如何使用 C 在 8086 中读取和存储视频内存？

Question

我正在为我的家庭作业编写一个微型操作系统，我想保留 shell 上显示的内容（因为当我使用 shell 打开另一个应用程序时，屏幕将被它的新内容覆盖，我想恢复shell 就像返回后调用应用程序之前一样）。

我想用C语言来完成它，但我不知道如何正确使用指针来处理它。我的想法是把显存中的所有数据都读取出来，保存在一个数据结构中，然后通过重写到显存中来恢复，但是我尝试了很多方法，都不管用。

我试着写这样的函数：

void storeContents()
{
    uint16_t * ptr =0xB800;
    int cnt = 0;
    while(cnt < 80 * 25)
    {
        store[cnt++] = * (ptr++);
    }
}

我不知道这个函数是否正确，但是当我使用Bochs调试时，我发现进入这个函数时，它卡在这个循环中，我确定指针一定有问题（但是不知道是什么意思，找不到叫哪个中断）

(0) [0x0000000fe9e6] f000:e9e6 (unk. ctxt): push ax ; 50
<bochs:26> s
Next at t=439640331
(0) [0x0000000fe9e7] f000:e9e7 (unk. ctxt): call .-22398 (0x000f926c) ; e882a8
<bochs:27> s
Next at t=439640332
(0) [0x0000000f926c] f000:926c (unk. ctxt): mov al, 0x20 ; b020
<bochs:28> s
Next at t=439640333
(0) [0x0000000f926e] f000:926e (unk. ctxt): out 0x20, al ; e620
<bochs:29> s
Next at t=439640334
(0) [0x0000000f9270] f000:9270 (unk. ctxt): ret ; c3
<bochs:30> s
Next at t=439640335
(0) [0x0000000fe9ea] f000:e9ea (unk. ctxt): pop ax ; 58
<bochs:31> s
Next at t=439640336
(0) [0x0000000fe9eb] f000:e9eb (unk. ctxt): iret ; cf

你能帮我吗？谢谢！ （顺便说一句，我使用的是显卡的文本模式，我的操作系统上还没有文件系统。操作系统目前处于实模式）

Answer 1

在 8086（和 8088）上，内存访问是使用两个寄存器完成的，一个 16 位段寄存器和一个 16 位偏移值/寄存器。实际地址是通过获取段寄存器，将其向左移动 4（乘以 16）并添加偏移量来计算的。所以如果你用DS作为段寄存器，AX作为偏移寄存器，那么真正的内存地址就是(DS * 16) + AX。

8086 提供了 4 个寄存器来保存内存访问的段值：DS（数据段）、SS（堆栈段）、CS（代码段）和 ES（额外段）。使用哪一个取决于操作码。指令获取总是相对于CS。

请注意，段可以重叠，因此不同的段/偏移组合可以引用相同的内存。例如[aaaa:0000]、[aaa9:0010]、[aaa8:0020]和[aaa7:0030]都引用了地址0xaaaa0。

8086 的地址总线是 20 位的，所以如果地址计算溢出，它就会回绕。所以[ffff:0010] 将是一种混淆的写作方式 [0000:0000]。 80286 增加了更宽的地址总线，并且在 8086 模式下运行时不会溢出，因此为了使 IBM PC-AT 与原始 PC 保持兼容，IBM 决定实现一些怪异，涉及称为 A20 门的键盘控制器芯片。 （但这已经离题了。）

所以如果你想访问从0xB8000 开始的内存块，你可以设置 DS（或其他一些段寄存器）到0xB800，并使用适当的偏移量访问您的数据。

自然地用 C 编程你不必直接弄乱寄存器，但你还是要了解 8086 的分段内存模型。

通常，8086 的 C 编译器允许您使用 3 种不同的寻址模式编译代码：

1. 小内存模型 - 这里所有数据和代码都在同一个段中 (DS = SS = CS = ES)。指针是 16 位的，包含段中的偏移量。代码和数据的大小总共可能只有 64k。

2. 大内存模型 - 类似于“小内存模型”，但一段用于数据，一段用于代码 (DS = SS = ES != CS)。指针仍然是 16 位。代码和数据的大小分别最大为 64k。

3. 超大内存模型 - 指针是 32 位的，同时保存内存地址的段和偏移部分。指针运算仅通过修改指针的偏移部分来完成。所以即使程序可以访问整个 1Mb 的地址空间，c 中的原生数据对象（包括结构和数组）也只能是最大 64k，而且只有当它们以 16 字节对齐开始时。

如果 IRC，原始 PC 上的视频内存从 0xb8000 开始。那将是段0xb800。为了能够访问它，我们必须使用“巨大的内存模型”（32 位指针）进行编译。在文本模式下，字符存储为两个字节，一个用于属性，一个用于字符代码。

将所有这些放在一起，并假设视频控制器已设置为 80x25 字母数字模式，我们可以像这样在屏幕上写入：

struct char_cell
{
   unsigned char attribute;
   unsigned char char_code;
};

/*
   How to handle pointers is compiler dependent, but we assume here that 
   the segment value is stored in the high 16 bits. So memory address
   0xb8000 or [b800:0000] can be written as 0xb8000000
 */
#define video_buffer ((struct char_cell *)0xb8000000ul) 

void put_char(int line, int column, int ch)
{
   video_buffer[line * 80 + column].char_code = ch;
}

int get_char(int line, int column, int ch)
{
   return video_buffer[line * 80 + column].char_code;
}

/*
   Saving/restoring buffer doesn't handle saving/restoring cursor position.
   This must be done separately.
 */ 
void save_video_buffer(struct char_cell buffer[80 * 25])
{
   memcpy(save_buffer, video_buffer, sizeof(*buffer) * 80 * 25); 
}

void restore_video_buffer(struct char_cell buffer[80 * 25])
{
   memcpy(video_buffer, save_buffer, sizeof(*buffer) * 80 * 25); 
}

很久没做MS-DOS编程了，可能细节有点不对。