操作系统实现之路：切换到0x118工作模式

从理论上说，在设置显示卡工作模式为0x118之前，首先应该检查一下显示卡是否支持该模式。因此应该有两段代码，一段是检测是否支持该模式，一段是在支持的情况下，设置显示卡工作在0x118模式下。但是根据VBE的标准，这两个过程是合一的。即直接尝试设置0x118模式即可。如果显示卡支持，则会设置成功，如果不支持，则设置失败。按照VBE的标准，在ax寄存器中传入0x4F02，bx寄存器中存入待设置的显示模式代码，然后调用0x10号中断，即可设置显示模式为bx寄存器中指定的值。如果设置成功，则ah寄存器返回0。如果ah寄存器的返回值不为0，则说明设置失败。下面是设置工作模式为0x118的汇编代码：

代码比较简单，如果设置成功，说明支持0x118模式，于是会继续执行ll_setmodesucc后面的代码。否则跳转到ll_failed标号处，做失败处理。

在上面的代码中，bx寄存器的值被设置为0x4118，而不是0x118，这里需要做进一步解释。按照VBE的标准，针对每种工作模式，有两种显存访问方式：平直访问方式（flat display memory mode）和非平直访问方式。在平直访问方式下，显示器显示内容与显存有直接对应关系。如果按照显示器从左到右、从上到下的顺序，为每个像素编号的话，那么每个像素的颜色值，就存放在以显存地址为基址、以像素编号为索引的位置处。假设显示卡工作在0x118模式下，则屏幕上共有1024×768=786432个像素点，每个像素点占用4个字节的存储空间来存储颜色值（R/G/B各一个字节，再加上一个alpha字节，共四个字节），则需要的显示存储空间为786432×4=3MB。相反，在显存的对应地址上写入四个字节的颜色数据，对应的颜色就可显示在屏幕上与之对应的像素点上。

这种工作模式非常简单直观，也是大多数显示卡都支持的显示模式。在Hello China的实现中，就使用了这种平直显存访问方式。按照VBE的标准，0x4118代表的就是0x118模式的平直内存工作模式。于是我们在bx寄存器中装入0x4118，来设置这种模式。

这时候另外一个问题又出来了，就是如何确定平直显存的起始地址。这个地址是变动的，应该是由BIOS对显示卡进行配置后的结果。答案是显然的，VBE标准会提供接口，让程序员获得该地址。如果VBE不提供这样的接口，则这个标准就不是完备的。作为一个国际标准，VBE不会犯如此低级的错误。阅读VBE标准可知，当ax的值为0x4F01的时候，在cx中存入显示模式号，调用0x10中断，可获得对应显示号的详细数据。如果调用成功，ah中会返回0，详细的显示模式信息，会被BIOS存放在di寄存器指定的位置处。下面是获取0x118显示模式详细信息的汇编代码：

代码比较简单，如果调用成功，则模式详细信息会被存放到DEF_VBE_INFO位置处，我们可以读取该位置的内存内容，来获取详细的模式信息。如果调用失败，则跳转到ll_failed标注的代码处做错误处理。需要注意的是，这时候的模式号（存入cx寄存器的值），就不是0x4118了，而是0x118。作者曾在这个地方出过问题，把0x4118存入了cx，结果调用失败。(www.xing528.com)

调用成功后，就需要进一步分析模式信息，获取平直显存起始地址了。按照VBE的标准描述，模式信息应该是下面定义的这样：

内容比较多且复杂，我们只关注physbaseptr（黑体标注）这个参数，这就是flat memory的起始地址。获得这个地址后，就可以通过直接向这个地址写入颜色值，来操作显示器了。

到此为止，简单地介绍了通过直接写显存来操作显示卡的工作原理，为进一步的介绍奠定基础。直接写显存是最基本、最简单的显示卡操作方法，也是比较通用的一种方法。其最大的优点就是简单直观，不需要了解显卡的具体工作原理。但实际上，显示卡是一块非常复杂的集成电路芯片，复杂程度甚至可以跟CPU媲美。原因是在显示卡上，集成了非常多的附加功能。从比较基本的功能如矩形填充、贝塞尔曲线、二维动画功能等，到比较复杂的3D图形渲染、复杂的数学变换（比如傅里叶变换、矩阵变换等），都可以集成在显卡上。这样操作系统在运行的时候，就可以直接把这些消耗CPU的工作交给显卡完成，把CPU从复杂的图形处理中解脱出来，专注于功能运算。但是要使用这些附加功能，必须有显示卡驱动程序的支持。操作系统定义好一个功能集合，显示卡驱动程序有选择地实现全部或部分预定义的功能集合，然后通知操作系统。这样操作系统在用到特定功能的时候，首先判断显示卡（显示驱动程序）是否支持。如果支持，则交给显示卡驱动程序完成（驱动程序最终驱动硬件完成），如果不支持，则由CPU计算完成。

Hello China也定义了一组基本的功能集合，作为与显示驱动程序的接口。这组功能集合包括画线、画椭圆、矩形填充、区域渲染等，后续可根据需要添加。但支持Hello China的显卡毕竟有限，因此大部分情况下，Hello China还是通过最基本的直接写显存方式，实现GUI绘图功能。这显然无法充分发挥显卡的所有潜能，同时也浪费了大量CPU的计算能力。但只要不涉及复杂的图形处理和大量的图形变换（比如游戏），这种最简单的处理方式也足够了。况且，Hello China的定位是面向嵌入式应用的终端类操作系统，这种应用场合下，硬件配置都是已知的，且需要针对硬件做功能裁剪和定制。在这种与硬件有紧密结合的情况下，可完全避免在PC上出现的硬件资源利用不充分的问题。