Die Programmierung eines [[Kernel|Kernels]] in [[C++]] unterscheidet sich in einigen Punkten von der mit [[C]]. Einen ausführlicheren Überblick zu den relevanten Unterschieden zu C gibt der Artikel [[C++]]. Dieses Tutorial arbeitet genau wie [[C-Kernel mit GRUB]] mit dem Bootloader [[GRUB]].

== Kernel ==
Wir werden mit [[GCC]] und [[NASM]] arbeiten. Es kann auch Windows verwendet werden, allerdings ist dazu etwas Vorarbeit in Bezug auf die Tools von Nöten, siehe dazu [[C-Kernel_mit_GRUB#Hinweis_f.C3.BCr_Windowsianer|C-Kernel mit GRUB]].

=== Kernel.cpp ===
Da wir ja schon mit C++ arbeiten, wäre auch etwas OOP angebracht. Deshalb erstellen wir ein Klasse namens Video, die wir in einen Header stecken. Dadurch ist unsere kernel.cpp sehr übersichtlich:
<cpp>
#include "Video.h" 							// Einbinden unseres Header

void main() {
	Video screen;							// Screen instanzieren
	screen.color(0x7000); 						// Vordergrund schwarz, Hintergrund hellgrau
	screen.clear();							// Bildschirm leeren
	screen.write("Willkommen im C++-TestKernel!"); 			// Textausgabe
}
</cpp>

=== Video.h ===

Der Header ist dann doch etwas umfangreicher:

<cpp>
#ifndef VIDEO_H
#define VIDEO_H

class Video
{
	public:
		Video();						// Konstruktor
		~Video();						// Destruktor
		void clear();						// Leeren des Bildschirms, die Größe beträgt 80x25 Zeichen
		void write(const char* cp);				// Textausgabe
		void put(char c);					// Ausgabe eines einzelnen Zeichens
		void color(int color);					// Setzen der FG/BG-Farben
	private:
		unsigned short* videomem;				// Zeiger auf den Videospeicher
		unsigned int off;					// Y-Position der Textausgabe, je volle Zeile +80
		unsigned int pos;					// X-Position der Textausgabe, ab Zeilenanfang
		unsigned int screen_color;				// FB/BG-Farbe
};

#endif
</cpp>

=== Video.cpp ===

Die Implementierung der in Video.hpp definierten Memberfunktionen kommt in eine eigene Quellcodedatei:

<cpp>
#include "Video.h"

Video::Video(){
	screen_color = 0x0700;						// Setzen der Farbe auf Hellgrau auf Schwarz
	pos = 0;							// Setzen der Textausgabe auf
	off = 0;							// links oben.
	videomem = (unsigned short*) 0xb8000;				// Startadresse des Videospeichers
}

Video::~Video(){
}

void Video::clear(){
	for(int i = 0;i < (80*25);i++)
	{
		videomem[i] = (unsigned char)' ' | screen_color;	// Füllen des Bildschirms mit Leerzeichen
	}
	pos = 0;							// Zurücksetzen der Textausgabe nach links oben
	off = 0;							
}

void Video::write(const char *cp){
	while (*cp != '\0'){
		put(*ch++);						// Für jedes einzelne Zeichen wird put() aufgerufen
	}
}

void Video::put(char c){
	if(pos >= 80){							// Wenn die Textausgabe den rechten...
		pos = 0;
		off += 80;
	}
	if(off >= (80*25)){						// ...oder den unteren Bildschirmrand erreicht, gibt es einen 
		clear();						// Umbruch bzw. es wird aufgeräumt.
	}
	videomem[off + pos] = (unsigned char)c | screen_color;  	// Setzen des Zeichens und der Farbe in den Videospeicher
	pos++;
}

void Video::color(int color){
	screen_color = color;
}
</cpp>

=== Startup.cpp ===

Um die Konstruktoren bzw. die Destruktoren von globalen/statischen Objekten aufzurufen (siehe auch [[C++#globale.2Fstatische_Objekte|C++]]), werden diese beiden Funktionen später mit in den Kernel gelinkt und in der asmKernel.asm aufgerufen:

<cpp>
void constructors()
{
	extern void (*__CTOR_LIST__)();
	void (**constructor)() = &__CTOR_LIST__;
	int total = *(int *) constructor;
	constructor++;
	while(total){
		(*constructor)();
		total--;
		constructor++;
	}
}

void destructors()
{
	extern void (*__DTOR_LIST__)();
	void (**deconstructor)() = &__DTOR_LIST__;
	deconstructor++;
	int total = *(int *) deconstructor;
	while(total)
	{
		(*deconstructor)();
		total--;
		deconstructor++;
	}
}
</cpp>

=== asmKernel.asm ===
Auch bei C++ kommen wir nicht um ein wenig Assembler herum:

<asm>
 
global loader					; Unser Einsprungspunkt
extern main					; main() aus Kernel.cpp
extern destructors				; aus Startup.cpp
extern constructors				; aus Startup.cpp
 
FLAGS    equ 0
MAGIC    equ 0x1BADB002       	; Magicnumber - Erkennungsmerkmal für GRUB
CHECKSUM equ -(MAGIC + FLAGS) 	; Checksum
 
section .text
align 4
MultiBootHeader:
  dd MAGIC       				; Magic number
  dd FLAGS       				; Flags
  dd CHECKSUM    				; Checksum
 
loader:
  mov esp,0x200000 				; Stack an die 2MB-Grenze platzieren
  push eax         				; Multiboot-Magicnumber auf den Stack legen
  push ebx         				; Adresse der Multiboot-Structure auf den Stack legen
  call constructors      			; Konstruktoren aufrufen
  call main       				; main aufrufen
  call destructors    				; Destruktoren aufrufen

stop:
  jmp stop					; Endlosschleife nach Beendigung unseres Kernels
 
</asm>

== Kompilieren und Linken ==
Die asmKernel.asm:

 nasm -f elf -o asmKernel.o asmKernel.asm

Video.cpp:

 gcc -m32 -fno-use-cxa-atexit -nostdlib -fno-builtin -fno-rtti -ffreestanding -fno-exceptions -fno-leading-underscore -c -o Video.o Video.cpp

Kernel.cpp:

 gcc -m32 -fno-use-cxa-atexit -nostdlib -fno-builtin -fno-rtti -ffreestanding -fno-exceptions -fno-leading-underscore -c -o Kernel.o Kernel.cpp

Startup.cpp:

 gcc -m32 -fno-use-cxa-atexit -nostdlib -fno-builtin -fno-rtti -ffreestanding -fno-exceptions -fno-leading-underscore -c -o Startup.o Startup.c 


Nun zu einer der wichtigsten Stellen, dem Linkvorgang:
Wir müssen asmKernel.o, Startup.o, Video.o und Kernel.o zu einer kernel.bin linken, die dann von GRUB geladen werden kann.

Unser Linkerscript (link.txt)
<pre>
ENTRY(loader)
OUTPUT_FORMAT(elf32-i386)
OUTPUT_ARCH(i386:i386)

SECTIONS
{
  .text  0x0100000 : {
    code = .; _code = .; __code = .;
    *(.text)
    . = ALIGN(1);
  }
  .data  : {
    __CTOR_LIST__ = .; LONG((__CTOR_END__ - __CTOR_LIST__) / 4 - 2) *(.ctors) LONG(0) __CTOR_END__ = .;
    __DTOR_LIST__ = .; LONG((__DTOR_END__ - __DTOR_LIST__) / 4 - 2) *(.dtors) LONG(0) __DTOR_END__ = .;

    data = .; _data = .; __data = .;
    *(.data)
    . = ALIGN(1);
  }
  .bss  :
  {
    bss = .; _bss = .; __bss = .;
    *(.bss)
    . = ALIGN(1);
  }
  end = .; _end = .; __end = .;
}
</pre>

Wir teilen dem Linker mit, dass wir die Labels __CTOR_LIST__, __CTOR_END__, __DTOR_LIST__ und __DTOR_END__ in der Datei cKernel.c haben und er diese beim Linken berücksichtigen soll.
Nur noch ein kurzer Aufruf von LD, und wir haben unseren fertigen Kernel in der Hand (bzw. Maus ;-)):

 ld -T link.txt -o kernel.bin asmKernel.o Startup.o Video.o cKernel.o

Und fertig ist unser Kernel! Wie der Kernel nun mitsamt GRUB auf einer Diskette landet, kann im Artikel [[C-Kernel_mit_GRUB|C-Kernel mit GRUB]] nachgelesen werden, dort verfährt man einfach analog.

== Siehe auch ==
* [[C-Kernel_mit_GRUB|C-Kernel mit GRUB]]
* [[GRUB]]
* [[C++]]
* [[Multiboot]]
* [[Linkerscript]]

[[Kategorie:Tutorials]]