做一个支持图形界面的操作系统（上）

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做一个支持图形界面的操作系统（上）

Version 0.01

（对应pyos版本号：2004_09_18_14_00）

 

哈尔滨工业大学 谢煜波

(email:xieyubo@126.com 网址：http://purec.binghua.com)

(QQ:13916830 哈工大紫丁香BBSID：iamxiaohan)

 

前言

   图形界面（GUI）几乎被现在所有的主流操作系统及应用程序使用，这是因为它提供了极好的人机交互接口，微软大名鼎鼎的Windows就是一个非常成功而明显的例子，据说微软的理念有一条就是“让电脑变得越来越傻瓜，任何人都可以操作它”，很显然，要实现这个梦想，GUI界面是必须的。

    如果有操作系统的支持，编写具有图形界面的程序是一件相对来说比较容易的事情，因为操作系统为你管理显卡，为你提供了各种各样诸如画点、画线、画矩形、填充等各种图形函数，你只需要将你所希望显示的东西，通过直接调用这样一些函数生成就行了，操作系统会为你完成余下的一切。

    然而，如果你打算自己从头编写一个操作系统，而没办法使用已有的操作系统所提供的便利功能的时候，又应当怎样完成这样一个图形界面呢？

    本文打算继续以pyos系统为例，简单描述一下怎样让你自己的操作系统支持图形界面。如果你想更好的理解本篇的内容，你需要对操作系统的引导过程有些许了解，这可以参考一下本文的参考文献1，另外，你还需要对汇编语言有所了解，这可以参考一下本文的参考文献2。本文的实验代码由汇编及C语言完成，如果你对C语言不太了解，可以参考一下本文的参考文献3。

    标准的GUI界面应当包括图形化界面的显示及对用户输入的支持，而现在在GUI界面下用的最广泛的用户输入设备就是鼠标了。因此本文打算以两部份分别进行描述。上篇描述图形界面的显示，下篇描述对鼠标的支持。

    由于知识及水平所限，对于其中不当及错误之处或者您有任何建议，非常欢迎您与我联系。我会在哈工大纯C论坛上（http://purec.binghua.com）上对本文进行跟踪反馈，本文所描述的资料及源代码也可以在上面找到。

 

一、显卡接口标准VESA简介

    所谓标准，其实就是一种协议，比如显卡接口标准，就是显卡与主机之间进行通信的协议，通过这个协议，主机就能操作及控制显卡。比如主机要让显卡在（x，y）画一个点，需要对显卡进行什么操作，这在协议上都有明确的说明与规定，因此，如果我们要操作一个显卡，只需要按照协议上的说明与规定进行就行了，这里的协议就如同一个说明书一样。

    随着显卡的发展，先后出现了很多种协议，比如EGA协议，CGA协议，VGA协议等，而现在用得最广泛的是由国际视频电子标准协会（Video Electronics Standards Association）制定的称为VESA的协议，现在最新的协议版本是3.0，不过由于目前并不是所有的显卡均支持此项协议，特别是众多的虚拟机都不支持，因此本文将以2.0版本作为描述的基础，由于各版本是向下兼容的，因此基于2.0的程序完全可以不经修改的应用在3.0版本上。

    VESA标准包括了很多的子标准，其中对于操作系统编写最有用的就是VBE标准（Vesa Bios Extension），在实际的系统编写中，我们按照此标准，通过调用BIOS的0x10号中断，而对显卡进行操作，在调用此号中断的时候，ax寄存器中存放的就是你想使用的显卡的功能。比如VESA 2.0标准规定：0x4F00号功能可以返回显卡所支持的VESA标准的信息，0x4F01号功能可以返回所指定的显示模式的信息，诸如行列像素是多少，每像素的字节数是多少之类。调用这些功能是非常方便的，比如，通过阅读VESA标准，我们知道0x4F02号功能可以用来设置显示模式，调用此功能时，bx中存放的是欲设置的显示模式的编号，因此，如果我们想将显卡的显示模式设为0x111模式，那么我们应当编写如下的代码：

    mov  ax , 0x4F02       ;;设置中断功能号，表示使用0x4F02号功能

    mov  bx , 0x111        ;;设置显示模式号，表示使用0x111显示模式

    int  0x10              ;;调用BIOS的0x10号中断，设置显卡功能

    执行了上面的代码之后，显卡就被设置成了0x111号显示模式，那么这个模式有些什么显示特性呢？请看下面的表格：

（表1 VESA标准定义的显示模式（部份））

模式号	分辨率	色彩
0x100	640*400	256
0x101	640*480	256
0x102	800*600	16
0x103	800*600	256
0x104	1024*768	16
0x105	1024*768	256
0x106	1280*1024	16
0x107	1280*1024	256
0x10D	300*200	1:5:5:5
0x10E	320*200	5:6:5