F之间。第二个字节与鼠标的左右移动有关，第三个字节与鼠标的上下移动有关。这里的信息方便下面为鼠标的动作做出判断。 2. 整理
在HariMain函数中出现的unsigned char mouse_dbuf[3], mouse_phase;声明可以放到函数前的结构体里： struct MOUSE_DEC {
unsigned char buf[3], phase; };123
并在这句话修改为：
struct MOUSE_DEC mdec;1
创建的这个结构体MOUSE_DEC，DEC是decode的缩写，用这个结构日把鼠标所需要的变量都归总到一块儿。 然后将鼠标的解读从函数HariMain的接受信息处理中剥离出来，放到了mouse_decode函数。
3. 鼠标解读（2）
struct MOUSE_DEC {
unsigned char buf[3], phase; int x, y ,btn; };
int mouse_decode(struct MOUSE_DEC *mdec, unsigned char dat) {
if (mdec->phase == 0) {
/* 等待鼠标的0xfa的阶段 */ if (dat == 0xfa) {
mdec->phase = 1; } return 0; }
if (mdec->phase == 1) {
/* 等待鼠标第一字节的阶段 */ if ((dat & 0xc8) == 0x08) { /*如果第一字节正确*/ mdec->buf[0] = dat; mdec->phase = 2; } return 0; }
if (mdec->phase == 2) {
/* 等待鼠标第二字节的阶段 */ mdec->buf[1] = dat; mdec->phase = 3; return 0; }
if (mdec->phase == 3) {
/* 等待鼠标第三字节的阶段 */ mdec->buf[2] = dat; mdec->phase = 1;
mdec->btn = mdec->buf[0] & 0x07; mdec->x = mdec->buf[1];
mdec->y = mdec->buf[2]; if ((mdec->buf[0] & 0x10) != 0) {
mdec->x |= 0xffffff00;
}
if ((mdec->buf[0] & 0x20) != 0){ mdec->y |= 0xffffff00; }
mdec->y = - mdec->y; /*鼠标的y方向与画面符号相反*/ return 1; }
return -1; /* 应该不可能到这里来 */ }
结构体里增加的几个变量用于存放解读结果，这几个变量是x、y和btn，分别用于存放移动信息和鼠标按键状态。if (mdec->phase == 1)这个语句用于判断第一字节对移动有反应的部分是否在0~3的范围内；同时还要判断第一字节对点击有反应的部分是否在8~F的范围内，如果不在以上数据范围内就被舍去。这样做是因为鼠标连线可能会由接触不良，这样产生的数据就有错位，不能顺利解读。if (mdec->phase == 3)语句是解读处理的核心。鼠标键的状态放在buf[0]的低3位，我们只取出这3位。十六进制的0x07相当于二进制的0000 0111，通过与运算(&)取出低3位。x，y基本上直接使用buf[1]和buf[2]，但是需要使用第一字节中对鼠标移动有反应的几位，将x和y的第8位及第8位以后全部都设成1，或全部都保留为0，就能正确解读x和y。解读最后对y符号进行了取反操作是因为鼠标与屏幕的y方向正好相反，为了配合画面方向，就对y符号进行了取反操作。
鼠标数据解读完成之后接下来修改显示部分：
else if (fifo8_status(&mousefifo) != 0) { i = fifo8_get(&mousefifo); io_sti();
if (mouse_decode(&mdec, i) != 0) /*3字节都凑齐了，所以把它们显示出来*/ {
sprintf(s, \"[lcr %4d %4d]\ if ((mdec.btn & 0x01) != 0) { s[1] = 'L';
}
if ((mdec.btn & 0x02) != 0) { s[3] = 'R'; }
if ((mdec.btn & 0x04) != 0) { s[2] = 'C'; }
boxfill8(binfo->vram, binfo->scrnx, COL8_008484, 32, 16, 32 + 15 * 8 - 1, 31); putfonts8_asc(binfo->vram, binfo->scrnx, 32, 16, COL8_FFFFFF, s); }
}
4. 移动鼠标指针
现在就是让鼠标指针在屏幕上动起来啦，感觉好激动，终于能动了（白眼）。 else if (fifo8_status(&mousefifo) != 0) { i = fifo8_get(&mousefifo); io_sti();
if (mouse_decode(&mdec, i) != 0) /*3字节都凑齐了，所以把它们显示出来*/
{
sprintf(s, \"[lcr %4d %4d]\ if ((mdec.btn & 0x01) != 0) { s[1] = 'L'; }
if ((mdec.btn & 0x02) != 0) { s[3] = 'R'; }
if ((mdec.btn & 0x04) != 0) { s[2] = 'C';
}
boxfill8(binfo->vram, binfo->scrnx, COL8_008484, 32, 16, 32 + 15 * 8 - 1, 31); putfonts8_asc(binfo->vram, binfo->scrnx, 32, 16, COL8_FFFFFF, s); /*鼠标指针的移动*/
boxfill8(binfo->vram, binfo->scrnx, COL8_008484, mx, my, mx + 15 * 8 - 1, my + 15); /*隐藏鼠标*/
坐标*/
标*/
mx += mdec.x; my += mdec.y; if (mx < x) {
mx = 0; } if (my < 0) {
my = 0; }
if (mx > binfo->scrnx - 16) {
mx = binfo->scrnx - 16; }
if (my > binfo->scrny - 16) {
my = binfo->scrny - 16; }
sprintf(s, \"(%sd, %3d)\
boxfill8(binfo->vram, binfo->scrnx, COL8_008484, 0, 0, 79, 15); /*隐藏putfonts8_asc(binfo->vram, binfo->scrnx, 0, 0, COL8_FFFFFF, s); /*显示坐 putfonts8_8(binfo->vram, binfo->scrnx, 16, 16, mx, my, mcursor, 16); /*描画鼠标*/
}
先隐藏到鼠标指针，然后根据取得的鼠标数据解读得到的位移量，让鼠标显示在屏幕上。 mx += mdec.x; my += mdec.y;
是为了防止鼠标指针跑到屏幕外进行的调整。
5. 通往32位模式之路
这里讲解了asmhead.nas中的程序。
; PIC关闭一切中断
; 根据AT兼容机的规格，如果要初始化PIC， ; 必须在CLI之前进行，否则有时会挂起， ; 随后进行PIC的初始化
MOV AL,0xff OUT 0x21,AL
NOP ; 如果连续执行OUT指令，有些机种会无法正常运行 OUT 0xa1,AL
CLI ; 禁止CPU级别的中断
这段程序等同于一下内容的C程序。
io_out8(PIC0_IMR, 0xff ); /* 禁止主PIC的全部中断 */ io_out8(PIC1_IMR, 0xff ); /* 禁止从PIC的全部中断 */ Io_cli(); /*禁止CPU级别的中断*/
为了让CPU能够访问1MB以上的内存空间，设定A20GATE
CALL waitkbdout MOV AL,0xd1 OUT 0x64,AL CALL waitkbdout
MOV AL,0xdf ; enable A20 OUT 0x60,AL
CALL waitkbdout1234567
这里的waitbdout等同于wait_KBC_sendread，等同于C语言中的：
#define KEYCMD_WRITE_OUTPORT 0xd1 #define KBC_OUTPORT_A20G_ENABLE 0xdf
/* A20GATE的设定*/ Wait_KBC_sendready();
Io_out8(PORT_KEYCMD, KEYCMD_WRITE_OUTPORT); Waite_KBC_sendready();
Io_out8(PORT_KEYDATA, KBC_OUTPORT_A20G_ENABLE);
Waite_KBC_sendready(); /*这句话是为了等待完成执行指令*/
程序的基本结构与init_keyboard完全相同，功能仅仅是往键盘控制电路发送指令。这里发送的指令，是指令键盘控制电路的附属端口输出0xdf。这个附属端口，连接着主板上的很多地方，通过这个端口发送不同的指令，就可以实现各种各样的控制功能。
这次输出0xdf所要完成的功能，是让A20GATE信号线变成ON的状态。这条信号线的作用是使内存的1MB以上的部分变成可使用状态。Waite_KBC_sendready();是多余的，在此之后，虽然不会往键盘送命令，但仍然要等到下一个命令能够送来为止。这是为了等待A20GATE的处
理切实完成。
; 切换到保护模式
[INSTRSET \"i486p\"] ; “想要使用486指令”的叙述
LGDT [GDTR0] ; 设定临时GDT MOV EAX,CR0
AND EAX,0x7fffffff ; 设bit31为0（为了禁止颁）
OR EAX,0x00000001 ; 设bit0为1（为了切换到保护模式） MOV CR0,EAX JMP pipelineflush pipelineflush:
MOV AX,1*8 ; 可读写的段 32bit MOV DS,AX MOV ES,AX MOV FS,AX MOV GS,AX MOV SS,AX
INSTRSET指令，是为了能够使用386以后的LGDT，EAX， CR0等关键字。LGDT指令将暂定的GDT读进来。然后将CR0这一特殊的32寄存器的值带入EAX，并将最高位置为0，最低位置为1，再将这个值返回给CR0寄存器。这样就完成了模式转换，进入到不用颁的保护模式。CR0，也就是control register 0，是一个非常重要的寄存器，只有操作系统才能操作它。
保护模式是指操作系统受到CPU的保护，应用程序既不能随便改变段的设定，又不能使用操作系统专用的段。通过带入CR0而切换到保护模式时，要马上执行JMP指令。因为变成保护模式后，机器语言的解释要发生变化。CPU为了加快指令的执行速度而使用了管道（piprline）这一机制。也就是说，前一条指令还在执行的时候就开始解释下一条甚至再下一条指令。因为
模式变了，就要重新解释一遍，所以加入了JMP指令。并且在进入保湿模式以后，段寄存器的意思也变了（不再是乘以16后再加算的意思了），除了CS以外所有段寄存器的值都从0x0000变成了0x0008.CS保持原状是因为如果CS也变了，会造成混乱，所以只有CS要放到后面再处理。0x0008，相当于“gdt+1”的段。
; bootpack的传送
MOV ESI,bootpack ; 传送源 MOV EDI,BOTPAK ; 传送目的地 MOV ECX,512*1024/4 CALL memcpy
; 磁盘数据最终转送到它本来的位置去
; 首先从启动扇区开始
MOV ESI,0x7c00 ; 传送源 MOV EDI,DSKCAC ; 传送目的地 MOV ECX,512/4 CALL memcpy
; 所有剩下的
MOV ESI,DSKCAC0+512 ; 传送源 MOV EDI,DSKCAC+512 ; 传送目的地 MOV ECX,0 MOV CL,BYTE [CYLS]
IMUL ECX,512*18*2/4 ; 从柱面数变换为字节数/4 SUB ECX,512/4 ; 减去IPL CALL memcpy
这部分程序只是在调用memcpy函数，同样可以理解成C语言形式（写法可能不正确，但中心思想是类似的）：
memcpy(bootpack, BOTPAK, 512*1024/4);
memcpy(0x7c00, DSKCAC, 512/4 ); memcpy(DSKCAC0+512, DSKCAC+512, cyls*512*18*2/4 - 512/4);
函数mencpy是赋值内存的函数，语法如下：
memcpy(转送源地址, 转送目的地址, 转送数据的大小);
转送数据大小是以双字节位单位的，所以数据大小用字节数除以4来指定。
memcpy(0x7c00, DSKCAC, 512/4);
DSKCAC是0x00100000，所以上面这句话就是从0x7c00复制512字节到0x00100000。这正好是将启动扇区复制到1MB以后的内存去。
memcpy(DSKCAC0+512, DSKCAC+512, cyls*512*18*2/4 - 512/4); 它的意思是将始于0x00008200的磁盘内容，复制到0x00100200那里。
上文中“转送数据大小”的计算有点复杂，因为它是以柱面数来计算的，所以需要减去启动区的那一部分长苏。IMUL是乘法运算，SUB是减法运算。
bootpack是asmhead,nas的最后一个标签，haribote.hrb连接起来而生成的，所以asmhead结束的地方，紧接着串联着bootpack.hrb最前面的部分。 memcpy(bootpack, BOTPAK, 512*1024/4);
→从bootpack的地址开始的512KB内容复制到0x00280000号地址去
; 必须有asmhead来完成的工作，至此全部完毕 ; 以后就变由bootpack来完成
; bootpack的启动
MOV EBX,BOTPAK MOV ECX,[EBX+16]
ADD ECX,3 ; ECX += 3;
SHR ECX,2 ; ECX /= 4;
JZ skip ; 没有要转送的东西时 MOV ESI,[EBX+20] ; 转送源 ADD ESI,EBX
MOV EDI,[EBX+12] ; 转送目的地 CALL memcpy skip:
MOV ESP,[EBX+12] ; 栈初始值 JMP DWORD 2*8: 0x0000001b
这里仍然是在做memcpy，它对bootpack.hrb的header进行解析，将执行必需的数据传送过去。EBX里带入的是BOTPAK，所以值如下：
[EBX + 16]……bootpack.hrb之后的第16号地址。值是0x11a8 [EBX + 20]……bootpack.hrb之后的第20号地址。值是0x10c8 [EBX + 12]……bootpack.hrb之后的第12号地址。值是0x00310000
上面这些值是通过二进制编辑器，打开harib05d的bootpack.hrb后确认的。这些值因harib的版本不同而有所变化。SHA指令是向右移位指令，相当于“ECX>>=2;”，JZ时条件转移指令，来自英文jump if zero，根据前一个计算结果是否为0来决定是否跳转。最终这个memcpy的作用是将bootpack.hrb第0x10c8字节开始的0x11a8字节复制到0x00310000号地址去。最后将0x310000代入到ESP里，然后用一个特别的JMP指令，将2*8代入到CS里，同时移动到0x1b号。这里的0x1b号地址是指第2个段的0x1b号地址。第2个段的基地址是0x280000，所以实际上是从0x28001b开始执行的。也就是bootpack.hrb的0x1b号地址。
然后是这个我们制作的这个“纸娃娃系统”的内存分布图：
0x00000000 - 0x000fffff : 虽然在启动中会多次使用，但之后就变空。（1MB） 0x00100000 - 0x00267fff : 用于保存软盘的内容。（1440KB） 0x00268000 - 0x0026f7ff : 空（30KB） 0x0026f800 - 0x0026ffff : IDT(64KB) 0x00270000 - 0x0027ffff : GDT(64KB)
0x00280000 - 0x002fffff : bootpack.hrb(512KB)
0x00300000 - 0x003ffff : 栈及其他（1MB） 0x00400000 - : 空
waitkbdout:
IN AL,0x64 AND AL,0x02
IN AL,0x60 ; 空读（为了清空数据接收缓冲区中的垃圾数据） JNZ waitkbdout ; AND的结果如果不是0，就跳到waitkbdout RET
waitbdout与wait_KBC_sendready相同，但也添加了部分处理，就是从0x60号设备进行IN的处理。如果控制器里有键盘代码，或者已经积累了鼠标数据，就顺便把它们读取出来。JNC与JZ相反，意思是“jump if not zero” memcpy:
MOV EAX,[ESI] ADD ESI,4 MOV [EDI],EAX ADD EDI,4 SUB ECX,1
JNZ memcpy ; 减法运算的结果如果不是0，就跳转到memcpy RET
复制内存的程序。
ALIGNB 16 GDT0:
RESB 8 ; NULL selector
DW 0xffff,0x0000,0x9200,0x00cf ; 可以读写的段（segment）32bit
DW 0xffff,0x0000,0x9a28,0x0047 ; 可以执行的段（segment）32bit（bootpack用）
DW 0 GDTR0: DW 8*3-1 DD GDT0
ALIGNB 16 bootpack:
ALIGNB指令的意思是一直添加DBO，直到时机合适的时候为止，即最初的地址能被16整除。如果标签GDT0的地址不是8的整数倍，想段寄存器复制的MOV指令就会慢一些。所以插入了ALIGNB指令。
GDT0也是一种特定的GDT，0号是空区域（null sector），不能够在那里定义段。1号和2号分别由下式设定：
Set_segmdesc(gdt + 1, 0xffffffff, 0x00000000, AR_DATA32_RW); Set_segmdesc(gdt + 2, LIMIT_BOTPAK, ADR_BOTPAK, AR_CODE32_ER);12
GDTR0时LGDT指令，意思是通知GDT0说“有了GDT哟”。在GDT0里，写入了16位的段上限，和32位的段起始地址。最初状态时，GDT在asmhead.nas里，并不在0x00270000~0x0027ffff的范围里。IDT连设定都没设定，所以扔处于中断禁止的状态。应当趁着硬件上积累过多数据而产生误动作之前，尽快开放终端，接收数据。因此，在bootpack.c的HariMain里，应该在进行调色板（palette）的初始化以及画面的准备之前，先赶紧重新创建GDT和IDT，初始化PIC，并执行”io_sti();”。
二、遇到的问题及解决方法
填写说明：分条目列出本次的实验过程中遇到的问题和解决方法（可注明是哪位同学帮忙解决问题），描述问题时应配上相关的截图和标记，描述解决方法时应先分析出现该问题的原因再讲解决方法，尽量详细。
1、 鼠标指针“吃掉”任务栏是为啥？
因为每次鼠标移动前都要先清除掉目前的鼠标，而作者的做法是让背景色即008484覆盖指针，所以在上面看起来鼠标移动正常，但移动到任务栏时，任务栏像素显存也被修改为008484，再加上鼠标本身背景色（bc）也是008484，所以，鼠标到的地方16*16范围内背景也会变为008484.
2、 Ipl.bin,asmhead.bin,bootpack.hrb三个文件在软盘中的储存地址。
打开软盘文件和asmhead.bin文件可以看出lpl.bin地址为000-1ff, asmhead.bin地址为0x4200-0x432f,又因为bootpack紧接在asmhead.bin后，则其地址为0x4330-0x6b83
3、 2中文件加载在内存的初始地址和复制后地址。
启动区lpl地址应为0x7c00-0x7dff, asmhead.bin地址应为0xc200-c32f, bootpack.hrb加载在内存地址为：0xc330-0xeb83
复制后的地址分别为：0x00100000-0x001001ff, asmhead.bin地址应为0x00104200-0x0010432f, bootpack.hrb复制后应该有两个？我看是复制了两次（没看到诶），一个应该在asmhead.bin后，地址为0x00104330-0x00106b83.另外开辟了一个512kb的内存，地址为0x00280000-0x002fffff;
三、程序设计创新点
1.实现鼠标移动的同时不会“吃掉”背景；
具体实现步骤：
A,开辟一个大小为256的整形数组，用来保存鼠标下一次显示位置的显存信息； B,给数组初始化为当前鼠标该有背景色，这里为008484,256个像素全部初始化； C,恢复当前鼠标位置背景，即将数组数据赋给当前鼠标像素；
D,将下一次鼠标显示位置的显存信息保存在数组里，覆盖原来的值。（这里在mx,my改变
后，鼠标显示前进行，就可以利用mx,my取到相关信息）；
E,显示鼠标下一步的位置（这里稍作修改，只显示光标，背景bc不显示，就好办多了）； F,重复步骤C,D,E。
效果图如下：
关键代码：
2.实现菜单的点击显示与隐藏。
A,显示。用许多boxfill函数做成菜单底部，再用putfonts8_asc显示字符。
B,鼠标有效点击范围。作者写了点击改变字符的操作可以帮到忙，就在里面写判断语句判
断鼠标位置，符合即取反flag，flag=1时显示菜单，不等就隐藏菜单。
C,主菜单和从菜单的解决，主从菜单有各自的标志位，主标志位为-1时，隐藏所有菜单，
其他标志位要同时为-1，这样主菜单退出时，所有菜单退出。再显示主菜单时，从菜单不一起显示。 效果如下图：
关键代码：
四、实验心得体会
这次实验可以说是运行了指针，然后整理了一遍遗留的汇编代码。说其实要鼠标不“吃掉”任务栏其实还是很容易的，但是可能作者不满足实现的代价，确实多花了256*4个字节的大小存储。所以作者为了让我们鼠标更高效的执行，先让我们了解我们写的东西到底有多大了，放在了哪里，怎么放，怎么管理更加好。我认为这一步还是非常必要的。就是后面的内容就变得更细了，以前东西忘记的话要花一些时间去翻以前的内容。
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