os-8

实验目的

  • 加深对操作系统设备管理基本原理的认识，实践键盘中断、扫描码等概念；
  • 通过实践掌握 Linux 0.11 对键盘终端和显示器终端的处理过程。

实验任务

  • 本实验的基本内容是修改 Linux 0.11 的终端设备处理代码，对键盘输入和字符显示进行非常规的控制。 在初始状态，一切如常。用户按一次 F12 后，把应用程序向终端输出所有字母都替换为*。用户再按一次 F12，又恢复正常。第三次按F12，再进行输出替换。依此类推。

实验资料

文件名 介绍
hit-操作系统实验指导书.pdf 哈工大OS实验指导书
Linux内核完全注释(修正版v3.0).pdf 赵博士对Linux v0.11 OS进行了详细全面的注释和说明
file1615.pdf BIOS 涉及的中断数据手册
hit-oslab-linux-20110823.tar.gz hit-oslab 实验环境
gcc-3.4-ubuntu.tar.gz Linux v0.11 所使用的编译器
Bochs 汇编级调试指令 bochs 基本调试指令大全
最全ASCII码对照表0-255 屏幕输出字符对照的 ASCII 码
x86_64 常用寄存器大全 x86_64 常用寄存器大全

实验内容

键盘输入处理

键盘中断发生步骤：

  1. 键盘 I/O 是典型的中断驱动，在 kernel/chr_drv/console.c 文件中将键盘中断响应函数设为 keyboard_interrupt。每次按键有动作，keyboard_interrupt 函数就会被调用，函数定义在文件 kernel/chr_drv/keyboard.S中；
  2. 根据扫描码，查 key_table 表进行扫描码处理，表中定义了相关所有扫描码对应键的处理函数，比如f1-f12键的处理则要先运行一段处理函数func；
  3. 将扫描码放到键盘输入队列中，调用do_tty_interrupt函数进行处理。

为了实现按F12实现切换，只需要定义一个切换函数，并将其放在ket_table中F12对应的处理函数位置即可。

  1. 修改文件linux-0.11/kernel/chr_drv/tty_io.c，定义标志位，实现每按下一次F12标志位就会变化。
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int switch_show_char_flag = 0;
void press_F12_handle(void)
{
    switch_show_char_flag = switch_show_char_flag ? 0 : 1;
}

2、修改 linux-0.11/include/linux/tty.h 文件，将标志位和函数声明为全局。

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extern int switch_show_char_flag;
void press_F12_handle(void);

3、修改linux-0.11/kernel/chr_drv/keyboard.S文件中key_table中F12对应的处理函数。

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key_table:
    /* .long func,none,none,none         58-5B f12 ? ? ? */
    .long press_F12_handle,none,none,none /* 58-5B f12 ? ? ? */

屏幕输出控制

屏幕输出过程：

  1. 输出字符到屏幕，系统调用write函数来进行；
  2. write函数则会调用sys_write系统调用来实现字符输出；
  3. 然后再调用tty_write函数；
  4. 最终调用con_write函数将字符输出。
  5. 故只需要修改con_write最终写到显存中的字符就可以了。具体修改文件linux-0.11/kernel/chr_drv/console.c，修改如下：
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void con_write(struct tty_struct * tty)
{
//  ....
        switch(state) {
            case 0:
                if (c>31 && c<127) {
                    if (x>=video_num_columns) {
                        x -= video_num_columns;
                        pos -= video_size_row;
                        lf();
                    }
					// 新增代码，若扫描码为大小写字母或者数字，则改为*
                    if(switch_show_char_flag) {
                        if((c>='A'&&c<='Z')||(c>='a'&&c<='z')||(c>='0'&&c<='9'))
                            c = '*';
                    }
                }
        }
}
  1. 编译并运行
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cd oslab_Lab7/linux-0.11
make all
../run
  1. 测试结果

在 Bochs 中进行测试：

  • 若没有按下F12，输出为正常显示；
  • 若按下F12，则数字和字母的回显变为*；
  • 且再次按下F12，显示将恢复正常。

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