6 色号设定（harib01f）
好了，到现在为止我们的话题都是以C语言为中心的，但我们的目的不是为了掌握C语言，而是为了制作操作系统，操作系统中是不需要条纹图案之类的。我们继续来做操作系统吧。
可能大家马上就想描绘一个操作系统模样的画面，但在此之前要先做一件事，那就是处理颜色问题。这次使用的是320× 200的8位颜色模式，色号使用8位（二进制）数，也就是只能使用0～255的数。我想熟悉电脑颜色的人都会知道，这是非常少的。一般说起指定颜色，都是用#ffffff一类的数。这就是RGB（红绿蓝）方式，用6位十六进制数，也就是24位（二进制）来指定颜色。8位数完全不够。那么，该怎么指定#ffffff方式的颜色呢？
这个8位彩色模式，是由程序员随意指定0～255的数字所对应的颜色的。比如说25号颜色对应#ffffff,26号颜色对应#123456等。这种方式就叫做调色板（palette）。
如果像现在这样，程序员不做任何设定，0号颜色就是#000000,15号颜色就是#ffffff。其他号码的颜色，笔者也不是很清楚，所以可以按照自己的喜好来设定并使用。
笔者通过制作OSAKA知道：要想描绘一个操作系统模样的画面，只要有以下这16种颜色就足够了。所以这次我们也使用这16种颜色，并给它们编上号码0-15。
#000000：黑 #00ffff：浅亮蓝 #000084：暗蓝 #ff0000：亮红 #ffffff：白 #840084：暗紫 #00ff00：亮绿 #c6c6c6：亮灰 #008484：浅暗蓝 #ffff00：亮黄 #840000：暗红 #848484：暗灰 #0000ff：亮蓝 #008400：暗绿 #ff00ff：亮紫 #848400：暗黄
所以我们要给bootpack.c添加很多代码。
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本次的bootpack.c
void io_hlt(void);
void io_cli(void);
void io_out8(int port, int data);
int io_load_eflags(void);
void io_store_eflags(int eflags);
/＊就算写在同一个源文件里，如果想在定义前使用，还是必须事先声明一下。＊/
void init_palette(void);
void set_palette(int start, int end, unsigned char ＊rgb);
void HariMain(void)
{
int i; /＊ 声明变量。变量i是32位整数型 ＊/
char ＊p; /＊ 变量p是BYTE [...]用的地址 ＊/
init_palette(); /＊ 设定调色板 ＊/
p = (char ＊) 0xa0000; /＊ 指定地址 ＊/
for (i = 0; i <= 0xffff; i++) {
p[i] = i & 0x0f;
}
for (; ; ) {
io_hlt();
}
}
void init_palette(void)
{
static unsigned char table_rgb[16 ＊ 3] = {
0x00, 0x00, 0x00, /＊ 0：黑 ＊/
0xff, 0x00, 0x00, /＊ 1：亮红 ＊/
0x00, 0xff, 0x00, /＊ 2：亮绿 ＊/
0xff, 0xff, 0x00, /＊ 3：亮黄 ＊/
0x00, 0x00, 0xff, /＊ 4：亮蓝 ＊/
0xff, 0x00, 0xff, /＊ 5：亮紫 ＊/
0x00, 0xff, 0xff, /＊ 6：浅亮蓝 ＊/
0xff, 0xff, 0xff, /＊ 7：白 ＊/
0xc6, 0xc6, 0xc6, /＊ 8：亮灰 ＊/
0x84, 0x00, 0x00, /＊ 9：暗红 ＊/
0x00, 0x84, 0x00, /＊ 10：暗绿 ＊/
0x84, 0x84, 0x00, /＊ 11：暗黄 ＊/
0x00, 0x00, 0x84, /＊ 12：暗青 ＊/
0x84, 0x00, 0x84, /＊ 13：暗紫 ＊/
0x00, 0x84, 0x84, /＊ 14：浅暗蓝 ＊/
0x84, 0x84, 0x84 /＊ 15：暗灰 ＊/
};
set_palette(0, 15, table_rgb);
return;
/＊ C语言中的static char语句只能用于数据，相当于汇编中的DB指令 ＊/
}
void set_palette(int start, int end, unsigned char ＊rgb)
{
int i, eflags;
eflags = io_load_eflags(); /＊ 记录中断许可标志的值＊/
io_cli(); /＊ 将中断许可标志置为0，禁止中断 ＊/
io_out8(0x03c8, start);
for (i = start; i <= end; i++) {
io_out8(0x03c9, rgb[0] / 4);
io_out8(0x03c9, rgb[1] / 4);
io_out8(0x03c9, rgb[2] / 4);
rgb += 3;
}
io_store_eflags(eflags); /＊ 复原中断许可标志 ＊/
return;
}
程序的头部罗列了很多的外部函数名，这些函数必须在naskfunc.nas中写。这有点麻烦，但也没办法。先跳过这一部分，我们来看看主函数HariMain。函数里只是增加了一行调用调色板置置的函数，变更并不是太大。我们接着往下看。
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函数init_palette开头一段以static开始的语句，虽然很长，但结果无非就是声明了一个常数table_rgb。它太长了，有些晦涩难懂，所以我们来简化一下。
void init_palette(void)
{
table_rgb的声明；
set_palette(0, 15, table_rgb);
return;
}
简而言之，就是这些内容。除了声明之外没什么难点，所以我们仅仅解说声明部分。
char a[3]；
C语言中，如果这样写，那么a就成为了常数，以汇编的语言来讲就是标志符。标志符的值当然就意味着地址。并且还准备了“RESB 3”。总结一下，上面的叙述就相当于汇编里的这个语句：
a：
RESB 3
nask中RESB的内容能够保证是0，但C语言中不能保证所以里面说不定含有某种垃圾数据。
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另外，在这个声明的后面加上 “= { … }”，还可以写上数据的初始值。比如：
char a[3]= { 1,2,3 }；
这与下面的内容基本等价。
char a[3]； a[0] = 1； a[1] = 2； a[2] = 3；
这里，a是表示最初地址的数字，也就是说它被认为是指针。
那么这次，应该代入的值共有16× 3=48个。笔者不希望大家做如此多的赋值语句。每次赋值都至少要消耗3个字节，这样算下来光这些赋值语句就要花费将近150字节，这太不值了。
其实写成下面这样一般的DB形式，不就挺好吗。
table_rgb：
DB 0x00, 0x00, 0x00, 0xff, 0x00, 0x00, 0x00, 0xff, 0x00, …
只要48字节就够了。所以说，就像在汇编语言中用DB指令代替RESB指令那样，在C语言中也有类似的指示方法，那就是在声明时加上static。这次我们也加上它。
下面来看unsigned。它的意思是：这里所处理的数据是BYTE（char）型，但它是没有符号（sign）的数（0或者正整数）。
char型的变量有3种模式，分别是signed型、unsigned型和未指定型。signed型用于处理-128～127的整数。它虽然也能处理负数，扩大了处理范围，很方便，但能够处理的最大值却减小了一半。unsigned型能够处理0～255的整数。未指定型是指没有特别指定时，可由编译器决定是unsigned还是signed。
在这个程序里，多次出现了0xff这个数值，也就是255，我们想用它来表示最大亮度，如果它被误解成负数（0xff会被误解成-1）就麻烦了。虽然我们不清楚亮度比0还弱会是什么概念，但无论如何不能产生这种误解。所以我们决定将这个数设定为unsigned。顺便提一句，int和short也分signed和unsigned。……好了，关于init_palette的说明就到此为止。
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下面要讲的是C语言说明部分最后的函数set_palette。这个函数虽然很短，干的事儿可不少。首先让我们仔细看看以下精简之后的记述吧。
void set_palette(int start, int end, unsigned char ＊rgb)
{
int i;
io_out8(0x03c8, start);
for (i = start; i <= end; i++) {
io_out8(0x03c9, rgb[0] / 4);
io_out8(0x03c9, rgb[1] / 4);
io_out8(0x03c9, rgb[2] / 4);
rgb += 3;
}
return;
}
程序被如此精简后还可以正确运行。其实可以在一开始就介绍这个程序，但由于想给大家介绍精简之前的正确方法，所以才写了那么长。这个先放一边，我们来说说精简的程序吧。
这个程序所做的事情，仅仅是多次调用io_out8。函数io_out8是干什么的呢？以后在naskfunc.nas中还要详细说明，现在大家只要知道它是往指定装置里传送数据的函数就行了。
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我们前面已经说过，CPU的管脚与内存相连。如果仅仅是与内存相连，CPU就只能完成计算和存储的功能。但实际上，CPU还要对键盘的输入有响应，要通过网卡从网络取得信息，通过声卡发送音乐数据，向软盘写入信息等。这些都是设备（device），它们当然也都要连接到CPU上。
既然CPU与设备相连，那么就有向这些设备发送电信号，或者从这些设备取得信息的指令。向设备发送电信号的是OUT指令；从设备取得电气信号的是IN指令。正如为了区别不同的内存要使用内存地址一样，在OUT指令和IN指令中，为了区别不同的设备，也要使用设备号码。设备号码在英文中称为port（端口）。port原意为“港口”，这里形象地将CPU与各个设备交换电信号的行为比作了船舶的出港和进港。
所以，我们执行OUT指令时，出港信号就要挥泪告别CPU了。这就好像它在说：“妈妈，我要走了。我在显卡中，会很好的，不用担心。”我想不用说大家也会感觉得到，在C语言中，没有与IN或OUT指令相当的语句，所以我们只好拿汇编语言来做了。唉，汇编真是关键时刻显身手的语言呀。
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如果我们读一读程序的话，就会发现突然蹦出了0x03c8、0x03c9之类的设备号码，这些设备号码到底是如何获得的呢？随意写几个数字行不行呢？这些号码当然不是能随便乱写的。否则，别的什么设备胡乱动作一下，会带来很严重的问题。所以事先必须仔细调查。笔者自己制作了参考网页。
网页的叙述太长了，不好意思（注：这一页也是笔者写的）。网页中有一个项目，叫做“video DA converter”，其中有以下记述。
❏ 调色板的访问步骤。
❏ 首先在一连串的访问中屏蔽中断（比如CLI）。
❏ 将想要设定的调色板号码写入0x03c8，紧接着，按R, G, B的顺序写入0x03c9。如果还想继续设定下一个调色板，则省略调色板号码，再按照RGB的顺序写入0x03c9就行了。
❏ 如果想要读出当前调色板的状态，首先要将调色板的号码写入0x03c7，再从0x03c9读取3次。读出的顺序就是R, G, B。如果要继续读出下一个调色板，同样也是省略调色板号码的设定，按RGB的顺序读出。
❏ 如果最初执行了CLI，那么最后要执行STI。
我们的程序在很大程度上参考了以上内容。
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到这里，该说明的部分都说明得差不多了。总结一下就是：
void set_palette(int start, int end, unsigned char ＊rgb)
{
int i, eflags;
eflags = io_load_eflags(); /＊ 记录中断许可标志的值 ＊/
io_cli(); /＊ 将许可标志置为0，禁止中断 ＊/
已经说明的部分
io_store_eflags(eflags); /＊ 恢复许可标志的值 ＊/
return;
}
在“调色板的访问步骤”的记述中，还写着CLI、STI什么的。下面来看看它们可以做些什么。
首先是CLI和STI。所谓CLI，是将中断标志（interrupt flag）置为0的指令（clear interrupt flag）。STI是要将这个中断标志置为1的指令（set interrupt flag）。而标志，是指像以前曾出现过的进位标志一样的各种标志，也就是说在CPU中有多种多样的标志。更改中断标志有什么好处呢？正如其名所示，它与CPU的中断处理有关系。当CPU遇到中断请求时，是立即处理中断请求（中断标志为1），还是忽略中断请求（中断标志为0），就由这个中断标志位来设定。
那到底什么是中断呢？大家可能会有这种疑问，可如果现在来讲这个问题的话，就与我们“描绘一个操作系统模样的画面”这个主题渐行渐远了，所以等以后有机会再讲吧。
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下面再来介绍一下EFLAGS这一特别的寄存器。这是由名为FLAGS的16位寄存器扩展而来的32位寄存器。FLAGS是存储进位标志和中断标志等标志的寄存器。进位标志可以通过JC或JNC等跳转指令来简单地判断到底是0还是1。但对于中断标志，没有类似的JI或JNI命令，所以只能读入EFLAGS，再检查第9位是0还是1。顺便说一下，进位标志是EFLAGS的第0位。
空白位没有特殊意义（或许留给将来的CPU用？）
set_palette中想要做的事情是在设定调色板之前首先执行CLI，但处理结束以后一定要恢复中断标志，因此需要记住最开始的中断标志是什么。所以我们制作了一个函数io_load_eflags，读取最初的eflags值。处理结束以后，可以先看看eflags的内容，再决定是否执行STI，但仔细想一想，也没必要搞得那么复杂，干脆将eflags的值代入EFLAGS，中断标志位就恢复为原来的值了。函数io_store_eflags就是完成这个处理的。
估计不说大家也知道了，CLI也好，STI也好，EFLAGS的读取也好，EFLAGS的写入也好，都不能用C语言来完成。所以我们就努力一下，用汇编语言来写吧。
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我们已经解释了bootpack.c程序，那么现在就来说说naskfunc.nas。
; naskfunc
; TAB=4
[FORMAT "WCOFF"] ; 制作目标文件的模式
[INSTRSET "i486p"] ; 使用到486为止的指令
[BITS 32] ; 制作32位模式用的机器语言
[FILE "naskfunc.nas"] ; 源程序文件名
GLOBAL _io_hlt, _io_cli, _io_sti, io_stihlt
GLOBAL _io_in8, _io_in16, _io_in32
GLOBAL _io_out8, _io_out16, _io_out32
GLOBAL _io_load_eflags, _io_store_eflags
[SECTION .text]
_io_hlt: ; void io_hlt(void);
HLT
RET
_io_cli: ; void io_cli(void);
CLI
RET
_io_sti: ; void io_sti(void);
STI
RET
_io_stihlt: ; void io_stihlt(void);
STI
HLT
RET
_io_in8: ; int io_in8(int port);
MOV EDX, [ESP+4] ; port
MOV EAX,0
IN AL, DX
RET
_io_in16: ; int io_in16(int port);
MOV EDX, [ESP+4] ; port
MOV EAX,0
IN AX, DX
RET
_io_in32: ; int io_in32(int port);
MOV EDX, [ESP+4] ; port
IN EAX, DX
RET
_io_out8: ; void io_out8(int port, int data);
MOV EDX, [ESP+4] ; port
MOV AL, [ESP+8] ; data
OUT DX, AL
RET
_io_out16: ; void io_out16(int port, int data);
MOV EDX, [ESP+4] ; port
MOV EAX, [ESP+8] ; data
OUT DX, AX
RET
_io_out32: ; void io_out32(int port, int data);
MOV EDX, [ESP+4] ; port
MOV EAX, [ESP+8] ; data
OUT DX, EAX
RET
_io_load_eflags: ; int io_load_eflags(void);
PUSHFD ; 指PUSH EFLAGS
POP EAX
RET
_io_store_eflags: ; void io_store_eflags(int eflags);
MOV EAX, [ESP+4]
PUSH EAX
POPFD ; 指POP EFLAGS
RET
到现在为止的说明，想必大家都已经懂了，尚且需要说明的只有与EFLAGS相关的部分了。如果有“MOV EAX, EFLAGS”之类的指令就简单了，但CPU没有这种指令。能够用来读写EFLAGS的，只有PUSHFD和POPFD指令。
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PUSHFD是“push flags double-word”的缩写，意思是将标志位的值按双字长压入栈。其实它所做的，无非就是“PUSH EFLAGS”。POPFD是“pop flags double-word”的缩写，意思是按双字长将标志位从栈弹出。它所做的，就是“POP EFLAGS”。
栈是数据结构的一种，大家暂时只要理解到这个程度就够了。往栈登录数据的动作称为push（推），请想象一下往烤箱里放面包的情景。从栈里取出数据的动作称为pop（弹出）。
也就是说，“PUSHFD POP EAX”，是指首先将EFLAGS压入栈，再将弹出的值代入EAX。所以说它代替了“MOV EAX, EFLAGS”。另一方面，PUSH EAX POPFD正与此相反，它相当于“MOV EFLAGS, EAX”。
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最后要讲的是io_load_eflags。它对我们而言，是第一个有返回值的函数的例子，但根据C语言的规约，执行RET语句时，EAX中的值就被看作是函数的返回值，所以这样就可以。
另外，虽然还有几个函数是不必要的，但因为将来会用到，所以这里就顺便做了。虽然不知道什么时候用，用于什么目的，但通过到目前为止的讲解也能明白其中的意义。
好了，讲解完了以后执行一下吧。运行“make run”。条纹的图案没有变化，但颜色变了！成功了！
