如何在 VESA VBE 中绘制像素？

Question

我正在尝试将我的kernel.cpp转换为使用 VESA，尽管我得到的只是一系列奇怪的错误。 按照教程，我使用这段代码让 VESA 图形的引导加载程序工作得相当顺利：

mov ax, 0x4F02   ; set VBE mode
mov bx, 0x4118   ; VBE mode number
int 0x10         ; call VBE BIOS
cmp ax, 0x004F   ; test for error
jne error

;Get video mode info
mov ax, 4f01h
mov cx, 105h
mov di, modeInfo 
int 10h

但是，当我尝试从kernel.cpp绘制像素时，问题就出现了。 无论我在代码中进行了哪些更改，都会出现错误（我可以补充一下，还有令人惊讶的变化范围）。 我尝试从引导加载程序（ 此处的代码）中绘制像素，它工作得很好，所以问题在kernel.cpp中。 我遇到的一个常见错误是屏幕顶部出现一条随机颜色，如此处所示。 在这里，我将保留该文件和我的GitHub （用于其余代码）：

内核.cpp：

//VIDEO MODE IN 1024x768x32bpp
typedef unsigned char uint8_t;
typedef unsigned char u8;
typedef unsigned short uint16_t;
typedef unsigned int u32;
typedef u32 size_t;
#define SCREEN_WIDTH 1024
#define SCREEN_HEIGHT 768
#define BPP 32
#define SCREEN_SIZE (SCREEN_WIDTH * SCREEN_HEIGHT)
#define FPS 30
#define PIT_HERTZ 1193131.666
#define CLOCK_HIT (int)(PIT_HERTZ/FPS)
#define KEY_LEFT 0x4B
#define KEY_UP 0x48
#define KEY_RIGHT 0x4D
#define KEY_DOWN 0x50

static u32 *BUFFER = (u32 *) 0xA0000;

// double buffers
u32 _sbuffers[2][SCREEN_SIZE];
u32 _sback = 0;

#define CURRENT (_sbuffers[_sback])
#define SWAP() (_sback = 1 - _sback)

#define screen_buffer() (_sbuffers[_sback])

// #define screen_set(_p, _x, _y)\
//     (_sbuffers[_sback][((_y)/* * pitch */ + ((_x) * (BPP/8)))]=(_p))

//u32 pixel_offset = y * pitch + (x * (bpp/8)) + framebuffer;

static inline void outb(uint16_t port, uint8_t val)
{
    asm volatile ( "outb %0, %1" : : "a"(val), "Nd"(port) );
}

//+++++++++++This is the troublesome function++++++++++++++++++
void screen_set(u32 color,int x,int y) {
    _sbuffers[_sback][y * SCREEN_WIDTH + (x * (BPP/8))]=color;
}
//+++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++
static inline uint8_t inb(uint16_t port)
{
    uint8_t ret;
    asm volatile ( "inb %1, %0"
                   : "=a"(ret)
                   : "Nd"(port) );
    return ret;
}

const unsigned char font[128-32][8] = {
    { 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00},   // U+0020 (space)
           /*hidden to help length if code...*/
    { 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00}    // U+007F
};

static inline void *memcpy(void *dst, const void *src, size_t n)
{
    u8 *d = (u8*)dst;
    const u8 *s = (const u8*)src;

    while (n-- > 0) {
        *d++ = *s++;
    }

    return d;
}

void screen_swap() {
    memcpy(BUFFER, CURRENT, SCREEN_SIZE);
    SWAP();
}

unsigned read_pit(void) {
    unsigned count = 0;
 
    // al = channel in bits 6 and 7, remaining bits clear
    outb(0x43,0b0000000);
 
    count = inb(0x40);          // Low byte
    count |= inb(0x40)<<8;      // High byte
 
    return count;
}
 
void draw_char(char c, int x, int y, u32 color)
{
    const unsigned char *glyph = font[(int)c-32];
 
    for(int cy=0;cy<8;cy++){
        for(int cx=0;cx<8;cx++){
            if(((int)glyph[cy]&(1<<cx))==(1<<cx)){
                screen_set(color,x+cx,y+cy);
            }
        } 
    }
}

void draw_string(const char * s, int x, int y, u32 color) {
    int i = 0;
    while(s[i] != false) {
        draw_char(s[i],x+(i*8),y,color);
        i++;
    }
}

void draw_rect(int pos_x, int pos_y, int w, int h, u32 color) {
    for(int y = 0; y<h; y++) {
        for(int x = 0; x<w; x++) {
            screen_set(color,x+pos_x,y+pos_y);
        }
    }
}

static void render(int c0, int c1) {
    //draw_rect(0,0,SCREEN_WIDTH,SCREEN_HEIGHT,0x09);
    //draw_string("Hello, reader. This is written text.", 100, 180, 16777215);
    //draw_string("If this is displayed, my code works.", 100+c0, 100+c1, 16777215);
}

extern "C" void main(){
    
    int clock = 0;
    int incC1 = 0;
    int incC0 = 0;
    while(true) {
        uint16_t scancode = (uint16_t) inb(0x60);
        clock++;
        if(read_pit()!= 0 && clock == CLOCK_HIT) {
            if(scancode == KEY_LEFT) {
                incC0--;
            }else if(scancode == KEY_RIGHT) {
                incC0++;
            }
            if(scancode == KEY_DOWN) {
                incC1++;
            }else if(scancode == KEY_UP) {
                incC1--;
            }
            clock = 0;
            render(incC0,incC1);
            screen_swap();
        }
    }

    return;
}

Answer 1

使用您已经获得的模式信息结构（在实模式下的modeInfo中），您将需要 3 条信息：

• 帧缓冲区的物理地址。 请注意（启用线性帧缓冲区）这不会像 VGA 那样是 0x0A0000，并且可能是像 0xE0000000 这样的 32 位物理地址。 这直接取自模式信息结构中的PhysBasePtr字段。

• 每行像素的字节数。 请注意，每行末尾可能有任何数量的未使用填充，您需要考虑到这一点。 这取决于 VBE 的版本 - 对于 VBE 3.0，您可以从模式信息结构的LinBytesPerScanLine字段中获取它； 对于旧版本的 VBE，您可以从BytesPerScanLine字段中获取它。

• 每像素的字节数。 这取决于像素格式和 VBE 版本。 对于古代 VBE（VBE 1.0？），您必须根据视频模式编号进行猜测； 对于 VBE 1.2 及更高版本，它可以从模式信息结构中的BitsPerPixel字段中确定并向上取整，如bytesPerPixel = (modeInfo->BitsPerPixel + 7) / 8; ，因此“每像素 15 位”是每像素 2 个字节。

一旦有了这 3 个值，计算像素物理地址的公式为：

physical_address = physical_address_of_frame_buffer + y * bytes_per_scan_line + x * bytes_per_pixel

当然，更常见的情况是，您将帧缓冲区映射到任何您喜欢的虚拟地址空间，但公式基本相同（只是使用虚拟地址和您选择的virtual_address_of_frame_buffer ）。

其他注意事项：

• 您的screen_set()没有考虑每行像素末尾可能的填充（并且没有正确四舍五入）。

• 您的screen_swap()没有考虑每行像素末尾可能的填充。 它需要更像for(y = 0; y < vertical_resolution; y++) { address = virtual_address_of_frame_buffer + y * bytes_per_scan_line; memcpy(address, ... for(y = 0; y < vertical_resolution; y++) { address = virtual_address_of_frame_buffer + y * bytes_per_scan_line; memcpy(address, ...单独执行每一行。当且仅当没有填充时，您可以（我会）检测何时没有填充并作为单个memcpy()执行。

• 固定模式编号（例如“0x118 = 1024 x 768，每像素 24 位”）在 VBE 2.0 中已停用并且不应使用（例如，视频模式 0x118 可以是任何东西，可以是“640 x 480，每像素 8 位”和其他一些视频模式编号可能是“1024 x 768，每像素 24 位”）。 您应该/必须获取可能的模式编号列表，然后搜索您实际想要确定哪个模式是“1024 x 768，每像素 24 位”。

• 您不应该假设存在特定模式。 对于“每像素 24 位的 1024 x 768”尤其如此，原因有两个：每像素 24 位（或每像素 3 字节）对对齐很烦人，因此许多显卡不支持任何分辨率（并且而是支持每像素 32 位，保留 8 位填充）； 并且 1024 x 768 分辨率没有很好地标准化（与现代屏幕的纵横比不匹配，并且没有在“VESA 安全模式”标准中定义为所有显示器都应该支持的模式），因此 1024 x 768 分辨率可能不支持任何像素格式。

• 您还应该检查像素内的字段布局（对于 VBE 2.0 使用RedMaskSize 、 RedFieldPosition 、 ... 字段，对于 VBE 3.0 使用LinRedMaskSize 、 LinRedFieldPosition 、 ... 字段）。 不能保证（例如）每像素 24 位是“红、绿、蓝”而不是“蓝、绿、红”或其他东西。

• 理想情况下； 您的代码将搜索您的代码和视频卡（以及显示器，但事情变得更加困难）支持的最佳视频模式； 并适应任何分辨率（这很容易 - 只需在任何地方使用诸如horizontal_resolution和vertical_resolution之类的变量）并支持多种不同的像素格式。 支持多种不同像素格式的最简单方法是在 RAM 中拥有一个始终使用特定格式（例如，每个像素可能是 32 位）的缓冲区，然后具有多种不同的功能将像素数据从您的特定格式转换为任何视频模式需要同时将结果复制到视频卡的帧缓冲区。

• 理想情况下（为了性能）你的screen_set()函数不会被任何东西使用。 对于线条，矩形，字符，... ; 最好计算一次左上角像素的地址，然后调整地址（例如用address += bytes_per_pixel;找到右边的下一个像素，或address += bytes_per_scan_line;找到下一个像素）。