C++ 写入 VGA 文本模式内存在屏幕上不可见

Question

我正在尝试用 C++ 编写一个内核（一个 OS 内核），但遇到了一个非常奇怪的问题（我敢肯定，对于其他人来说，我做错了什么很明显，我只是我一辈子都找不到问题所在）

我正在使用 C++ 类来表示一个 VGA 控制台（BIOS 应该在地址 0xB8000 加载它），可以在操作系统引导序列的早期访问它以进行调试输出。

（更多信息请阅读：http://wiki.osdev.org/Bare_Bones）

这是我的内核的主要功能：

#include "Kernel.hpp"

extern "C"
{
    void kernelMain ()
    {
        VGATerminal kernelTerm = VGATerminal ();

        //kernelTerm.print("[");
        //kernelTerm.setTextColour(VGATerminal::LIGHT_GREEN);
        //kernelTerm.print("OK");
        //kernelTerm.setTextColour(VGATerminal::WHITE);
        //kernelTerm.print("]\t\tKernel gained control of the CPU.\n");
        //kernelTerm.print("0123456789012345678901234567890123456789012345678901234567890123456789012345678901234567890123465789\n");
    }
}

（现在输出已被注释掉，但它按预期工作，在正确的位置使用正确的字符和颜色）

这是 VGATerminal 构造函数：

VGATerminal::VGATerminal ()
{
    this->row = 0;
    this->col = 0;
    this->currentColour = generateVGAColour(WHITE, BLACK);
    this->vgaBuffer = (uint16*) VGATerminal::VGA_MEMORY;

    for (uint16 r = 0; r < VGATerminal::HEIGHT; r++)    // Loop over rows
    {
        for (uint16 c = 0; c < 8; c++)  // Loop over columns
        {
            this->vgaBuffer[(r * WIDTH) + c] = generateColouredChar(' ', this->currentColour);
            //this->print(' ');
        }
    }

    //this->row = 0;
    //this->col = 0;
}

每当列迭代超过 7 时，此代码会将我的操作系统发送到无限循环（7 很好，8 将其发送到无限循环）。 （7 很好，我的意思是它会产生清除屏幕前 7 列的预期行为（虽然我无法真正验证这一点，因为在我清除屏幕之前，它没有填充文本。打开的文本屏幕被正确擦除）

循环从内核开始的某处开始（当我为我的操作系统生成 ISO 时，它实际上会循环回到 GRUB 打开之前，GRUB 打开，我选择我的操作系统，然后它会回到开头）。

当我用this->print(' ') 替换this->vgaBuffer[...] = ... 部分时，一切正常。 （如果我这样做，我还需要重置this->row和this->col，这就是为什么最后这两行被注释掉了）

这是VGATerminal::print(const char c) 函数：

void VGATerminal::print (const char c)
{
    switch (c)
    {
        case '\t':
            // First insert 1 space, this will force the terminal to insert atleast this
            // (Otherwise, you might get something like this:)
            // CATS\tDOGS Becomes CATSDOGS instead of CATS    DOGS
            // This happens because after writing CATS, the terminal is at a multiple of 4
            // and decides it doesn't need to insert anything anymore
            this->vgaBuffer[(this->row * WIDTH) + this->col] = generateColouredChar(' ', this->currentColour);
            this->col++;

            while ((this->col % 4) != 0)
            {
                this->vgaBuffer[(this->row * WIDTH) + this->col] = generateColouredChar(' ', this->currentColour);
                this->col++;

                if (this->col == WIDTH)
                {
                    this->row++;
                    this->col = 0;
                }
            }

            break;

        case '\n':
            this->row++;
            this->col = 0;
            break;

        case '\r':
            this->col = 0;
            break;

        default:
            this->vgaBuffer[(this->row * WIDTH) + this->col] = generateColouredChar(c, this->currentColour);
            this->col++;

            if (this->col == WIDTH)
            {
                this->row++;
                this->col = 0;
            }

            break;
    }
}

对回车和换行的支持可能不完整，我想在测试它们之前先摆脱这个错误，尽管换行似乎工作正常。

uint16 generateColouredChar (const char c, uint8 colour) 实际上是一个函数（而不是一个方法）：

uint16 VGATerminal::generateColouredChar (const char c, uint8 colour)
{
    return (uint16) colour << 8 | (uint16) c;
}

uint8, uint16, ... 都是它们各自对应的别名 (uint8_t, uint16_t, ...) ，在另一个标头中创建如下：

#include <stdint.h>

using uint8 = uint8_t;
using uint16 = uint16_t;
using uint32 = uint32_t;
using uint64 = uint64_t;

using uchar = uint16;

using int8 = int8_t;
using int16 = int16_t;
using int32 = int32_t;
using int64 = int64_t;

（我这样做是因为它不会降低 IMO 的可读性，但它让我不必键入那个烦人的 '_'）

编辑：

这是完整的 VGATerminal 类以供将来参考：

class VGATerminal
{
    private:
        constexpr static uint16 WIDTH = 80;
        constexpr static uint16 HEIGHT = 25;
        constexpr static int VGA_MEMORY = 0xB8000;

        uint16  row;
        uint16  col;
        uint8   currentColour;
        volatile uint16*    vgaBuffer;

    public:
        /// Colour constants
        constexpr static uint8 BLACK = 0;
        constexpr static uint8 BLUE = 1;
        constexpr static uint8 GREEN = 2;
        constexpr static uint8 CYAN = 3;
        constexpr static uint8 RED = 4;
        constexpr static uint8 MAGENTA = 5;
        constexpr static uint8 BROWN = 6;
        constexpr static uint8 LIGHT_GREY = 7;
        constexpr static uint8 DARK_GREY = 8;
        constexpr static uint8 LIGHT_BLUE = 9;
        constexpr static uint8 LIGHT_GREEN = 10;
        constexpr static uint8 LIGHT_CYAN = 11;
        constexpr static uint8 LIGHT_RED = 12;
        constexpr static uint8 LIGHT_MAGENTA = 13;
        constexpr static uint8 LIGHT_BROWN = 14;
        constexpr static uint8 WHITE = 15;

        VGATerminal ();

        void clear ();

        void setTextColour (uint8 colour);

        void setBackgroundColour (uint8 colour);

        void print (const char c);

        void print (const char* str);
};

Answer 1

没有明显的原因（在原始帖子中没有）为什么 7/8 应该不同。

你如何定义VGATerminal::vgaBuffer？您是否将其标记为 volatile 以避免编译器优化“无用”内存写入？

编译器不理解在​​0xB8000 地址写入值具有C++ 语言定义之外的外部影响，通过使用volatile 你给编译器提示，它不是常规的memory C++ 变量 写入（编译器可以随意实现 C++ 变量，即使没有实际的内存写入，只要代码按照 C++ 语言定义工作），但应该完成实际的内存读/写，因为它可能会导致外部影响（在写入的情况下），或者值可能已被外部修改（如不同的线程代码，或由操作系统，或由具有内存访问权限的外部设备）。

顺便说一句，作为一名汇编程序员，看到这样正确的嵌套 for 循环只是为了清除屏幕让我很恼火：

VGATerminal::VGATerminal ()
{
    this->row = 0;
    this->col = 0;
    this->currentColour = generateVGAColour(WHITE, BLACK);
    this->vgaBuffer = (uint16*) VGATerminal::VGA_MEMORY;

    const uint16 whiteSpace = generateColouredChar(' ', this->currentColour);
    for (unsigned i = 0; i < VGATerminal::HEIGHT*VGATerminal::WIDTH; ++i)
        this->vgaBuffer[i] = whiteSpace;
}

虽然我认为优化器可能已经将嵌套循环修改为单个循环，一旦您使用 VGATerminal::WIDTH 处理列，这只是 asm 程序员编写最少代码并在您工作的情况下避免乘法和多个计数器的旧习惯具有连续的内存块，行/列的逻辑分隔对当前任务并不重要。