Textausgabe
Die Textausgabe ist für so gut wie jedes Programm eine wichtige Möglichkeit, dem User oder Programmierer Informationen über sich mitzuteilen bzw. generell Output auszugeben. Auch und gerade für ein Betriebssystem ist es auch schon in einer sehr frühen Phase wichtig, dass es Informationen per Textausgabe ausgeben kann um z. B. anzuzeigen, ob diverse Aufgaben gelungen sind oder nicht.
Folgend wird nun beschrieben, wie man im Protected Mode Text auf dem Bildschirm ausgeben kann.
Inhaltsverzeichnis
Textspeicher
Zur Ausgabe von Text gibt es einen 4 kB großen Speicher an der Adresse 0xB8000. Dieser Speicher kann linear angesprochen werden und benutzt 2 Byte pro Zeichen auf dem Bildschirm. Es ergeben sich also 80 Spalten (Zeichen pro Zeile) und 25 Zeilen, insgesamt also 2000 gleichzeitig darstellbare Zeichen.
Schreiben in den Textspeicher
Um nun auf dem Bildschirm ein Zeichen auszugeben, muss erstmal das Offset ausgerechnet werden, an dem das Zeichen steht. Da der Speicher linear ist geht das auch mit einer linearen Gleichung: o = z*80+s o steht für das Offset, z für die Zeile und s für die Spalte.
In dem ersten Byte wird der Buchstabe selbst, in dem 2. Byte wird das Attribut, also die Vorder- und Hintergrundfarbe gespeichert. Als Code wird Codepage 437 verwendet, welche eine Erweiterung von ASCII darstellt.
Attribut-Byte
Das Attribute-Byte ist wie folgt aufgebaut:
BXXXYYYYb, Hierbei ist X die Hintergrundfarbe, Y die Vordergrundfarbe und B das „Blinkbit“. Ist es gesetzt, blinkt das entsprechende Zeichen. Hier ist eine Tabelle aller Farben:
| Wert | Farbe | Wert | Farbe |
|---|---|---|---|
| 0x0 | Schwarz | 0x8 | Dunkelgrau |
| 0x1 | Blau | 0x9 | Hellblau |
| 0x2 | Grün | 0xA | Hellgrün |
| 0x3 | Cyan | 0xB | Hellcyan |
| 0x4 | Rot | 0xC | Hellrot |
| 0x5 | Magenta | 0xD | Hellmagenta |
| 0x6 | Braun | 0xE | Gelb |
| 0x7 | Hellgrau | 0xF | Weiß |
Nebenbei bemerkt: Die inoffizielle Standardfarbe ist 0x07, Hellgrau auf Schwarz.
Blinken
Man kann sich nicht darauf verlassen, dass das höchstwertige Bit des Attributbytes wirklich anzeigt, ob das Zeichen blinken soll oder nicht. Bei einigen Computern ist dieses Bit einfach das höherwertige Bit der Hintergrundfarbe, sodass man hier auch helle Farben als Hintergrund verwenden kann.
Wie man die Bedeutung dieses Bits manuell bestimmen kann, steht im Artikel Color Graphics Adapter.
Beispiel
Hier ein kleines Beispiel einer Funktion, die ein Zeichen (chr), in der Farbe color auf den Bildschirm, an die Position x,y schreiben soll. Hierbei werden Steuerzeichen nicht beachtet bzw. als normales Zeichen auch ausgegeben (siehe Codepage 437).
<c> void printchar(uint8_t chr, uint8_t color, uint8_t x, uint8_t y) {
uint16_t* off = (uint16_t*)0xB8000; // berechnen der Adresse off += y * 80 + x; // eine Multiplikation mit 2 darf hier nicht erfolgen, da off vom type uint16_t ist // setzen des zeichens + attributebyte *off = (((uint16_t)color) << 8) | chr;
} </c>
Erläuterung des Codes:
Mit der 1. Zeile wird ein Pointer auf den Textspeicher erzeugt. Der Dateityp ist uint16_t, also 2 Byte, damit wir das Zeichen und das Attributebyte gleichzeitig schreiben können (geht einfach schneller). Nun wird die Adresse ausgerechnet, mit der oben genannten Formel. Hätten wird vorhin uint8_t benutzt, müssten wir jetzt noch mit 2 multiplizieren, da ja jedes Zeichen 2 Byte benutzt. Das Setzen des Zeichens machen wir, indem wir einfach das Attribute auf 16 Bit erweitern, dann eine Linksverschiebung von 8 Bit vornehmen und per logischem Oder mit dem Zeichenbyte verknüpfen.
Achtung: Das Attributebyte kommt zwar immer nach dem Zeichenbyte, aber wir benutzen hier ein Word und arbeiten ja auf einem Little-Endian-System.
Nochmal eine Veranschaulichung der Oder-Verknüpfung:
attr char 0x07 0x41 <<8 " 0x0700 | 0x41 = 0x0741
Bildschirm scrollen
Um den Bildschirm zu scrollen muss einfach der gesamte Textspeicher ab der 2. Zeile zur 1. Zeile kopiert werden und die letzte Zeile gelöscht werden, also auf 0 oder einen sonstigen Wert setzen. Wenn man eine memmove- und eine memset-Funktion bzw. eine memsetw-Funktion bei einem Attributbyte != 0 hat, geht das in ein paar Zeilen. Denn die Funktion memcpy muss für sich überlappende Speicherbereiche nicht das gewünschte Ergebnis erzielen.
Cursor
Einigen wird schon aufgefallen sein, dass auf dem Bildschirm ein Unterstrich ist, wo keiner sein sollte. Also zumindest wo keiner im Textspeicher ist. Das ist der Bildschirmcursor, der vom BIOS zur Verfügung gestellt wird. Ich will nicht lange darauf eingehen, ich stelle nur eine Funktion zum Verschieben und zum „Löschen“ des Cursors zur Verfügung. Ich selber benutze ihn nicht, da das Verschieben des Cursors wirklich lahm geht (“Keep in mind that in/out to VGA Hardware is a slow operation”), es ist aber jedem selbst überlassen.
Hier eine Funktion zum Verschieben des Cursors (dies kann im Real Mode auch mit Int 0x10,0x02 gemacht werden). In dem Artikel I/O Ports wird genauer erklärt, was es mit den hier verwendeten I/O Ports auf sich hat.
<c> void displaycursor(uint8_t col, uint8_t row) {
uint16_t tmp; tmp = row * VIDEOTEXT_WIDTH + col; outb(0x3D4,14); outb(0x3D5,tmp >> 8); outb(0x3D4,15); outb(0x3D5,tmp);
} </c>
Wenn man den Cursor vom Bildschirm weg haben möchte, muss man ihn z. B. einfach in die 26. Zeile setzen (diese gibt es nämlich nicht). Das geht natürlich genau so wie in der eben genannten Funktion, aber dies hier ist die direkte Variante:
<c> void removecursor() {
outb(0x3D4,14); outb(0x3D5,0x07); outb(0x3D4,15); outb(0x3D5,0xD0);
} </c>
