《30天自制操作系统》13_day_学习笔记

Posted 2020-08-03 Just-Live

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篇首语：本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了《30天自制操作系统》13_day_学习笔记相关的知识，希望对你有一定的参考价值。

harib10a:

　　简化字符串的显示：我们发现字符串显示三条语句总是重复出现，并且总是一起出现的。接下来我们把它归纳到一个函数中，这样便于使用。

x,y--位置的坐标
c--字符颜色（color）
b--背景颜色（back color）
s--字符串（string）
l--字符串长度（length）

void putfonts8_asc_sht(struct SHEET *sht, int x, int y, int c, int b, char *s, int l)
{
    boxfill8(sht->buf, sht->bxsize, b, x, y, x + l * 8 - 1, y + 15);//涂背景颜色
    putfonts8_asc(sht->buf, sht->bxsize, x, y, c, s);        　　　　//在背景上写字符串
    sheet_refresh(sht, x, y, x + l * 8, y + 16);　　　　　　　　　　　 //完成刷新
    return;
}

harib10b：
　　重新调整FIFO缓冲区（01）：前面我们设置了3个定时器，就需要3个FIFO缓冲区；如果我们需要100个定时器，难道需要malloc（）100个缓冲区吗？下面我们通过把定时器用的多个FIFO缓冲区集中在1个上面来对此进行优化，我们通过往FIFO中写入不同的数据来分辨出是哪个定时器超时了。

    //HariMain节选
    fifo8_init(&timerfifo, 8, timerbuf);//只初始化一个FIFO缓冲区
    timer = timer_alloc();　　//第一个定时器，向缓冲区中写入数据10
    timer_init(timer, &timerfifo, 10);
    timer_settime(timer, 1000);
    timer2 = timer_alloc();　//第二个定时器，向缓冲区中写入数据3
    timer_init(timer2, &timerfifo, 3);
    timer_settime(timer2, 300);
    timer3 = timer_alloc();　//第三个定时器，向缓冲区中写入数据1
    timer_init(timer3, &timerfifo, 1);
    timer_settime(timer3, 50);
    //接下来：...................
    //1、判断fifo8_status(&timerfifo)！=0；定时器缓冲区开辟成功
    //2、判断i = fifo8_get(&timeerfifo)；根据i的值判断是哪个定时器超时

harib10c--harib10f:
　　前面我们在对定时器不断进行改进，下面来看看改进的效果，测试一下性能。

　　测试方法：先修改HariMain恢复变量count，然后完全不现实计数，执行count++；在启动3秒后，把count复位为0一次。当到了10s后超时的时候，再显示这个count的值。（为什么要在系统启动3s后，把count复位为0。因为系统在刚启动进行初始化时，所花费的时间会因为某些条件发生很大的变化，3s后复位可以消除因为系统启动的不确定性给测试带来的影响。）

　　结果说明：下面的结果可以看出，每改良一次速度就会提高；这些测试数据都是笔者在真机上运行的结果。在模拟器上，会受到Windows的影响，导致结果的波动性较大；

- harib10d: 0074619985（利用harib09d时的timer.c和bootpack.c；最初的定时器）
- harib10e: 0074629087（利用harib09e时的timer.c和bootpack.c；timeout改进为记忆超时时刻）
- harib10f: 0074633350（利用harib09f时的timer.c和bootpack.c；导入了next表示下一个定时器时刻）
- harib10c: 0074643595（导入timers [ ] ）

　　　　//修改后的HariMain
　　　　if (fifo8_status(&timerfifo) != 0) {　　　　　　//定时器缓冲区开辟成功
　　　　i = fifo8_get(&timerfifo); 　　　　　　　　　　　/* 获得FIFO中定时器的DATA，看哪个定时器超时 */
　　　　io_sti();
　　　　if (i == 10) {　　　　　　　　　　　　　　　　　　//获取的数据为10，第一个定时器，10s
　　　　　　putfonts8_asc_sht(sht_back, 0, 64, COL8_FFFFFF, COL8_008484, "10[sec]", 7);
　　　　　　sprintf(s, "%010d", count);
　　　　　　putfonts8_asc_sht(sht_win, 40, 28, COL8_000000, COL8_C6C6C6, s, 10);
　　　　} else if (i == 3) {　　　　　　　　　　　　　　//获取的数据为3，第二个定时器，3s
                    putfonts8_asc_sht(sht_back, 0, 80, COL8_FFFFFF, COL8_008484, "3[sec]", 6);
                    count = 0; 　　　　　　　　　　　　/* 應掕奐巒 */
　　　　} else {　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　//第三个定时器，闪烁定时器
　　　　　　if (i != 0) {　　　　　　　　　　　　　　　　//i=1；将定时器数据设定为0；之后显示背景
　　　　　　　　timer_init(timer3, &timerfifo, 0);
　　　　　　　　boxfill8(buf_back, binfo->scrnx, COL8_FFFFFF, 8, 96, 15, 111);
　　　　　　} else {　　　　　　　　　　　　　　　　　　　//i=0；将定时器数据设定为1；之后显示背景
　　　　　　　　timer_init(timer3, &timerfifo, 1);
　　　　　　　　boxfill8(buf_back, binfo->scrnx, COL8_008484, 8, 96, 15, 111);
　　　　　　}
　　　　　　timer_settime(timer3, 50);　　　　　　　　//设定第三个定时器时间，50个中断时间
　　　　　　sheet_refresh(sht_back, 8, 96, 16, 112);//刷新背景图层
　　　　}

harib10g：
　　重新调整FIFO缓冲区（02）：在上一次调整FIFO缓冲区时，我们把三个定时器归纳到一个FIFO缓冲区中。这里，我们再将鼠标壳键盘的缓冲区也归纳起来，用1个FIFO缓冲区来管理。我们将FIFO缓冲区的大小从8位扩展到32位（将char型变为int型）来进行改进。先来设置往FIFO中写入数值的中断类型。

- 0-1：光标闪烁用定时器
- 3：3秒定时器
- 10：10秒定时器
- 256-511：键盘输入（从键盘控制器读入的值+256）
- 512-767：鼠标输入（从鼠标控制器读入的值+512)

　　　　1、重写FIFO结构体、初始化、写数据、取数据、存储状态函数（FIFO.C有点长，我们折起来吧！）

struct FIFO32 { //扩展结构体为32位
    int *buf;
    int p, q, size, free, flags;
};
/* 以下是：FIFO.C */

#include "bootpack.h"
#define FLAGS_OVERRUN        0x0001

void fifo32_init(struct FIFO32 *fifo, int size, int *buf)
/* FIFO缓冲区的初始化 */
{
    fifo->size = size;　　　　　　　　　　//缓冲区大小
    fifo->buf = buf;　　　　　　　　　　　//缓冲区地址
    fifo->free = size;　　　　　　　　　　//缓冲区全空
    fifo->flags = 0;　　　　　　　　　　//标志位：0表示有空余；FLAGS_OVERRUN表示溢出了
    fifo->p = 0; 　　　　　　　　　　　　/* 写入位置指向头部 */
    fifo->q = 0; 　　　　　　　　　　　　/* 读取位置指向头部 */
    return;
}
int fifo32_put(struct FIFO32 *fifo, int data)
/* 向FIFO缓冲区发送数据 */
{
    if (fifo->free == 0) {
        /* 空闲=0；表示缓冲区已满 */
        fifo->flags |= FLAGS_OVERRUN;//标志位置0x0001溢出
        return -1;　　　　　　　　　　　//返回-1，发送数据失败
    }　　　　　　　　　　　　　　　　　 　//否则下面表示缓冲区未满
    fifo->buf[fifo->p] = data;　　　　//把数据写到下一个位置
    fifo->p++;　　　　　　　　　　　　  //写入位置指针向后移动一个单位
    if (fifo->p == fifo->size) {　　 //如果写到了buf尾
        fifo->p = 0;　　　　　　　　   //将写入位置p置0；
    } 
    fifo->free--;　　　　　　　　　    //写入了一个数据，空闲大小减1
    return 0;　　　　　　　　　　　　   //写入成功
}

int fifo32_get(struct FIFO32 *fifo)
/* 从FIFO缓冲区的q位置读取一个单位的数据 */
{
    int data;　　　　　　　　　　　　  //临时变量用来保存读取的数据
    if (fifo->free == fifo->size) {
        /* 此时全空，没有数据可读，返回-1；读取失败 */
        return -1;
    }　　　　　　　　　　　　　　　　   //有数据可读
    data = fifo->buf[fifo->q];　   //在q出读取一个数据
    fifo->q++;　　　　　　　　　　   //读取位置向后面移动一个
    if (fifo->q == fifo->size) {  //读到了buf尾
        fifo->q = 0;　　　　　　 　 //读入位置置0
    }
    fifo->free++;　　　　　　　　   //读取了一个，空闲+1
    return data;　　　　　　　　    //返回读取的数据
}
int fifo32_status(struct FIFO32 *fifo)
　　　/* 报告已经存储了多少数据 */
{    //缓冲区的大小减去空闲大小=占用大小
    return fifo->size - fifo->free;
}

FIFO结构体+FIFO.C

　　　　2、使用FIFO32修改键盘相关程序

void init_keyboard(struct FIFO32 *fifo, int data0)//键盘初始化
{
    /* 保存传入的两个参数到全局变量 */
    keyfifo = fifo;
    keydata0 = data0;
    /* 键盘控制器初始化 */
    wait_KBC_sendready();
    io_out8(PORT_KEYCMD, KEYCMD_WRITE_MODE);
    wait_KBC_sendready();
    io_out8(PORT_KEYDAT, KBC_MODE);
    return;
}
void inthandler21(int *esp)　　　　　　　　　　//键盘中断程序
{
    int data;
    io_out8(PIC0_OCW2, 0x61);    　　　　　　/* 设置PIC芯片信息，IRQ01使能 */
    data = io_in8(PORT_KEYDAT);   　　　　  //获取键盘读取的数据
    fifo32_put(keyfifo, data + keydata0);  //读取数据+256送到缓冲区中
    return;
}

　　　　3、用FIFO32修改鼠标相关程序

void enable_mouse(struct FIFO32 *fifo, int data0, struct MOUSE_DEC *mdec)
{
    /* 保存传入的参数到全局变量中 */
    mousefifo = fifo;
    mousedata0 = data0;
    /* 等待控制器准备完毕 */
    wait_KBC_sendready();
    io_out8(PORT_KEYCMD, KEYCMD_SENDTO_MOUSE);
    wait_KBC_sendready();
    io_out8(PORT_KEYDAT, MOUSECMD_ENABLE);
    /* 成功返回ACK(0xfa)鼠标初始化完毕 */
    mdec->phase = 0; 　　　　　　　　　　　　　/* 等待0xfa返回的阶段 */
    return;
}
void inthandler2c(int *esp)　　　　　　　　　//鼠标的中断程序
{
    int data;
    io_out8(PIC1_OCW2, 0x64);    　　　　　　/* PIC-01的IRQ12 */
    io_out8(PIC0_OCW2, 0x62);    　　　　　　/* PIC-00的IRQ02 */
    data = io_in8(PORT_KEYDAT);    　　　　//获取鼠标数据
    fifo32_put(mousefifo, data + mousedata0);//将数据+512写到FIFO中
    return;
}

　　　　4、用FIFO32修改定时器结构体

struct TIMER {
    unsigned int timeout, flags;
    struct FIFO32 *fifo;//加入了FIFO32缓冲区
    int data;
};
void inthandler20(int *esp)
{    //...调用写入函数，将数据写到FIFO缓冲区中。修改相应的传入参数即可
    fifo32_put(timerctl.timers[i]->fifo, timerctl.timers[i]->data);
    /...
}

　　　　5、性能再次测试

　　　　　　　　　　　　 在模拟器上比较 　　在真机上进行比较

- 　　harib10c： 0002638668 0074643595
- 　　harib10g： 0004587870 0099969263

　　　　（从上面的测试数据可以看到，精简了程序之后，速度获得了一定的提升）

harib10h：
　　加快中断处理（04）：timer_settime()是在中断禁止期间进行的，当面对多任务时，它会托掉很多时间。而且FIFO中用来存储定时器排序后地址的timers[]的排序和跟新也会浪费很多时间；为了解决这两个问题，我们使用链表来重新组织TIMER结构体，在结构体中加入NEXT指向下一个TIMER结构体，这样不用原来的timers[]一直进行排序等工作。
　　注---------------意：timer->next指的是下一个定时器的地址；timerctl.next指的是下一个定时器的超时时刻（下图是插入到定时器s和t中间的情况）

　　　　1、在TIMER结构体中加入next指向下一个TIMER结构体

struct TIMER {
    struct TIMER *next;//指向下一个TIMER结构体
    unsigned int timeout, flags;
    struct FIFO32 *fifo;
    int data;
};

　　　　2、修改定时器的中断处理程序

void inthandler20(int *esp) {
    int i;
    struct TIMER *timer;
    io_out8(PIC0_OCW2, 0x60);    /* PIC芯片的设置，使能IRQ-00*/
    timerctl.count++;       　　 //count++计数器
    if (timerctl.next > timerctl.count) {
        return;　　　　　　　　　　//count还没有计数到下一个时刻
    }
    timer = timerctl.t0; 　　　　/* 获取第一个TIMER结构体地址 */
    for (i = 0; i < timerctl.using; i++) {
        /* 对于每一个运行中的定时器 */
        if (timer->timeout > timerctl.count) {
        //此时退出获得第一个未超时的定时器
            break;
        }
        /* 这个时候超时 了。根据next向后再找，直到找到第一个未超时的 */
        timer->flags = TIMER_FLAGS_ALLOC;
        fifo32_put(timer->fifo, timer->data);
        timer = timer->next; 　　/* 下一个TIMER的地址 */
    }
    timerctl.using -= i;　　　　　//已经有i个超时了
    timerctl.t0 = timer;　　　　　//重新设定第一个结构体的地址

   　　 /* timerctl.next的设定 */
    if (timerctl.using > 0) {　　//有未超时（活动）的定时器
        //获得下一个
        timerctl.next = timerctl.t0->timeout;
    } else {
        //没有活动的定时器，回到初始化状态
        timerctl.next = 0xffffffff;
    }
    return;
}

　　　　3、修改timer_settime()函数

void timer_settime(struct TIMER *timer, unsigned int timeout)
{    　　//...................
    if (timerctl.using == 1) {
        /*情况一：只有这一个定时器；链表长度为1 */
        timerctl.t0 = timer;　　　　　　 //第一个定时器地址就是这个
        timer->next = 0; 　　　　　　　　 /* 没有下一个定时器了 */
        timerctl.next = timer->timeout;//下一个超时的时刻
        io_store_eflags(e);　　　　　　  //允许中断
        return;
    }
    t = timerctl.t0;　　　　　　　　　　　//第一块定时器地址
    if (timer->timeout <= t->timeout) {
        /* 情况二：加入的TIMER超时时刻比第一个TIMER小，加入到链表最前面 */
        timerctl.t0 = timer;　　　　　　//第一块定时器地址改为新加入的地址
        timer->next = t; 　　　　　　　　/* 下一个定时器是原来的第一块T */
        timerctl.next = timer->timeout;//跟新下一个超时的时刻
        io_store_eflags(e);　　　　　　 //允许中断
        return;
    }
   　　 /* 情况三：插入到中间位置 */
    for (;;) {
        s = t;
        t = t->next;
        if (t == 0) {
            break; 　　　　　　　　　　　/* 这是已经没有下一个了 */
        }
        if (timer->timeout <= t->timeout) {
            　　　　　　　　　　　　　　　/* timer超时时刻在t的前面 */
            s->next = timer; 　　　　  /* 跟新s的下一个定时器为timer */
            timer->next = t; 　　　　  /* timer的下一个定时器为t */
            io_store_eflags(e);　　   //允许中断
            return;
        }
    }
   　　 /* 情况四：插入到最后面 */
    s->next = timer;　　　　　　　　　　//timer直接放到s的后面
    timer->next = 0;　　　　　　　　　　//timer没有下一个
    io_store_eflags(e);　　　　　　　　//允许中断
    return;
}

harib10i：
　　使用“哨兵”简化程序：上一步中，在链表中插入一个TIMER一共有四种情况，下面我们初始化时，在末尾加上一个超时时刻为0xffff_ffff的定时器。让程序简化到两种情况：timer插入到链表头部和timer插入到中间位置。

　　　　1、在init_pit()中加入“哨兵”

void init_pit(void)
{    //......
    t = timer_alloc(); 　　　　　　  /* 分配“哨兵”的内存空间 */
    t->timeout = 0xffffffff;　　　　//“哨兵”超时时刻最大
    t->flags = TIMER_FLAGS_USING;  //哨兵FLAG，活动定时器
    t->next = 0; 　　　　　　　　　　 /* 没有最后一个，“哨兵”就是最后一个 */
    timerctl.t0 = t; 　　　　　　　　/* 链表的第一个地址 */
    timerctl.next = 0xffffffff;   /* 下一个超时时刻最大 */
    return;
}

　　　　2、timer_settime()修改

void timer_settime(struct TIMER *timer, unsigned int timeout)
{    //...这里只剩下两种情况 了
    if (timer->timeout <= t->timeout) {
        /* 情况二：插入到最前面 */
        timerctl.t0 = timer;
        timer->next = t; 
        timerctl.next = timer->timeout;
        io_store_eflags(e);
        return;
    }
   　　 /* 情况三：插入到S和T之间 */
    for (;;) {
        s = t;
        t = t->next;
        if (timer->timeout <= t->timeout) {
            s->next = timer; 
            timer->next = t; 
            io_store_eflags(e);
            return;
        }
    }
}

　　　　3、修改中断程序

void inthandler20(int *esp)
{
    struct TIMER *timer;
    io_out8(PIC0_OCW2, 0x60);    　　　　　　　　/* IRQ-00为PIC的中断口 */
    timerctl.count++;       　　　　　　　　 　　//计数器count++
    if (timerctl.next > timerctl.count) {
        return;    　　　　　　　　　　　　　　　　//下一个还没有超时，退出，不进行中断处理
    }
    timer = timerctl.t0; 　　　　　　　　　　　　/* 获得timer的首地址 */
    for (;;) {
        /* timers的flag都为USING */
        if (timer->timeout > timerctl.count) {
            break;　　　　　　　　　　　　　　　　//超时时刻大于当前时刻，没有超时
        }
        /* 超时了 */
        timer->flags = TIMER_FLAGS_ALLOC;　　//flag置已分配，调用timer_settime()才是USING 
        fifo32_put(timer->fifo, timer->data);//把数据写到缓冲区
        timer = timer->next; 　　　　　　　　　/* 下一个的地址 */
    }
    timerctl.t0 = timer;　　　　　　　　　　　　//跟新链表首地址
    timerctl.next = timer->timeout;　　　　　　//跟新下一个的超时时刻
    return;
}

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