VESA BIOS Extensions

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Die VESA BIOS Extensions (kurz: VBE) sind ein Standard der VESA. Er vereinheitlicht den Zugriff auf eine Grafikkarte, bietet dabei allerdings deutlich mehr Möglichkeiten als VGA. Der Standard wird von nahezu allen Grafikkarten in Version 2.0 oder der letzten Version, 3.0, unterstützt. Daher bezieht sich dieser Artikel, wenn nicht anders vermerkt, auf Version 2.0.

VBE Funktionen

Allgemein

Alle Funktionen der VBE sind im Grunde nur im Real Mode verfügbar. Die Funktionsnummer wird in AX übergeben, weitere Informationen in den anderen 16 Bit Registern. Jede VBE Funktion liefert einen Wert in AX zurück, der Fehlerinformationen darstellt:

  • 004Fh: Aufruf erfolgreich
  • 014Fh: Fehler bei der Ausführung
  • 024Fh: Funktion nicht unterstützt
  • 034Fh: Funktion im aktuellen Grafikmodus nicht unterstützt

Der Funktionaufruf erfolgt über den Interrupt 0x10. Wenn durch irgendwelche Funktionen "FARPTR" zurückgegeben werden, sind dies für den Real Mode immer DWORDs, im Segment:Offset Format, im Protected Mode DWORDs im Selector:Offset Format.

Linear Frame Buffer

Grundsätzlich stellt VBE zwei Speichermodelle zur Verfügung, um auf den Grafikkartenspeicher zuzugreifen:

  • paged: Der Speicher wird in mehrere sogenannte "Windows" unterteilt, von denen immer nur eines in den Adressraum der CPU einblendet wird. Um den gesamten Grafikkartenspeicher zu adressieren, muss man zwischen den einzelnen Windows wechseln. Dieser Vorgang wird "Bank Switching" genannt.
  • flat: Der gesamte Grafikkartenspeicher wird als sogenannter "Linear Frame Buffer" in den Adressraum der CPU eingeblendet.

Der LFB ist wohl eine der wichtigsten Neuerungen mit VBE 2.0. Mithilfe dieser Funktionalität kann man direkt auf den Grafikspeicher der Grafikkarte zugreifen und so viel schneller und einfacher Pixel zeichnen. Außerdem entfällt das lästige "Bank Switching". Daher sollte man (und wird auch) einen Grafikmodus wählen, der den LFB unterstützt.

Auf VBE-Unterstützung testen: 4F00h

Diese Funktion überprüft, ob die Grafikkarte VBE unterstützt und wenn ja, welche Version.

  • AX = 4F00h
  • ES:DI = Zeiger auf freien Speicher für den VBE Info Block (512 Bytes)
Offset Eintrag Größe Beschreibung
0 Signatur DWORD Hier sollte "VESA" stehen (=0x56455341)
4 Version WORD 0x0200 für VBE 2.0 und 0x0100 für VBE 1.0
6 Zeiger auf OEMString DWORD
10 Fähigkeiten des Grafikcontrollers DWORD
  • Bit 2: RAMDAC operation: 0=Normal; 1=Leeres Bit benutzen bei großen Blöcken
  • Bit 1: 0=Controller ist VGA kompatibel
  • Bit 0: DAC Breite: 0=6 Bits; 1=6 oder 8 Bits
14 Zeiger auf eine Liste mit unterstützten Grafikmodi DWORD Diese Liste ist ein Array aus 16 Bit großen Einträgen, die für die unterstützten Grafikmodi stehen. Der letzte Eintrag ist 0xFFFF.
18 Größe des Grafikspeichers WORD Die Größe des Grafikspeichers in 64KB Blöcken
20 OEMSoftwareRevision WORD
22 Zeiger auf OEMVendorNameString DWORD
26 Zeiger auf OEMProductNameString DWORD
30 Zeiger auf OEMProductRevision DWORD
34 reserviert 222 Bytes
256 Datenbereich für OEMStrings 256 Bytes

Vor dem Aufruf sollte das Feld "Signatur" mit dem Wert "VBE2" gefüllt werden.

Unterstützte Grafikmodi suchen

In VBE 1.0 waren die Nummern der verschiedenen Grafikmodi noch vordefiniert:

Modus Auflösung (Pixel×Pixel) Farbtiefe (Bit)
0x100 640×400 8
0x101 640×480 8
0x102 800×600 4
0x103 800×600 8
0x104 1024×768 4
0x105 1024×768 8
0x106 1280×1024 4
0x107 1280×1024 8
0x108 80×60 (Text) 4
0x109 132×25 (Text) 4
0x10A 132×43 (Text) 4
0x10B 132×50 (Text) 4
0x10C 132×60 (Text) 4
0x10D 320×200 15
0x10E 320×200 16
0x10F 320×200 24
Modus Auflösung (Pixel×Pixel) Farbtiefe (Bit)
0x110 640×480 15
0x111 640×480 16
0x112 640×480 24
0x113 800×600 15
0x114 800×600 16
0x115 800×600 24
0x116 1024×768 15
0x117 1024×768 16
0x118 1024×768 24
0x119 1280×1024 15
0x11A 1280×1024 16
0x11B 1280×1024 24
0x11C 1600×1200 8
0x11D 1600×1200 15
0x11E 1600×1200 16
0x11F 1600×1200 24

Mit VBE 2.0 hat man sich allerdings dafür entschieden, dass die Grafikkartenherrsteller einfach nur eine Funktion bereitstellen, die alle von der Grafikkarte unterstützten Modi auflistet. Den Zeiger auf diese Liste erhält man mit dem VBE Info Block (4F00h). Diese Liste ist eigentlich nur ein WORD-Array, also eine Hintereinaderreihung von 16Bit Nummern. Diese repräsentieren die von der Grafikkarte unterstützten Grafikmodi. Die Liste wird terminiert durch den Eintrag 0xFFFF. Es wird empfohlen, sich nicht auf die o.g. Standardmodi zu verlassen, sondern durch Abfragen des Modeinfoblocks die Auflösung und anderen Eigenschaften der Modi aus der Modeliste herauszufinden.

Einen bestimmten Grafikmodus suchen: 4F01h

Man durchläuft also die obige Liste der unterstützten Videomodi und prüft dann mit folgender Funktion, welche Eigenschaften der entsprechende Grafikmodus bestitzt:

  • AX = 4F01h
  • CX = Nummer des Grafikmodus
  • ES:DI = Zeiger auf freien Speicher für den ModeInfoBlock (256 Bytes)

So kann man die Nummer desjenigen Grafikmodus herausfinden, den man benötigt.

Offset Eintrag Größe Beschreibung
0 ModeAttributes Word
  • Bit 7: 0=kein LFB, 1=LFB verfügbar
  • Bit 6: 0=kein VGA kompatibles Speichermodell, 1=VGA kompatibles Speichermodell verfügbar (=paged)
  • Bit 5: 0=VGA kompatibler Modues, 1= nicht VGA kompatibel
  • Bit 4: 0=Textmodus, 1=Grafikmodus
  • Bit 3: 0=Monochrom, 1=farbig
  • Bit 2: 0=TTY Ausgabe Funktionen werden nicht unterstuützt, 1=werden unterstützt
  • Bit 1: Reserved (1)
  • Bit 0: 0=Modus wird nicht unterstützt, 1=wird unterstützt
2 WinAAttributes Byte
  • Bit 2: 0=Window nicht schreibbar, 1=Window schreibbar
  • Bit 1: 0=Window lesbar, 1=nicht lesbar
  • Bit 0: 0=Reallozierung der Windows nicht möglich, 1=ist möglich
3 WinBAttributes Byte siehe WinAAttributes
4 WinGranularity Word in KB
6 WinSize Word Window Größe in KB
8 WinASegment Word WindowA Start Segment
10 WinBSegment Word WindowB Start Segment
12 WinFuncPtr Dword Zeiger auf die "Window Function" (segment:offset)
16 BytesPerScanLine Word
18 XResolution Word Horizontale Auflösung
20 YResolution Word Vertikale Auflösung
22 XCharSize Byte Breite eines Buchstabens (Textmodus)
23 YCharSize Byte Höhe eines Buchstabens (Textmodues)
24 NumberOfPlanes Byte
25 BitsPerPixel Byte Bits pro Pixel (=Farbtiefe)
26 NumberOfBanks Byte
27 Speichermodell Byte
  • 00h = Text mode
  • 01h = CGA graphics
  • 02h = Hercules graphics
  • 03h = Planar
  • 04h = Packed pixel
  • 05h = Non-chain 4, 256 color
  • 06h = Direct color
  • 07h = YUV
28 BankSize Byte in KB
29 NumberOfImagePages Byte Anzahl der Images minus Eins
30 Reserviert Byte =1
31 RedMaskSize Byte Anzahl der Bits, die den roten Farbanteil angeben (Speichermodell: direct color)
32 RedFieldPosition Byte Position des ersten Bits (LSB), das den roten Farbanteil angibt
33 GreenMaskSize Byte
34 GreenFieldPosition Byte
35 BlueMaskSize Byte
36 BlueFieldPosition Byte
37 RsvdMaskSize Byte
38 DirectColorModeInfo Byte
  • Bit 1: 0=Alle reservierten Bits in der Farbmaske dürfen NICHT benutzt werden, 1=dürfen benutzt werden
  • Bit 0: 0=Color ramp is fixed, 1=programmable (???)
39 PhysBasePtr DWord Physikalische Adresse des LFB
43 OffScreenMemOffset DWord Zeiger auf den Anfang des Teil des Grafikspeichers, der nicht auf dem Bildschirm zu sehen ist
47 OffScreenMemSize Word in KB
49 Reserviert 206 Bytes

Von diesen Einträgen sind einige besonders wichtig:

  • In grün: Diese Einträge sind für die Verwendung des LFB wichtig.
  • In rot: Diese Einträge sind zum Adressieren/Zeichnen eines Pixels wichtig.
  • In blau: Diese Einträge zeigen an, wie die Farbe eines Pixels anzugeben ist. Dies ist in der Regel eine RGB-Angabe. Dafür muss das Speichermodell (27) direct color sein (=6h).

In einen Grafikmodus umschalten: 4F02h

Nachdem man nun die gewünschte Grafikmodusnummer hat, muss man nur noch in diesen umschalten:

  • AX = 4F02h
  • BX = Nummer des VBE Grafikmodus:
    • Bit 15: Löscht den Grafikspeicher, wenn gelöscht
    • Bit 14: Speichermodell: 0=Windowed (paged); 1=Linear (flat)
    • Bits 13-9: reserviert, Null setzen

VBE im Protected Mode

Vorweg: Es ist nicht möglich, mit VBE einen Grafiktreiber komplett im Protected Mode zu entwickeln. Wenigstens das Umschalten in den gewünschten Grafikmodus muss im Real Mode erfolgen! Allerdings ist man auf die VBE Funktionen im PM auch nicht mehr angewiesen, wenn man sich für das LFB Modell entschieden hat und nachträglich nicht mehr die Auflösung wechseln möchte.

Mit VBE 2.0 wurde das sogenannte "Protected Mode Interface" eingeführt. Das sind Funktionen, die die Grafikkarte zur Verfügung stellt und die im Gegensatz zu den anderen Funktionen in 32Bit Protected Mode Code vorliegen. Die Adresse dieser Funktionen erhält man mit folgendem Auftuf, der allerdings immer noch im Real Mode stattfinden muss:

  • AX = 4F0Ah
  • BL = 00h

Diese Funktion liefert folgende Werte zurück:

  • ES:DI=Zeiger auf eine Tabelle des unten stehenden Formats
  • CX=Länge der Tabelle
Offset Eintrag
0 Offset der "SetWindow" Funktion
2 Offset der "SetDisplayStart" Funktion
4 Offset der "SetPaletteData" Funktion
6 Offset auf eine Liste aller Ports und Adresse, auf die der Code zugreift
8 Code und Daten

Pixel zeichnen

Im Protected Mode

Um im Protected Mode Pixel zu zeichnen, muss man in den Grafikspeicher schreiben. Hier zeigt sich auch der Vorteil des LFB: er ist im PM viel einfacher und schneller zu handhaben! Wenn man also mithilfe des LFB Zugriff auf den Grafikspeicher hat, dann zeichnet man ein Pixel folgendermaßen: <c> unsigned int* lfb = (unsigned int*) vbe_mode_info.phys_base_ptr; void draw_pixel(unsigned int x, unsigned int y, unsigned int color) { 

 lfb[x + y*vbe_mode_info.bytes_per_scan_line = color;

} </c>

Wenn man allerdings das paged Modell verwendet, muss man erst den entsprechenden Teil des Grafikspeichers in den Adressraum blenden mithilfe des "Bank Switch".

im Real Mode

Im Real Mode kann man die obige Variante theoretisch auch verwenden, wenn der Grafikspeicher sich nicht oberhalb der 1MB Marke im Adressraum befindet.

VBE 3.0

VBE 3.0 bietet nicht viele neue Funktionen an. Eine der wichtigsten ist die Unterstützung für Triple Buffering, für die zwei neue Funktionen eingeführt wurden:

ScheduleDisplayStart:

  • AX=4f07h
  • BL=0
  • BH=2
  • ECX=Offset des ersten Pixels im LFB

GetDisplayStartStatus:

  • AX=4f07h
  • BL=0
  • BH=4
  • liefert AX!=0, wenn das Bild im Buffer, der mit ScheduleDisplayStart gewählt wurde, auf dem Bildschirm abgebildet wurde.


Diese beiden Funktionen kann man natürlich auch für Double Buffering verwenden:

  • Den ersten Buffer rendern
  • Ihn mit ScheduleDisplayStart auswählen
  • Während der erste Buffer auf dem Bildschirm erscheint, den zweiten rendern
  • Mit GetDisplayStatus darauf warten, dass der erste Buffer komplett auf dem Bildchirm gezeichnet wurde
  • Den zweiten Buffer mit ScheduleDisplayStart auswählen
  • Das Bild wieder im ersten Buffer rendern
  • Mit GetDisplayStatus darauf warten, dass der zweite Buffer komplett auf dem Bildchirm gezeichnet wurde
  • Den ersten Buffer mit ScheduleDisplayStart auswählen
  • usw.

Double Buffering wäre auch schon mit VBE 2.0 möglich (siehe Funktion: 4F07h, 80h – Set Display Start During Vertical Retrace). Allerdings ist müsste man hier direkt auf die Grafikkarte zugreifen, um das Timing hinzukriegen.

Weblinks

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