day8

鼠標數據取得方法

fifo8_init(&mousefifo, 128, mousebuf);
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", i);
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();
sprintf(s, "%02X", i);
boxfill8(binfo->vram, binfo->scrnx, COL8_008484, 32, 16, 47, 31);
putfonts8_asc(binfo->vram, binfo->scrnx, 32, 16, COL8_FFFFFF, s);
}
}
}

這段代碼是一個處理鍵盤和鼠標輸入事件的主循環，通過FIFO隊列緩沖數據，并在屏幕上實時顯示輸入信息。以下是逐行解釋：

---

一、代碼功能概述

1. 初始化鼠標FIFO隊列：

   fifo8_init(&mousefifo, 128, mousebuf);  // 初始化鼠標FIFO，容量128字節，緩沖區為mousebuf

   • 為鼠標數據分配緩沖區，確保中斷接收的數據能暫存。

2. 主事件循環：

   for (;;) {io_cli();  // 關中斷，防止數據競爭if (fifo8_status(&keyfifo) + fifo8_status(&mousefifo) == 0) { // 無數據時io_stihlt();  // 開中斷并休眠（等待中斷喚醒）} else {  // 有數據時處理// 處理鍵盤或鼠標事件}
   }

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二、核心代碼邏輯

1. 關中斷與休眠

• io_cli()：關閉CPU中斷，確保檢查FIFO狀態時不會被中斷打斷。
• io_stihlt()：重新開啟中斷并執行HLT指令，讓CPU休眠直到下一個中斷到來。
  • 目的：避免忙等待（Busy Waiting），節省CPU資源。

2. 處理鍵盤事件

if (fifo8_status(&keyfifo) != 0) {  // 鍵盤FIFO有數據i = fifo8_get(&keyfifo);        // 取出鍵盤數據io_sti();                       // 開中斷（允許新中斷）sprintf(s, "%02X", i);          // 將數據轉為十六進制字符串// 清空屏幕區域（0,16）到（15,31）boxfill8(binfo->vram, binfo->scrnx, COL8_008484, 0, 16, 15, 31);// 顯示十六進制值putfonts8_asc(binfo->vram, binfo->scrnx, 0, 16, COL8_FFFFFF, s);
}

3. 處理鼠標事件

else if (fifo8_status(&mousefifo) != 0) {  // 鼠標FIFO有數據i = fifo8_get(&mousefifo);            // 取出鼠標數據io_sti();                             // 開中斷sprintf(s, "%02X", i);                // 轉為十六進制字符串// 清空屏幕區域（32,16）到（47,31）boxfill8(binfo->vram, binfo->scrnx, COL8_008484, 32, 16, 47, 31);// 顯示十六進制值putfonts8_asc(binfo->vram, binfo->scrnx, 32, 16, COL8_FFFFFF, s);
}

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三、關鍵函數與參數

1. FIFO操作函數

• fifo8_init(fifo, size, buf)：初始化FIFO隊列，指定容量和緩沖區地址。
• fifo8_status(fifo)：返回隊列中未處理的數據量。
• fifo8_get(fifo)：從隊列頭部取出一個字節數據。

2. 屏幕操作函數

• boxfill8(vram, scrnx, color, x0, y0, x1, y1)：

  在指定屏幕區域填充顏色。

  • vram：顯存地址。
  • scrnx：屏幕水平分辨率（像素）。
  • color：顏色值（如COL8_008484表示藍綠色）。
  • x0, y0, x1, y1：填充區域的左上角和右下角坐標。

• putfonts8_asc(vram, scrnx, x, y, color, str)：

  在屏幕指定位置繪制ASCII字符串。

  • x, y：文本起始坐標。
  • str：要顯示的字符串。

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四、代碼執行流程

1. 初始化：
   • 鼠標FIFO隊列初始化，準備接收數據。
2. 進入主循環：
   • 關中斷：防止處理數據時被中斷打斷。
   • 檢查隊列：若鍵盤和鼠標隊列均為空，則開中斷并休眠。
   • 處理數據：若隊列非空，按優先級處理鍵盤數據（先）或鼠標數據（后）。
3. 顯示數據：
   • 將數據轉換為十六進制字符串。
   • 清空屏幕局部區域（避免舊數據殘留）。
   • 在指定位置繪制新數據。

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五、設計細節分析

1. 中斷控制

• 關中斷（io_cli）：

  在檢查FIFO狀態前關閉中斷，確保檢查與取數據的操作是原子的，避免競態條件（Race Condition）。

• 開中斷（io_sti）：

  在取出數據后立即開啟中斷，允許新的中斷處理程序填充隊列。

2. 屏幕刷新優化

• 局部刷新：
  僅刷新顯示數據的區域（如0,16到15,31），而非全屏刷新，減少顯存操作開銷。

3. 數據格式轉換

• 十六進制顯示：
  將原始掃描碼或鼠標數據以十六進制顯示，便于調試觀察（如0x1C代表按鍵A按下）。

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六、性能與擴展性

• 低功耗休眠：

  通過io_stihlt()在無數據時休眠，顯著降低CPU占用率。

• 緩沖區容量：

  鼠標FIFO容量為128字節，足夠容納多個鼠標數據包（每個包3字節），避免溢出。

• 擴展性：

  可擴展支持更多輸入設備（如游戲手柄），只需增加對應的FIFO隊列和處理邏輯。

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總結

這段代碼實現了一個高效的輸入事件處理循環，核心特點包括：

1. 中斷安全：通過io_cli/io_sti確保數據操作的原子性。
2. 低功耗：無數據時休眠，減少資源消耗。
3. 實時反饋：即時將輸入數據可視化，便于調試或用戶交互。

該設計是操作系統輸入子系統的典型實現，適用于需要實時響應外設的場景（如嵌入式系統或低級硬件驅動開發）。

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鼠標解讀（1）（harib05a）

struct MOUSE_DEC {
unsigned char buf[3], phase;
};
void enable_mouse(struct MOUSE_DEC *mdec);
int mouse_decode(struct MOUSE_DEC *mdec, unsigned char dat);
void HariMain(void)
{
（中略）
struct MOUSE_DEC mdec;
（中略）
enable_mouse(&mdec);
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", i);
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_decode(&mdec, i) != 0) {
/* 3字節都湊齊了，所以把它們顯示出來*/
sprintf(s, "%02X %02X %02X", mdec.buf[0], mdec.buf[1], mdec.buf[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);
}
}
}
}
}
void enable_mouse(struct MOUSE_DEC *mdec)
{
/* 鼠標有效 */
wait_KBC_sendready();
io_out8(PORT_KEYCMD, KEYCMD_SENDTO_MOUSE);
wait_KBC_sendready();
io_out8(PORT_KEYDAT, MOUSECMD_ENABLE);
/* 順利的話，ACK(0xfa)會被送過來 */
mdec->phase = 0; /* 等待0xfa的階段 */
return;
}
int mouse_decode(struct MOUSE_DEC *mdec, unsigned char dat)
{
if (mdec->phase == 0) {
/* 等待鼠標的0xfa的階段 */
if (dat == 0xfa) {
mdec->phase = 1;
}
return 0;
}
if (mdec->phase == 1) {
/* 等待鼠標第一字節的階段 */
mdec->buf[0] = dat;
mdec->phase = 2;
return 0;
}
if (mdec->phase == 2) {
/* 等待鼠標第二字節的階段 */
mdec->buf[1] = dat;
mdec->phase = 3;
return 0;
}
if (mdec->phase == 3) {
/* 等待鼠標第二字節的階段 */
mdec->buf[2] = dat;
mdec->phase = 1;
return 1;
}
return -1; /* 應該不可能到這里來 */
}

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以下是代碼中關于鼠標處理的詳細解釋：

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一、數據結構與初始化

1. 鼠標解碼結構體 MOUSE_DEC

struct MOUSE_DEC {unsigned char buf[3], phase; // 存儲3字節數據包和解碼階段
};

• buf[3]：存儲PS/2鼠標的3字節數據包。
• phase：標識當前解碼階段（0-3），用于追蹤數據包接收進度。

2. 啟用鼠標 enable_mouse()

void enable_mouse(struct MOUSE_DEC *mdec) {wait_KBC_sendready();            // 等待鍵盤控制器就緒io_out8(PORT_KEYCMD, 0xD4);      // 發送命令：下一字節發送到鼠標wait_KBC_sendready();io_out8(PORT_KEYDAT, 0xF4);      // 發送命令：啟用鼠標數據報告mdec->phase = 0;                 // 初始化階段0（等待ACK）
}

• 關鍵步驟：
  1. 通過鍵盤控制器（端口0x64）發送命令0xD4，通知后續數據發送到鼠標。
  2. 發送0xF4到數據端口（0x60），激活鼠標數據報告模式。
  3. 初始化phase=0，等待鼠標返回ACK（0xFA）。

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二、鼠標數據解碼 mouse_decode()

int mouse_decode(struct MOUSE_DEC *mdec, unsigned char dat) {if (mdec->phase == 0) {          // 階段0：等待ACK（0xFA）if (dat == 0xFA) {           // 收到ACKmdec->phase = 1;         // 進入階段1（接收字節1）}return 0;} else if (mdec->phase == 1) {   // 階段1：接收數據包第1字節mdec->buf[0] = dat;mdec->phase = 2;             // 進入階段2（接收字節2）return 0;} else if (mdec->phase == 2) {   // 階段2：接收數據包第2字節mdec->buf[1] = dat;mdec->phase = 3;             // 進入階段3（接收字節3）return 0;} else if (mdec->phase == 3) {   // 階段3：接收數據包第3字節mdec->buf[2] = dat;mdec->phase = 1;             // 重置階段1（等待下一數據包）return 1;                    // 返回1表示完整數據包}return -1;                       // 錯誤狀態
}

• 解碼流程：
  1. 階段0：等待鼠標返回ACK（0xFA），確認啟用成功。
  2. 階段1-3：依次接收數據包的3個字節，存儲到buf數組。
  3. 完成解碼：當3字節收齊后，返回1，并重置階段為1以接收下一數據包。

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三、主循環中的鼠標處理

for (;;) {io_cli(); // 關中斷if (fifo8_status(&mousefifo) != 0) {i = fifo8_get(&mousefifo);   // 從隊列取數據io_sti(); // CLI（Clear Interrupt）和STI（Set Interrupt）// 開中斷if (mouse_decode(&mdec, i) != 0) { // 解碼成功// 顯示3字節數據（十六進制）sprintf(s, "%02X %02X %02X", mdec.buf[0], mdec.buf[1], mdec.buf[2]);boxfill8(...);           // 清空屏幕區域putfonts8_asc(...);      // 顯示數據}}
}

• 處理流程：
  1. 從鼠標FIFO隊列中讀取數據字節。
  2. 調用mouse_decode解碼，若返回1（完整數據包），則顯示三個字節的十六進制值。

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四、PS/2鼠標數據包格式

標準3字節數據包

字節	位7-0	說明
Byte 0	Y溢出	X溢出
Byte 1	X軸移動量（8位補碼，-128~127）	水平移動量（左/右）
Byte 2	Y軸移動量（8位補碼，-128~127）	垂直移動量（下/上）

• 溢出處理：若X/Y溢出位為1，表示移動量超過8位范圍（需特殊處理）。
• 符號位：X/Y符號位為1表示負向移動（左/下）。

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五、關鍵硬件交互

1. 鍵盤控制器（KBC）端口

• PORT_KEYCMD (0x64)：發送命令到鍵盤控制器。
• PORT_KEYDAT (0x60)：讀寫數據（鍵盤/鼠標）。

2. 中斷與FIFO

• IRQ12：鼠標中斷，觸發時將數據存入mousefifo。
• FIFO隊列：緩沖中斷接收的數據，主循環異步處理。

---

六、注意事項

1. ACK處理：啟用鼠標后需等待0xFA確認，否則后續數據可能錯位。
2. 數據包順序：需嚴格按順序接收3字節，否則解析錯誤。
3. 符號與溢出：需正確處理補碼和溢出標志，以準確計算鼠標移動。

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總結

這段代碼通過以下步驟實現鼠標功能：

1. 初始化：激活鼠標并等待ACK。
2. 數據接收：通過中斷和FIFO緩沖原始字節。
3. 數據解碼：按階段拼裝3字節數據包。
4. 數據顯示：將數據包內容輸出到屏幕。

理解PS/2協議和狀態機管理是處理輸入設備的核心，此代碼為操作系統輸入子系統的基礎實現。

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鼠標解讀（2）（harib05c）

---

struct MOUSE_DEC {
unsigned char buf[3], phase;
int x, y, btn;
};
/*
結構體里增加的幾個變量用于存放解讀結果。這幾個變量是x、y和btn，分別用于
存放移動信息和鼠標按鍵狀態。*/
int mouse_decode(struct MOUSE_DEC *mdec, unsigned char dat)
{
if (mdec->phase == 0) {
/* 等待鼠標的0xfa的階段 */
if (dat == 0xfa) {
mdec->phase = 1;
}
return 0;
}
if (mdec->phase == 1) {
/* 等待鼠標第一字節的階段 */
if ((dat & 0xc8) == 0x08) {
/* 如果第一字節正確 用于判斷第一字節
對移動有反應的部分是否在0～3的范圍內；同時還要判斷第一字節對點擊有反應的
部分是否在8～F的范圍內。如果這個字節的數據不在以上范圍內，它就會被舍去。
雖說基本上不這么做也行，但鼠標連線偶爾也會有接觸不良、即將斷線的可能，這
時就會產生不該有的數據丟失，這樣一來數據會錯開一個字節。數據一旦錯位，就
不能順利解讀，那問題可就大了。而如果添加上對第一字節的檢查，就算出了問
題，鼠標也只是動作上略有失誤，很快就能糾正過來，*/
mdec->buf[0] = dat;
mdec->phase = 2;
}
return 0;
}
if (mdec->phase == 2) {
/* 等待鼠標第二字節的階段 */
mdec->buf[1] = dat;
mdec->phase = 3;
return 0;
}
if (mdec->phase == 3) {
/* 等待鼠標第三字節的階段 */
mdec->buf[2] = dat;
mdec->phase = 1;
mdec->btn = mdec->buf[0] & 0x07;
mdec->x = mdec->buf[1];
mdec->y = mdec->buf[2];
/***標準3字節數據包**| **字節** | **位7-0** | **說明** |
| --- | --- | --- |
| Byte 0 | Y溢出 | X溢出 |
| Byte 1 | X軸移動量（8位補碼，-128~127） | **水平移動量**（左/右） |
| Byte 2 | Y軸移動量（8位補碼，-128~127） | **垂直移動量**（下/上） |
- **溢出處理**：若X/Y溢出位為1，表示移動量超過8位范圍（需特殊處理）。
- **符號位**：X/Y符號位為1表示負向移動（左/下）。*/
if ((mdec->buf[0] & 0x10) != 0) {
mdec->x |= 0xffffff00;
/*|= 是按位或賦值操作符：
等價于 mdec->x = mdec->x | 0xffffff00
作用是將x變量的高24位全部置為1，保持低8位不變
將原始的8位有符號位移量（-128~127）
轉換為32位有符號整數（-2147483648~2147483647）
保持數值不變的同時擴展存儲空間
這個操作在底層設備驅動中很常見，
用于將硬件返回的補碼（two's complement）有符號數擴展為CPU架構的標準整數格式。*/
}
if ((mdec->buf[0] & 0x20) != 0) {
mdec->y |= 0xffffff00;
}
mdec->y = - mdec->y; /* 鼠標的y方向與畫面符號相反 */
return 1;
}
return -1; /* 應該不會到這兒來 */
}

} else if (fifo8_status(&mousefifo) != 0) {
i = fifo8_get(&mousefifo);
io_sti();
if (mouse_decode(&mdec, i) != 0) {
/* 數據的3個字節都齊了，顯示出來 */
sprintf(s, "[lcr %4d %4d]", mdec.x, mdec.y);
if ((mdec.btn & 0x01) != 0) {
s[1] = 'L';
/*如果mdec.btn的最低位是1，就把s的第2個字符（注：第1個字
符是s[0] ）換成‘L’。這就是將小寫字符置換成大寫字符。
*/
}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);
}
}

一、3字節數據包結構

PS/2鼠標通過3字節數據包上報移動和按鍵信息，每個字節的位定義如下：

1. 字節0（狀態字節）

位	名稱	說明
7	Y溢出（YV）	1表示Y軸移動量超出8位補碼范圍（-127~127），需要特殊處理。
6	X溢出（XV）	1表示X軸移動量超出8位補碼范圍。
5	Y符號位（YS）	1表示Y軸負方向移動（向上），0表示正方向（向下）。
4	X符號位（XS）	1表示X軸負方向移動（向左），0表示正方向（向右）。
3	保留	固定為0。
2	中鍵（MB）	1表示中鍵按下。
1	右鍵（RB）	1表示右鍵按下。
0	左鍵（LB）	1表示左鍵按下。

2. 字節1（X軸移動量）

• 8位補碼：表示X軸偏移量，范圍-128~127。
  • 正數：向右移動。
  • 負數：向左移動（通過符號位擴展為32位）。

3. 字節2（Y軸移動量）

• 8位補碼：表示Y軸偏移量，范圍-128~127。
  • 正數：向下移動。
  • 負數：向上移動（需取反適配屏幕坐標系）。

移動鼠標指針（harib05d）

這一步就是將鼠標顯示在顯示器上

先隱藏之前的鼠標，然后在鼠標指針的坐標上，加上解讀得到的位移量

但是隱藏鼠標時填充的背景色需要考慮一下

} else if (fifo8_status(&mousefifo) != 0) {
i = fifo8_get(&mousefifo);
io_sti();
if (mouse_decode(&mdec, i) != 0) {
/* 數據的3個字節都齊了，顯示出來 */
sprintf(s, "[lcr %4d %4d]", mdec.x, mdec.y);
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);
/* 鼠標指針的移動 */
boxfill8(binfo->vram, binfo->scrnx, COL8_008484, mx, my, mx + 15, my + 15); /* 隱藏鼠
標 */
mx += mdec.x;
my += mdec.y;
if (mx < 0) {
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, "(%3d, %3d)", mx, my);
boxfill8(binfo->vram, binfo->scrnx, COL8_008484, 0, 0, 79, 15); /* 隱藏坐標 */
putfonts8_asc(binfo->vram, binfo->scrnx, 0, 0, COL8_FFFFFF, s); /* 顯示坐標 */
putblock8_8(binfo->vram, binfo->scrnx, 16, 16, mx, my, mcursor, 16); /* 描畫鼠標 */
}

通往32位模式之路（asmhead.nas代碼解釋）

關閉中斷

; PIC關閉一切中斷
; 根據AT兼容機的規格，如果要初始化PIC，
; 必須在CLI之前進行，否則有時會掛起。
; 隨后進行PIC的初始化。
MOV AL,0xff
OUT 0x21,AL
NOP ; 如果連續執行OUT指令，有些機種會無法正常運行
OUT 0xa1,AL
CLI ; 禁止CPU級別的中斷

等同于

io_out(PIC0_IMR, 0xff); /* 禁止主PIC的全部中斷 */
io_out(PIC1_IMR, 0xff); /* 禁止從PIC的全部中斷 */
io_cli(); /* 禁止CPU級別的中斷*/

防止cpu進行模式轉換的時候有中斷發生，同樣PIC初始化時也不允許有中斷發生，所以要屏蔽全部的中斷

NOP指令什么都不做，只是讓CPU休息一個時鐘長的時間

為了讓CPU能夠訪問1MB以上的內存空間，設定A20GATE

; 為了讓CPU能夠訪問1MB以上的內存空間，設定A20GATE
CALL waitkbdout
MOV AL,0xd1
OUT 0x64,AL
CALL waitkbdout
MOV AL,0xdf ; enable A20
OUT 0x60,AL
CALL waitkbdout
;waitkbdout，等同于wait_KBC_sendready

上面這段程序等同于c語言

// 鍵盤控制器命令定義
#define KEYCMD_WRITE_OUTPORT 0xd1   // 寫輸出端口的命令
#define KBC_OUTPORT_A20G_ENABLE 0xdf // 啟用A20 Gate的位掩碼/* A20GATE的設定流程 */
wait_KBC_sendready();               // 等待KBC準備就緒
io_out8(PORT_KEYCMD, KEYCMD_WRITE_OUTPORT); // 發送寫輸出端口命令
wait_KBC_sendready();
io_out8(PORT_KEYDAT, KBC_OUTPORT_A20G_ENABLE); // 設置A20啟用標志
wait_KBC_sendready();               // 確保命令執行完成 /* 這句話是為了等待完成執行指令 */

程序的基本結構與init_keyboard完全相同，功能僅僅是往鍵盤控制電路發送指令。

關鍵數值解析：

1. 0xd1：鍵盤控制器命令，表示要寫輸出端口（Output Port）

D1h，準備寫Output端口。隨后通過60h端口寫入的字節，會被放置在Output Port中。

輸出0xdf所要完成的功能，是讓A20GATE信號線變成ON的狀態。

1. 0xdf：輸出端口的數據配置，二進制形式為11011111，其中：
   • 第1位（bit0）：系統復位控制（保持0）
   • 第2位（bit1）：A20 Gate使能位（1=啟用）
   • 其他位：保留原有配置（如鍵盤/鼠標中斷使能）

執行過程解析：

1. 等待KBC準備好接收命令（wait_KBC_sendready）
2. 發送0xd1命令告訴KBC要設置輸出端口
3. 發送0xdf數據實際配置輸出端口，啟用A20地址線
4. 最后等待確保配置完成

完整位掩碼示意圖：

0xdf = 1101 1111│││││└─ 保持復位信號不變（0）│└── A20 Gate使能（1）└─── 保留原有中斷設置（鍵盤/鼠標中斷）

這個操作允許CPU訪問超過1MB的內存地址空間，是進入32位保護模式的必要步驟。

常見的鍵盤控制器命令（8042兼容指令）：

0xD1 寫輸出端口       - 用于設置系統標志（如A20 Gate）
0x60 寫命令字節      - 修改控制器的配置參數
0xAE 啟用鍵盤接口     - 允許鍵盤輸入
0xAF 禁用鍵盤接口     - 禁止鍵盤輸入
0x20 讀命令字節      - 讀取當前配置
0xDD 禁用A20線       - 關閉高位地址線
0xDF 啟用A20線       - 打開高位地址線（與0xD1配合使用）
0xD0 讀輸出端口      - 獲取當前輸出端口狀態
0xE0 讀測試輸入      - 讀取測試端口(P1/P2)狀態
0xF0-0xFF 自檢指令   - 執行控制器自檢

; 設置A20 Gate示例
CALL    waitkbdout      ; 等待控制器就緒
MOV     AL,0xD1         ; 寫輸出端口命令
OUT     0x64,AL         ; 發送到命令端口
CALL    waitkbdout  
MOV     AL,0xDF         ; 輸出端口數據（A20使能）
OUT     0x60,AL         ; 發送到數據端口

這些命令通過兩個I/O端口操作：

• 0x64: 命令端口（寫命令）
• 0x60: 數據端口（讀/寫數據）

關于A20GATE信號線：

這條信號線的作用是什么呢？它能使內存的1MB以上的部分變成可使用狀態。最初出現電腦的
時候，CPU只有16位模式，所以內存最大也只有1MB。后來CPU變聰明了，可以使用很大的內存了。但為了兼容舊版的操作系統，在執行激活指令之前，電路被限制為只能使用1MB內存。和鼠標的情況很類似喲。A20GATE信號線正是用來使這個電路停止從而讓所有內存都可以使用的東西。

切換到保護模式

; 切換到保護模式
[INSTRSET "i486p"] ; “想要使用486指令”的敘述LGDT [GDTR0] ; 設定臨時GDTMOV EAX,CR0AND EAX,0x7fffffff ; 設bit31為0（為了禁止分頁）OR EAX,0x00000001 ; 設bit0為1（為了切換到保護模式）MOV CR0,EAXJMP pipelineflush
pipelineflush:MOV AX,1*8 ; 可讀寫的段 32bitMOV DS,AXMOV ES,AXMOV FS,AXMOV GS,AXMOV SS,AX

INSTRSET指令，是為了能夠使用386以后的LGDT，EAX，CR0等關鍵字。

LGDT指令，不管三七二十一，把隨意準備的GDT給讀進來。對于這個暫定的GDT，我們以后還要重新設置。

然后將CR0（control register 0）這一特殊的32位寄存器的值代入EAX，并將最高位置為0，最低位置為1，再將這個值返回給CR0寄存器。這樣就完成了模式轉換，進入到不用頒的保護模式。

通過代入CR0而切換到保護模式時，要馬上執行JMP指令。所以我們也執行這一指令。為什么要執行JMP指令呢？因為變成保護模式后，機器語言的解釋要發生變化。CPU為了加快指令的執行速度而使用了管道（pipeline）這一機制，就是說，前一條指令還在執行的時候，就開始解釋下一條甚至是再下一條指令。因為模式變了，就要重新解釋一遍，所以加入了JMP指令。

進入保護模式以后，段寄存器的意思也變了（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從0x0000變成了0x0008。

控制寄存器cr0-cr4以及cr8：

一、CR0（Control Register 0）

核心功能：控制 CPU 的基本運行模式與內存管理。

位	名稱	功能
0	PE (Protection Enable)	保護模式開關：1=啟用保護模式（支持分段內存管理）。
1	MP (Monitor Coprocessor)	浮點協處理器監控：與 TS 位配合，控制浮點指令是否觸發異常。
2	EM (Emulation)	浮點模擬：1=強制浮點指令觸發異常（由軟件模擬 FPU）。
3	TS (Task Switched)	任務切換標記：1=任務切換后未保存 FPU 狀態，觸發 #NM 異常。
4	ET (Extension Type)	協處理器類型：已棄用（現代 CPU 固定為 1）。
5	NE (Numeric Error)	浮點錯誤處理：1=浮點錯誤觸發 #MF 異常，0=通過中斷控制器處理。
16	WP (Write Protect)	寫保護：1=禁止內核寫用戶只讀頁（防止篡改代碼段）。
18	AM (Alignment Mask)	對齊檢查：與 EFLAGS.AC 位配合，啟用內存對齊檢查。
31	PG (Paging Enable)	分頁開關：1=啟用分頁機制（需同時設置 PE=1）。

典型操作示例：

; 啟用保護模式和分頁
mov eax, cr0
or eax, 0x80000001; 設置 PE（位0）和 PG（位31）
mov cr0, eax

---

二、CR1（Control Register 1）

保留寄存器：在 x86/x64 架構中未定義具體功能，通常不使用。

---

三、CR2（Control Register 2）

核心功能：存儲觸發頁面錯誤（#PF）的線性地址。

• 用途：當發生缺頁異常時，CR2 保存導致異常的訪問地址。

• 示例：在缺頁處理程序（Page Fault Handler）中，可通過讀取 CR2 定位錯誤地址：復制下載

  c

  void page_fault_handler(void) {uintptr_t fault_addr;asm("mov %%cr2, %0" : "=r"(fault_addr));
  // 處理缺頁...}
  

---

四、CR3（Control Register 3）

核心功能：存儲當前頁表結構的基地址（物理地址）。

• 分頁模式：
  • 32 位分頁：CR3 指向頁目錄基地址（Page Directory Base）。
  • PAE 分頁：CR3 指向頁目錄指針表（PDPT）。
  • 64 位分頁：CR3 指向 PML4 表（4 級頁表）。

位	功能
31:12	頁表基地址（對齊到 4KB 邊界）
3	PCD (Page Cache Disable)
4	PWT (Page Write Through)
63:5	保留（64 位模式下使用高 32 位）

示例：

; 設置頁表基地址（假設頁目錄物理地址為 0x1000）
mov eax, 0x1000
mov cr3, eax

---

五、CR4（Control Register 4）

核心功能：控制擴展功能（如虛擬化、安全特性）。

位	名稱	功能
5	PAE (Physical Address Extension)	物理地址擴展：1=啟用 36 位物理地址（支持 64GB 內存）。
7	PGE (Page Global Enable)	全局頁表項：1=允許 TLB 緩存全局頁（標記為 Global 的頁表項）。
9	OSFXSR	SSE/浮點支持：1=啟用 SSE 指令和 FXSAVE/FXRSTOR 指令。
10	OSXMMEXCPT	SSE 異常處理：1=允許 SSE 指令觸發 #XM 異常。
13	VMXE	Intel VT-x 虛擬化：1=啟用 CPU 虛擬化擴展。
14	SMXE	Safer Mode Extensions：與 SMEP/SMAP 配合的安全擴展。
17	PCIDE	進程上下文 ID：1=啟用 PCID（減少 TLB 刷新）。
20	SMEP (Supervisor Mode Execution Prevention)	內核執行保護：1=禁止內核執行用戶空間代碼。
21	SMAP (Supervisor Mode Access Prevention)	內核訪問保護：1=禁止內核訪問用戶空間內存（需配合 EFLAGS.AC）。

典型操作示例：

; 啟用 PAE 和 SSE 支持
mov eax, cr4
or eax, (1 << 5) | (1 << 9); 設置 PAE（位5）和 OSFXSR（位9）
mov cr4, eax

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六、CR8（Control Register 8，僅 x64）

核心功能：控制任務優先級（Task Priority Level, TPL），用于管理中斷屏蔽。

• 用途：在 x64 中替代傳統 PIC/APIC 的中斷優先級控制。
• 位定義：低 4 位表示 TPL（0-15），數值越小優先級越高。

---

七、實際應用場景

1.?操作系統啟動

• 啟用保護模式：設置 CR0.PE=1。
• 啟用分頁：設置 CR0.PG=1，并配置 CR3 指向頁表。
• 啟用 SSE：設置 CR4.OSFXSR=1。

2.?虛擬化

• 啟用 VT-x：設置 CR4.VMXE=1，并配置 VMCS 結構。

3.?安全防護

• 防止內核漏洞：設置 CR4.SMEP=1 和 CR4.SMAP=1，阻止內核執行或訪問用戶空間數據。

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總結

• CR0：控制基礎模式（保護模式、分頁、寫保護）。
• CR2：定位缺頁異常地址。
• CR3：管理分頁結構的基地址。
• CR4：啟用高級功能（虛擬化、安全擴展、SSE）。
• CR8（x64）：中斷優先級管理。

bootpack的轉送

; bootpack的轉送
MOV ESI,bootpack ; 轉送源
MOV EDI,BOTPAK ; 轉送目的地
MOV ECX,512*1024/4
CALL memcpy
; 磁盤數據最終轉送到它本來的位置去
; 首先從啟動扇區開始
MOV ESI,0x7c00 ; 轉送源
MOV EDI,DSKCAC ; 轉送目的地
MOV ECX,512/4
CALL memcpy
; 所有剩下的
MOV ESI,DSKCAC0+512 ; 轉送源
MOV EDI,DSKCAC+512 ; 轉送目的地
MOV ECX,0
191
MOV CL,BYTE [CYLS]
IMUL ECX,512*18*2/4 ; 從柱面數變換為字節數/4
SUB ECX,512/4 ; 減去 IPL
CALL memcpy

簡單來說，這部分程序只是在調用memcpy函數。

大致相當于c語言

memcpy(bootpack, BOTPAK, 512*1024/4);
memcpy(0x7c00, DSKCAC, 512/4 );
memcpy(DSKCAC0+512, DSKCAC+512, cyls * 512*18*2/4 - 512/4);
//memcpy(轉送源地址, 轉送目的地址, 轉送數據的大小);
//轉送數據大小是以雙字為單位的，所以數據大小用字節數除以4來指定。

memcpy(0x7c00, DSKCAC, 512/4);

DSKCAC是0x00100000，所以上面這句話的意思就是從0x7c00復制512字節到0x00100000。這正好是將啟動扇區復制到1MB以后的內存去的意思。

memcpy(DSKCAC0+512, DSKCAC+512, cyls * 512182/4-512/4);

將始于0x00008200的磁盤內容，復制到0x00100200那里。

轉送數據大小”的計算有點復雜，因為它是以柱面數來計算的，所以需要減去啟動區的那一部分長度。這樣始于0x00100000的內存部分，就與磁盤的內容相吻合了

IMUL”integer multipule”（整數乘法）是乘法運算，

SUB“substract”（減法）“是減法運算。

bootpack是asmhead.nas的最后一個標簽。haribote.sys是通過asmhead.bin和bootpack.hrb連接起來而生成的（可以通過Makefile確認），所以asmhead結束的地方，緊接著串連著bootpack.hrb最前面的部分。

memcpy(bootpack, BOTPAK, 512*1024/4);

→ 從bootpack的地址開始的512KB內容復制到0x00280000號地址去。

AI詳細解釋內存分配和連接機制：

以下是haribOS 05b版本的內存分配與連接機制詳解：

asmhead.nas
; 內存布局關鍵定義
BOTPAK  EQU     0x00280000      ; 內核加載地址
DSKCAC  EQU     0x00100000      ; 磁盤緩存區
DSKCAC0 EQU     0x00008000      ; 臨時緩存區; 啟動流程內存分配
1. 引導扇區(ipl10.bin)- 加載地址：0x7c00 (BIOS標準位置)- 大小：512字節- 職責：加載asmhead.bin和內核2. 啟動頭(asmhead.bin)- 加載地址：0xc200- 職責：* 設置VGA模式（顯存地址0x000a0000）* 收集硬件信息到0x0ff0-0x0fff* 初始化GDT/IDT* 啟用保護模式3. 內核(bootpack.hrb)- 加載地址：0x00280000 (BOTPAK)- 職責：包含操作系統的所有核心功能內存連接實現：
; 內核復制過程
MOV     ESI,bootpack    ; 源代碼位置（編譯時確定）
MOV     EDI,BOTPAK      ; 目標地址0x00280000
MOV     ECX,512*1024/4 ; 復制512KB
CALL    memcpy          ; 執行內存塊復制; 磁盤數據緩存
MOV     ESI,0x7c00      ; 引導扇區原始位置
MOV     EDI,DSKCAC      ; 復制到0x00100000
MOV     ECX,512/4       ; 復制512字節
CALL    memcpy內存管理關鍵技術：
1. 分段機制：通過GDT將物理地址映射為線性地址
```nasm
LGDT    [GDTR0]         ; 加載全局描述符表
MOV     EAX,CR0
OR      EAX,0x00000001  ; 啟用保護模式
MOV     CR0,EAX

1. 物理內存映射：

0x00000000-0x000fffff : 實模式可用內存
0x00100000-0x00267fff : 磁盤緩存區
0x00280000-0x003fffff : 內核區域
0x000a0000-0x000bffff : VGA顯存區域

該設計通過分階段加載和精確的內存地址控制，實現了從實模式到保護模式的無縫銜接。

bootpack的啟動

; 必須由asmhead來完成的工作，至此全部完畢
; 以后就交由bootpack來完成
; bootpack的啟動
MOV EBX,BOTPAK
MOV ECX,[EBX+16]
ADD ECX,3 ; ECX += 3;
SHR ECX,2 ; ECX /= 4;
JZ skip ; 沒有要轉送的東西時
MOV ESI,[EBX+20] ; 轉送源
ADD ESI,EBX
MOV EDI,[EBX+12] ; 轉送目的地
CALL memcpy
skip:
MOV ESP,[EBX+12] ; 棧初始值
JMP DWORD 2*8:0x0000001b

; 內核加載最終階段
MOV EBX,BOTPAK         ; EBX = 0x00280000（內核基地址）
MOV ECX,[EBX+16]       ; 讀取需要復制的數據長度（字節數）
ADD ECX,3              ; 對齊處理：字節數+3
SHR ECX,2              ; 轉換為雙字數（除以4）
JZ skip                ; 無需復制時跳過MOV ESI,[EBX+20]       ; 獲取數據在文件內的偏移量
ADD ESI,EBX            ; 計算絕對源地址 = 基地址 + 偏移
MOV EDI,[EBX+12]       ; 獲取目標內存地址
CALL memcpy            ; 執行內存復制skip:
MOV ESP,[EBX+12]      ; 設置棧指針為內核指定的初始地址
JMP DWORD 2*8:0x0000001b ; 跳轉到內核入口點

1. 內核結構定義：
   • [BOTPAK+12]：加載地址（物理內存地址）
   • [BOTPAK+16]：需要復制的數據長度
   • [BOTPAK+20]：數據在文件內的偏移量
2. 地址計算：
   • 源地址 = BOTPAK基地址(0x00280000) + 文件內偏移量
   • 目標地址 = 直接指定的物理地址
3. 復制優化：
   • 通過ADD ECX,3和SHR ECX,2將字節數轉換為4字節對齊的雙字數，提高復制效率
4. 內存復制準備：
   • 通過內核頭部的元數據（偏移量+12/+16/+20）確定需要復制的數據位置和大小
   • 對非4字節對齊的數據進行向上取整處理
5. 控制權移交：
   • 2*8?表示GDT中代碼段選擇子（第二個描述符，特權級0）
   • 0x0000001b?是內核入口點的偏移地址
   • 該跳轉同時完成從引導程序到內核、從匯編到C代碼的轉換

內存布局示意圖：

0x00280000 (BOTPAK)
+-------------------+
| 內核頭部信息       | → 包含加載地址、數據長度等元數據
+-------------------+
| 實際內核代碼       | → 復制到指定內存位置
+-------------------+↓
0x0000001b (入口點)

逐行分析：

1.?MOV?EBX,BOTPAK：BOTPAK定義為0x00280000，這是內核加載的基地址。EBX現在指向內核的起始位置。

2.?MOV?ECX,[EBX+16]：從EBX+16處讀取值到ECX。這里EBX是內核基址，+16可能對應內核頭部中的某個字段，比如代碼段長度。

3.?ADD?ECX,3?和?SHR?ECX,2：將ECX加3后右移兩位，相當于將字節數轉換為4字節對齊的雙字數。例如，若原長度是5字節，加3得8，右移兩位得2，即復制2個雙字（8字節）。

4.?JZ?skip：如果ECX為0，跳轉到skip，避免執行無意義的復制操作。

5.?MOV?ESI,[EBX+20]：從EBX+20讀取源地址偏移量。加上EBX得到實際的源地址（文件內的位置）。

6.?ADD?ESI,EBX：計算源地址的絕對位置，即BOTPAK?+?偏移量。

7.?MOV?EDI,[EBX+12]：從EBX+12讀取目標地址，這是代碼段應加載的內存地址。

8.?CALL?memcpy：調用內存復制函數，將數據從源復制到目標地址，復制ECX次，每次4字節。

9.?skip:：跳過復制的標簽。

10.?MOV?ESP,[EBX+12]：設置棧指針為內核中指定的初始值，通常指向代碼段加載地址，可能內核在此處預設了棧空間。

11.?JMP?DWORD?2*8:0x0000001b：長跳轉到內核入口點。2*8是代碼段選擇子（GDT中第二個描述符，特權級0），0x1b是偏移量。這可能對應內核的入口函數。

關鍵點解釋：

• 內核頭部結構：EBX+12、+16、+20的偏移量對應內核的不同元數據，如加載地址、長度、文件偏移，這些在編譯時由鏈接器生成。
  -?段選擇子28：在GDT中，每個描述符占8字節。28表示選擇第二個描述符，對應代碼段，其基址可能為0，因此入口點0x1b是實際的物理地址。
  -?控制權轉移：通過JMP指令切換到內核的代碼段，開始執行內核代碼。

總結：這段代碼完成了從引導程序到內核的交接，包括復制內核代碼到正確位置，設置棧指針，并跳轉到內核入口點，從而啟動操作系統。

內存分布圖

0x00000000 - 0x000fffff : 雖然在啟動中會多次使用，但之后就變空。（1MB）

0x00100000 - 0x00267fff : 用于保存軟盤的內容。（1440KB）

0x00268000 - 0x0026f7ff : 空（30KB）

0x0026f800 - 0x0026ffff : IDT （2KB）

0x00270000 - 0x0027ffff : GDT （64KB）

0x00280000 - 0x002fffff : bootpack.hrb（512KB）

0x00300000 - 0x003fffff : 棧及其他（1MB）

0x00400000 - : 空

waitkbdout

waitkbdout:
IN AL,0x64
AND AL,0x02
IN AL,0x60 ; 空讀（為了清空數據接收緩沖區中的垃圾數據）
JNZ waitkbdout ; AND的結果如果不是0，就跳到waitkbdout
RET

它與wait_KBC_sendready相同，但也添加了部分處理，就是從OX60號設備進行IN的處理。也就是說，如果控制器里有鍵盤代碼，或者是已經累積了鼠標數據，就順便把它們讀取出來。

ALIGNB

ALIGNB指令的意思是，一直添加DBO，直到時機合適的時候為止ALIGNB 16的情況下，地址能被16整除的時候，就稱為“時機合適”。如果最初的地址能被16整除，則ALIGNB指令不作任何處理。

ALIGNB 16
GDT0:
RESB 8 ; NULL selector
DW 0xffff,0x0000,0x9200,0x00cf ; 可以讀寫的段（segment）32bit
DW 0xffff,0x0000,0x9a28,0x0047 ; 可以執行的段（segment）32bit（bootpack用）
DW 0
GDTR0:
DW 8*3-1
DD GDT0
ALIGNB 16
bootpack:

這是操作系統中全局描述符表(GDT)的初始化代碼，用于進入保護模式時的內存分段管理：

ALIGNB 16          ; 16字節對齊
GDT0:RESB 8         ; 空描述符（必須存在但不可用）; 數據段描述符（32位可讀寫）DW 0xffff      ; 段界限低16位DW 0x0000      ; 段基址低16位DB 0x00        ; 段基址中間8位DB 0x92        ; 訪問權限（P=1, DPL=0, S=1, Type=讀寫數據段）DB 0x00        ; 段界限高4位 + 標志（G=0, D/B=0）DB 0xcf        ; 段基址高8位 + 標志（G=1, D/B=1，表示4KB粒度）; 代碼段描述符（32位可執行，bootpack專用）DW 0xffff      ; 段界限低16位DW 0x0000      ; 段基址低16位DB 0x28        ; 段基址中間8位（0x00280000）DB 0x9a        ; 訪問權限（P=1, DPL=0, S=1, Type=執行代碼段）DB 0x47        ; 段界限高4位 + 標志（G=0, D/B=0）DB 0x00        ; 段基址高8位GDTR0:DW 8*3-1       ; GDT界限（3個描述符*8字節 -1）DD GDT0        ; GDT物理地址ALIGNB 16
bootpack:          ; 內核代碼開始位置

關鍵參數解析：

1. 數據段描述符：
   • 基地址：0x00000000
   • 段界限：0xfffff（4GB空間）
   • 權限：0x92（存在、特權級0、可讀寫）
2. 代碼段描述符：
   • 基地址：0x00280000（對應BOTPAK地址）
   • 段界限：0xfffff（4GB空間）
   • 權限：0x9a（存在、特權級0、可執行）

這個GDT配置使內核代碼運行在0x00280000開始的線性地址空間，數據段覆蓋整個4GB內存空間，為后續內存管理提供基礎。

GDT0也是一種特定的GDT。0號是空區域（null sector），不能夠在那里定義段。1
195
號和2號分別由下式設定。
set_segmdesc(gdt + 1, 0xffffffff, 0x00000000, AR_DATA32_RW); set_segmdesc(gdt + 2, LIMIT_BOTPAK, ADR_BOTPAK, AR_CODE32_ER);