Bochs: VESA Bios Extensions - Electronica

Bochs: VESA Bios Extensions
Alejandro Furfaro
Técnicas Digitales III
Mayo de 2011
Alejandro Furfaro (Departamento de Electrónica) Bochs: VESA Bios Extensions
Ciclo lectivo 2011
1 / 15
Temario
1
2
Vistazo General
Programación de las extensiones
g/FCEyN-Logo.jpg
Alejandro Furfaro (Departamento de Electrónica) Bochs: VESA Bios Extensions
../img/lgban.g
Ciclo lectivo 2011
2 / 15
Vistazo General
Introducción
El VGA BIOS de Bochs soporta, por extensión, la especificación VBE
(VESA BIOS Extensions).
Bochs solo emula VGA a nivel de hardware. En caso de habilitarse
puede emular una tarjeta gráfica Cirrus, pero sin las extensiones VBE.
En general emula una tarjeta de video simple que pueda manejarse
con el VBE BIOS.
La ventaja de esto es que si estamos corriendo nuestro kernel en
Bochs (o en QEMU que también usa la VGA BIOS de Bochs)
podemos acceder a este hardware emulado para setear modos de
video directamente sin usar las VBE (acción que requiere entre otras
cosas trabajar en modo real)
g/FCEyN-Logo.jpg
Alejandro Furfaro (Departamento de Electrónica) Bochs: VESA Bios Extensions
../img/lgban.g
Ciclo lectivo 2011
3 / 15
Programación de las extensiones
Internals
El hardware de gráficos emulado de bochs (de ahora en mas
denominado BGA por Bochs Graphics Adaptor) se accede a través de
dos ports de E/S de 16 bits cada uno.
El primero es un registro ı́ndice y en segundo un registro de datos.
(Esto es similar a como VGA maneja sus registros).
A través de estos ports podemos habilitar o deshabilitar las
extensiones VBE, cambiar la resolución de la pantalla y la
profundidad de bits, y manejar una mayor pantalla virtual.
Hay seis versiones de BGA (0xB0C0 a 0xB0C5), pero si estamos
utilizando las últimas versiones de bochs solo nos debemos preocupar
de la última (0xB0C5).
Los fuentes de Bochs definen en vga.h, ubicado en el subdirectorio
iodev/, un número de defines que son muy útiles para programar el
BGA. Los nombres de esos defines inician todos con el prefijo
g/FCEyN-Logo.jpg
../img/lgban.g
VBE DISPI.
Alejandro Furfaro (Departamento de Electrónica) Bochs: VESA Bios Extensions
Ciclo lectivo 2011
4 / 15
Programación de las extensiones
Escribir y Leer Registros
Para escribir un par ı́ndice/dato a un registro BGA se debe:
1
Escribir el valor del ı́ndice en el port de 16 bits
#d e f i n e VBE DISPI IOPORT INDEX
2
0 x01CE
Escribir el valor del dato en el port de 16 bits
#d e f i n e VBE DISPI IOPORT DATA
0 x01CF
BGA soporta 10 valores diferentes de ı́ndice (0 a 9):
#d e f i n e
#d e f i n e
#d e f i n e
#d e f i n e
#d e f i n e
#d e f i n e
#d e f i n e
#d e f i n e
g/FCEyN-Logo.jpg
#d e f i n e
#d e f i n e
VBE
VBE
VBE
VBE
VBE
VBE
VBE
VBE
VBE
VBE
DISPI INDEX ID
DISPI INDEX XRES
DISPI INDEX YRES
DISPI INDEX BPP
DISPI INDEX ENABLE
DISPI INDEX BANK
DISPI INDEX VIRT WIDTH
DISPI INDEX VIRT HEIGHT
DISPI INDEX X OFFSET
DISPI INDEX Y OFFSET
Alejandro Furfaro (Departamento de Electrónica) Bochs: VESA Bios Extensions
0 x0
0 x1
0 x2
0 x3
0 x4
0 x5
0 x6
0 x7
0 x8
0 x9
../img/lgban.g
Ciclo lectivo 2011
5 / 15
Programación de las extensiones
Escribir y leer Registros
Para acceder a un registro, primero hay que escribir su valor ı́ndice en
VBE DISPI IOPORT INDEX (0x01CE), para luego sı́ leer o escribir el valor
de 16 bits de VBE DISPI IOPORT DATA (0x01CF). El valor retornado
depende del registro especı́fico que se requiere.
Para cambiar el contenido de los registros 1 a 3
(VBE DISPI INDEX XRES, VBE DISPI INDEX YRES,
VBE DISPI INDEX BPP) deben antes deshabilitarse las extensiones
VBE.
Para ello se escribe el valor VBE DISPI DISABLED (0x00) en el
ı́ndice VBE DISPI INDEX ENABLE (4).
Los cambios no son visibles sino hasta que las extensiones VBE
vuelvan a estar habilitadas.
Para ello, escribimos el valor VBE DISPI ENABLED (0x01) al mismo
../img/lgban.g
ı́ndice.
g/FCEyN-Logo.jpg
Alejandro Furfaro (Departamento de Electrónica) Bochs: VESA Bios Extensions
Ciclo lectivo 2011
6 / 15
Programación de las extensiones
codigo básico
v o i d B g a W r i t e R e g i s t e r ( unsigned s h o r t I n d e x V a l u e ,
unsigned s h o r t D a t a V a l u e )
{
outpw ( VBE DISPI IOPORT INDEX , I n d e x V a l u e ) ;
outpw ( VBE DISPI IOPORT DATA , D a t a V a l u e ) ;
}
unsigned s h o r t B g a R e a d R e g i s t e r ( unsigned s h o r t
IndexValue )
{
outpw ( VBE DISPI IOPORT INDEX , I n d e x V a l u e ) ;
r e t u r n inpw ( VBE DISPI IOPORT DATA ) ;
}
g/FCEyN-Logo.jpg
Alejandro Furfaro (Departamento de Electrónica) Bochs: VESA Bios Extensions
../img/lgban.g
Ciclo lectivo 2011
7 / 15
Programación de las extensiones
Check de disponibilidad
Para comprobar si está disponible el BGA, puede leerse el valor del
VBE DISPI INDEX ID (0). Si el valor leı́do es VBE DISPI ID5 (0xB0C5),
significa que está presente la última versión de BGA. Si retorna 0xB0C0 a
0xB0C3, tenemos una versión bastante vieja de bochs y del VGA BIOS de
Bochs.
Si por alguna razón se necesita emular una versión vieja de BGA, pdemos
en VBE DISPI INDEX ID (0), la versión exacta que se quiere conseguir. Si
el comando se aplica con éxito, solo resta leer el registro nuevamente para
comprobar si el valor que se seteó corresponde al valor enviado. Si este
truco se ejecuta desde las aplicaciones y desde el kernel, puede romper la
compatibiidad de Bochs VBE BIOS, que simpre espera encontrar la última
versión.
i n t B g a I s A v a i l a b l e ( void )
{
r e t u r n ( B g a R e a d R e g i s t e r ( VBE DISPI INDEX ID)==VBE DISPI ID4 ) ;
g/FCEyN-Logo.jpg
../img/lgban.g
}
Alejandro Furfaro (Departamento de Electrónica) Bochs: VESA Bios Extensions
Ciclo lectivo 2011
8 / 15
Programación de las extensiones
Resolución y profundidad de bits
Antes de empezar hay que fijar la resolución y la profundidad de bits:
1
2
3
4
5
Deshabilitar las extensiones.
Escribir la resolución X en VBE DISPI INDEX XRES.
Escribir la resolución Y en VBE DISPI INDEX YRES.
Escribir la profundidad de bits en VBE DISPI INDEX BPP.
Habilitar otra vez las extensiones.
BGA es una emulación, no es hardware real. Las resoluciones máximas
llegan a 1024, 1600, o 2560 en X (VBE DISPI MAX XRES) y 768, 1200
o 1600 en Y VBE DISPI MAX YRES). Depende de la versión de bochs.
#d e f i n e VBE DISPI MAX XRES
#d e f i n e VBE DISPI MAX YRES
2560
1600
Los valores posibles para profundidad de bits, son:
#d e f i n e
#d e f i n e
#d e f i n e
#d e f i n e
g/FCEyN-Logo.jpg
#d e f i n e
#d e f i n e
VBE
VBE
VBE
VBE
VBE
VBE
DISPI
DISPI
DISPI
DISPI
DISPI
DISPI
BPP
BPP
BPP
BPP
BPP
BPP
4
8
15
16
24
32
Alejandro Furfaro (Departamento de Electrónica) Bochs: VESA Bios Extensions
0 x04
0 x08
0 x0F
0 x10
0 x18
0 x20
../img/lgban.g
Ciclo lectivo 2011
9 / 15
Programación de las extensiones
Layout de la Memoria de Video
Hay un layout particular para cada valor de profundidad de bits.
Cualquiera sea el modo, el primer byte de memoria corresponde al
pixel superior izquierdo de la pantalla.
En general para un pixel de coordenadas (x,y), la dirección de
memoria se calcula mediante
(y ∗ VBE DISPI INDEX XRES + x) ∗ factor
, donde factor depende directamente del valor de profundidad de bits
configurado.
g/FCEyN-Logo.jpg
Alejandro Furfaro (Departamento de Electrónica) Bochs: VESA Bios Extensions
../img/lgban.g
Ciclo lectivo 2011
10 / 15
Programación de las extensiones
Layout de la Memoria de Video
4BPP Se conoce como modo paleta. El color del pixel se representa
mediante 4 bits (16 colores máximo). Estos bits seleccionan
el color de fondo en el DAC del controlador
8BPP Puede establecer uno de 256 colores de una paleta de 8 bits,
o puede coresponder a un tono e gris si la imagen es
monocromática.
15BPP Cada pixel se representa con tres grupos de 5 bits, y el bit
mas significativo que serı́a el No 16 se descarta.
g/FCEyN-Logo.jpg
Alejandro Furfaro (Departamento de Electrónica) Bochs: VESA Bios Extensions
../img/lgban.g
Ciclo lectivo 2011
11 / 15
Programación de las extensiones
Layout de la Memoria de Video
16BPP Cada pixel se representa con dos grupos de 5 bits, el campo
del color verde tiene 6bits.
24BPP Cada pixel es un grupo de 3 bytes
32BPP Cada pixel se representa con tres grupos de 16, y el byte mas
significativo se descarta.
g/FCEyN-Logo.jpg
Alejandro Furfaro (Departamento de Electrónica) Bochs: VESA Bios Extensions
../img/lgban.g
Ciclo lectivo 2011
12 / 15
Programación de las extensiones
Modos de memoria
Modo por bancos.
Es el modo default. Cuando se habilitan las VBE extensions, y no se
le indica nada en contrario, boschs habilita este modo, que implica
tratar a cada área de memoria como un banco de a lo sumo 64
Kbytes, a partir de la dirección 0xA0000. (Ambos definidos en vga.h)
#d e f i n e VBE DISPI BANK ADDRESS
#d e f i n e VBE DISPI BANK SIZE KB
0 xA0000
64
Para seleccionar el número de banco de 64K con el que queremos
trabajar se escribe el número de banco en VBE DISPI INDEX BANK,
que como vimos le corresponde el Index 5, dentro de los registros
internos del controlador.
v o i d BgaSetBank ( u n s i g n e d s h o r t BankNumber )
{
B g a W r i t e R e g i s t e r ( VBE DISPI INDEX BANK , BankNumber ) ;
g/FCEyN-Logo.jpg
}
Alejandro Furfaro (Departamento de Electrónica) Bochs: VESA Bios Extensions
Ciclo lectivo 2011
../img/lgban.g
13 / 15
Programación de las extensiones
Modos de memoria
Modo Linear Frame Buffer
En este modo toda la memoria de video es un gran buffer a partir de la direccoión
lineal 0xE0000000.
#d e f i n e VBE DISPI LFB PHYSICAL ADDRESS
0 xE0000000
Para habilitar LFB, se usa el flag VBE DISPI LFB ENABLED (0x40), cuando se
habilitan las extensiones VBE (de modo que escribir un valor igual a
VBE DISPI ENABLED |VBE DSPI LFB ENABLED (0x41)).
v o i d BgaSetVideoMode ( u n s i g n e d i n t Width , u n s i g n e d i n t H e i g h t ,
unsigned i n t BitDepth , i n t UseLinearFrameBuffer ,
i n t ClearVideoMemory )
{
B g a W r i t e R e g i s t e r ( VBE DISPI INDEX ENABLE , VBE DISPI DISABLED ) ;
B g a W r i t e R e g i s t e r ( VBE DISPI INDEX XRES , Width ) ;
B g a W r i t e R e g i s t e r ( VBE DISPI INDEX YRES , H e i g h t ) ;
B g a W r i t e R e g i s t e r ( VBE DISPI INDEX BPP , B i t D e p t h ) ;
B g a W r i t e R e g i s t e r ( VBE DISPI INDEX ENABLE , VBE DISPI ENABLED |
( U s e L i n e a r F r a m e B u f f e r ? VBE DISPI LFB ENABLED : 0 ) |
( C l e a r V i d e o M e m o r y ? 0 : VBE DISPI NOCLEARMEM ) ) ;
g/FCEyN-Logo.jpg
../img/lgban.g
}
Alejandro Furfaro (Departamento de Electrónica) Bochs: VESA Bios Extensions
Ciclo lectivo 2011
14 / 15
Programación de las extensiones
misceláneos
Limpiando la memoria de video Cuando habilita las extensiones VBE, bochs limpia la
mameoria (léase, pone todos sus bytes en 0). Para evitar que esto
ocurra, se puede usar el flag VBE DISPI NOCLEARMEM (0x80) justo
alñ habilitar estas extensiones. Ası́ se pùede escribir el valor de
VBE DISPI ENABLED |VBE DISPI NOCLEARMEM (0x81) para modo
por Bancos, y VBE DISPI ENABLED |VBE DISPI LFB ENABLED
|VBE DISPI NOCLEARMEM (0xC1) para Linear Frame Buffer.
Conociendo las capacidades De la simple tarea de examinar el código de bochs [:O]
(iodev/vga.c), puede verse que enviando el valor VBE DISPI GETCAPS
al index VBE DISPI INDEX ENABLE hace que los campos
VBE DISPI INDEX (XRES / YRES / BPP) retornen cuando se los lee
en lugar de sus valores actuales, sus valores máximos (capacidad
máxima).
8-bit DAC La paleta por default del DAC es de 3x6 bits, retornando de este modo
un valor entre 0 y 63 por cada color. Seteando el bit
VBE DISPI 8BIT DAC en VBE DISPI INDEX ENABLE cambia a 3x8
bits y convierte la paleta a los valores apropiados. Reseteando el bit
g/FCEyN-Logo.jpg
../img/lgban.g
todo vuelve a atrás otra vez.
Alejandro Furfaro (Departamento de Electrónica) Bochs: VESA Bios Extensions
Ciclo lectivo 2011
15 / 15