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6種圖層混合模式圖解

科技 更新时间:2024-12-25 09:57:06

6種圖層混合模式圖解(疊加圖層處理30天自制操作系統學習筆記)1

内存管理2

現在bootpack.c中寫了很多memory功能

把他們獨立出來

新建:memory.c(具體代碼查看10_day\harib07a文件夾)

#include "bootpack.h" #define EFLAGS_AC_BIT 0x00040000 #define CR0_CACHE_DISABLE 0x60000000 unsigned int memtest(unsigned int start, unsigned int end){ ....代碼省略 } void memman_init(struct MEMMAN *man){ ....代碼省略 } unsigned int memman_total(struct MEMMAN *man){ ....代碼省略 } unsigned int memman_alloc(struct MEMMAN *man, unsigned int size){ ....代碼省略 } int memman_free(struct MEMMAN *man, unsigned int addr, unsigned int size){ ....代碼省略 }

6種圖層混合模式圖解(疊加圖層處理30天自制操作系統學習筆記)2

内存管理功能有小bug,反複進行内存分配和釋放後,很快消耗殆盡

  • 因此編寫以0x1000字節(4kb)為單位進行内存分配和釋放的函數
  • 它們會把指定的内存大小按0x1000字節為單位向上舍入

更新:memory.c

....代碼省略 unsigned int memman_alloc_4k(struct MEMMAN *man, unsigned int size) { unsigned int a; size = (size 0xfff) & 0xfffff000; a = memman_alloc(man, size); return a; } int memman_free_4k(struct MEMMAN *man, unsigned int addr, unsigned int size) { int i; size = (size 0xfff) & 0xfffff000; i = memman_free(man, addr, size); return i; }

什麼是向下舍入(round down)?

  • 把123元以10元為單位進行向下舍入,就是120元;
  • 把456 元以100元為單位進行向下舍入,就是400元
  • 把0x12345678以0x1000為單位進行向下舍入,就是 0x12345000
  • 二進制下,想把某位變為0,隻要進行“與運算”就可以
  • 十六進制下,想把某一位設置為0,同樣隻進行“與運 算”就可以。 0x12345678 & 0xfffff000 = 0x12345000
  • 變量i中的數字以0x1000為單位進行向下舍入: i = i & 0xfffff000
  • 變量i中的數字以0x10為單位向下舍入:i =i & 0xfffffff0

什麼是向上舍入(round up)?

  • 把123元以10元為單位進行向上舍入, 就是130元
  • 把456 元以100元為單位進行向下舍入,就是500元
  • 把0x12345678以0x1000為單位進行向下舍入,就是 0x12346000
  • 變量i中的數字以0x1000為單位進行向上舍入:if ((i & 0xfff) ! = 0) { i = (i & 0xfffff000) 0x1000;}

優化向上舍入

  • 進一步優化為 i = (i 0xfff) & 0xfffff000;
  • 實際上這是“加上0xfff後進行向下舍入”的運算
  • 相當于456元加上99元是555元,再向下舍入後就是 500元了
  • 相當于400元加上99元是499元,再進行向下舍入,結果是400元。

本書中采用的是優化版

6種圖層混合模式圖解(疊加圖層處理30天自制操作系統學習筆記)3

疊加處理

疊加的意思是透明圖層疊加:鼠标層,窗口層,桌面層,壁紙層

struct SHEET { unsigned char *buf; int bxsize, bysize, vx0, vy0, col_inv, height, flags; }

  • SHEET = 透明圖層
  • *buf(buffer)是用來記錄圖層上所描畫内容的地址
  • bxsize bysize 表示圖層大小
  • vx0 vy0表示圖層在畫面上位置的坐标
  • col_inv表示透明色色号
  • height表示圖層高度
  • Flags用于存放有關 圖層的各種設定信息

創建多圖層管理結構

#define MAX_SHEETS 256 struct SHTCTL { unsigned char *vram; int xsize, ysize, top; struct SHEET *sheets[MAX_SHEETS]; struct SHEET sheets0[MAX_SHEETS]; };

  • SHTCTL結構體,其名稱來源于sheet control的略語,意思是“圖層管理”
  • MAX_SHEETS是能夠管理的最大圖層數,這個值設為 256應該夠用了
  • vram代表VRAM的地址
  • xsize、ysize代表畫面的大小
  • top代表最上面圖層的高度
  • sheets0這個結構體用于存放我們準備 的256個圖層的信息,由于sheets0中的圖層順序混亂,所以 我們把它們按照高度進行升序排列,然後将其地址寫入sheets中
  • 僅sheets0的部分大小就有32× 256=8 192,即8KB,再加上sheets的話,就超過了9KB。對于空間需要如此大的變量,使用memman_alloc_4k來分配内存空間

6種圖層混合模式圖解(疊加圖層處理30天自制操作系統學習筆記)4

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新建:sheet.c

struct SHTCTL *shtctl_init(struct MEMMAN *memman, unsigned char *vram, int xsize, int ysize) { struct SHTCTL *ctl; int i; ctl = (struct SHTCTL *) memman_alloc_4k(memman, sizeof (struct SHTCTL)); if (ctl == 0) { goto err; } ctl->vram = vram; ctl->xsize = xsize; ctl->ysize = ysize; ctl->top = -1; /*一個SHEET沒都有 */ for (i = 0; i < MAX_SHEETS; i ) { ctl->sheets0[i].flags = 0; /* 标記為未使用 *// } err: return ctl; }

這段程序作用:

  • 首先使用memman_alloc_4k來分配用于記憶圖層 控制變量的内存空間,使用sizeof(struct SHTCTL)這種寫法,讓C編譯器自動計算。
  • 接着,我們給控制變量賦值,給其下的所有圖層變量都加上“未使用”标簽

6種圖層混合模式圖解(疊加圖層處理30天自制操作系統學習筆記)6

更新:sheet.c

#define SHEET_USE 1 struct SHEET *sheet_alloc(struct SHTCTL *ctl) { struct SHEET *sht; int i; for (i = 0; i < MAX_SHEETS; i ) { if (ctl->sheets0[i].flags == 0) { sht = &ctl->sheets0[i]; sht->flags = SHEET_USE; /* 标記為正在使用*/ sht->height = -1; /* 隐藏 */ return sht; } } return 0; /* 所有的SHEET都處于正在使用狀态*/ }

這段代碼作用:取得新生成的未使用圖層

  • 在sheets0[ ]中尋找未使用的圖層,如果找到了,就将其标記為“正在使用”,并返回其地址
  • 高度設為-1,表示 圖層的高度還沒有設置,因而不是顯示對象
  • &ctl—>sheets0[i]是“ctl—>sheets0[i]的地址”的意思。指的是&(ctl—>sheets0[i]),而不是(&ctl)—> sheets0[i]。

更新:sheet,c

void sheet_setbuf(struct SHEET *sht, unsigned char *buf, int xsize, int ysize, int col_inv) { sht->buf = buf; sht->bxsize = xsize; sht->bysize = ysize; sht->col_inv = col_inv; return; }

設定圖層的緩沖區大小和透明色的函數

更新:sheet.c

設定底闆高度的函數

void sheet_updown(struct SHTCTL *ctl, struct SHEET *sht, int height) { int h, old = sht->height; /* 存儲設置前的高度信息 */ /* 如果指定的高度過高或過低,則進行修正 */ if (height > ctl->top 1) { height = ctl->top 1; } if (height < -1) { height = -1; } sht->height = height; /* 設定高度 */ /* 下面主要是進行sheets[ ]的重新排列 */ if (old > height) { /* 比以前低 */ if (height >= 0) { /* 把中間的往上提 */ for (h = old; h > height; h--) { ctl->sheets[h] = ctl->sheets[h - 1]; ctl->sheets[h]->height = h; } ctl->sheets[height] = sht; } else { /* 隐藏 */ if (ctl->top > old) { /* 把上面的降下來 */ for (h = old; h < ctl->top; h ) { ctl->sheets[h] = ctl->sheets[h 1]; ctl->sheets[h]->height = h; } } ctl->top--; /* 由于顯示中的圖層減少了一個,所以最上面的圖層高度下降 */ } sheet_refresh(ctl); /* 按新圖層的信息重新繪制畫面 */ } else if (old < height) { /* 比以前高 */ if (old >= 0) { /* 把中間的拉下去 */ for (h = old; h < height; h ) { ctl->sheets[h] = ctl->sheets[h 1]; ctl->sheets[h]->height = h; } ctl->sheets[height] = sht; } else { /* 由隐藏狀态轉為顯示狀态 */ /* 将已在上面的提上來 */ for (h = ctl->top; h >= height; h--) { ctl->sheets[h 1] = ctl->sheets[h]; ctl->sheets[h 1]->height = h 1; } ctl->sheets[height] = sht; ctl->top ; /* 由于已顯示的圖層增加了1個,所以最上面的圖層高度增加 */ } sheet_refresh(ctl); /* 按新圖層信息重新繪制畫面 */ } return; }

ctl—>sheets[h] —>height = h;

(* (*ctl).sheets[h]).height = h;

struct SHEET *sht2; sht2 = ctl->sheets[h]; sht2 -> height = h;

三段代碼同一個意思,縮寫而已。

更新:sheet.c

void sheet_refresh(struct SHTCTL *ctl) { int h, bx, by, vx, vy; unsigned char *buf, c, *vram = ctl->vram; struct SHEET *sht; for (h = 0; h <= ctl->top; h ) { sht = ctl->sheets[h]; buf = sht->buf; for (by = 0; by < sht->bysize; by ) { vy = sht->vy0 by; for (bx = 0; bx < sht->bxsize; bx ) { vx = sht->vx0 bx; c = buf[by * sht->bxsize bx]; if (c != sht->col_inv) { vram[vy * ctl->xsize vx] = c; } } } } return; }

sheet_refresh函數會從下到上描繪所有的圖層。refresh是“刷新”的意思,電視屏幕就是在1秒内完成多幀的描繪才做出動畫效果

對于已設定了高度的所有圖層而言,要從下往上,将透明以外的所有像素都複制到VRAM中。由于是從下開始複制,所以最後最上面的内容就留在了畫面上。

更新:sheet.c

void sheet_slide(struct SHTCTL *ctl, struct SHEET *sht, int vx0, int vy0) { sht->vx0 = vx0; sht->vy0 = vy0; if (sht->height >= 0) { /* 如果正在顯示*/ sheet_refresh(ctl); /* 按新圖層的信息刷新畫面 */ } return; }

sheet_slide:不改變圖層高度而隻上下左右移動圖層的函數。slide原意是“滑動”,這裡指上下左右移動圖層

更新:sheet.c

void sheet_free(struct SHTCTL *ctl, struct SHEET *sht) { if (sht->height >= 0) { sheet_updown(ctl, sht, -1); /* 如果處于顯示狀态,則先設定為隐藏 */ } sht->flags = 0; /* "未使用"标志 */ return; }

sheet_free是釋放已使用圖層的内存的函數

sheet.c功能暫時寫這些

添加到bootpack.c中

void HariMain(void) { (中略) struct SHTCTL *shtctl; struct SHEET *sht_back, *sht_mouse; unsigned char *buf_back, buf_mouse[256]; (中略) init_palette(); shtctl = shtctl_init(memman, binfo->vram, binfo->scrnx, binfo->scrny); sht_back = sheet_alloc(shtctl); sht_mouse = sheet_alloc(shtctl); buf_back = (unsigned char *) memman_alloc_4k(memman, binfo->scrnx * binfo->scrny); sheet_setbuf(sht_back, buf_back, binfo->scrnx, binfo->scrny, -1); /* 沒有透明色 */ sheet_setbuf(sht_mouse, buf_mouse, 16, 16, 99); /* 透明色号99 */ init_screen8(buf_back, binfo->scrnx, binfo->scrny); init_mouse_cursor8(buf_mouse, 99); /* 背景色号99 */ sheet_slide(shtctl, sht_back, 0, 0); mx = (binfo->scrnx - 16) / 2; /* 按顯示在畫面中央來計算坐标 */ my = (binfo->scrny - 28 - 16) / 2; sheet_slide(shtctl, sht_mouse, mx, my); sheet_updown(shtctl, sht_back, 0); sheet_updown(shtctl, sht_mouse, 1); sprintf(s, "(=, =)", mx, my); putfonts8_asc(buf_back, binfo->scrnx, 0, 0, COL8_FFFFFF, s); sprintf(s, "memory %dMB free : %dKB", memtotal / (1024 * 1024), memman_total(memman) / 1024); putfonts8_asc(buf_back, binfo->scrnx, 0, 32, COL8_FFFFFF, s); sheet_refresh(shtctl); for (;;) { io_cli(); if (fifo8_status(&keyfifo) fifo8_status(&mousefifo) == 0) { io_stihlt(); } else { if (fifo8_status(&keyfifo) != 0) { i = fifo8_get(&keyfifo); io_sti(); sprintf(s, "X", i); boxfill8(buf_back, binfo->scrnx, COL8_008484, 0, 16, 15, 31); putfonts8_asc(buf_back, binfo->scrnx, 0, 16, COL8_FFFFFF, s); sheet_refresh(shtctl); } else if (fifo8_status(&mousefifo) != 0) { i = fifo8_get(&mousefifo); io_sti(); if (mouse_decode(&mdec, i) != 0) { /* 因為已得到3字節的數據所以顯示 */ sprintf(s, "[lcr M M]", mdec.x, mdec.y); if ((mdec.btn & 0x01) != 0) { s[1] = 'L'; } if ((mdec.btn & 0x02) != 0) { s[3] = 'R'; } if ((mdec.btn & 0x04) != 0) { s[2] = 'C'; } boxfill8(buf_back, binfo->scrnx, COL8_008484, 32, 16, 32 15 * 8 - 1, 31); putfonts8_asc(buf_back, binfo->scrnx, 32, 16, COL8_FFFFFF, s); /* 移動光标 */ mx = mdec.x; my = mdec.y; if (mx < 0) { mx = 0; } if (my < 0) { my = 0; } if (mx > binfo->scrnx - 16) { mx = binfo->scrnx - 16; } if (my > binfo->scrny - 16) { my = binfo->scrny - 16; } sprintf(s, "(=, =)", mx, my); boxfill8(buf_back, binfo->scrnx, COL8_008484, 0, 0, 79, 15); /* 消坐标 */ putfonts8_asc(buf_back, binfo->scrnx, 0, 0, COL8_FFFFFF, s); /* 寫坐标 */ sheet_slide(shtctl, sht_mouse, mx, my); /* 包含sheet_refresh含sheet_refresh */ } } } } }

準備了2個圖層,分别是sht_back和sht_mouse,準備了2個緩沖區, buf_back和buf_mouse,用于在其中描繪圖形。以前我們指定為binfo —> vram的部分,現在有很多都改成了buf_back。而且每次修改緩沖區之後都要刷新。

測試:cmd,輸入make run文件夾:10_day\harib07b

6種圖層混合模式圖解(疊加圖層處理30天自制操作系統學習筆記)7

鼠标實現了透明

6種圖層混合模式圖解(疊加圖層處理30天自制操作系統學習筆記)8

  • bug1:反應慢
  • bug2:閃一閃
提高疊加處理速度

1.如何提高鼠标反應速度?

鼠标圖标16x16=256個像素,隻要鼠标稍微移動,程序就會對整個畫面進行刷新,屏幕像素=320x200=64 000個像素。這就是反應慢的問題點,所以能否隻刷新一小部分呢?

更新:sheet.c

void sheet_refreshsub(struct SHTCTL *ctl, int vx0, int vy0, int vx1, int vy1) { int h, bx, by, vx, vy; unsigned char *buf, c, *vram = ctl->vram; struct SHEET *sht; for (h = 0; h <= ctl->top; h ) { sht = ctl->sheets[h]; buf = sht->buf; for (by = 0; by < sht->bysize; by ) { vy = sht->vy0 by; for (bx = 0; bx < sht->bxsize; bx ) { vx = sht->vx0 bx; if (vx0 <= vx && vx < vx1 && vy0 <= vy && vy < vy1) { c = buf[by * sht->bxsize bx]; if (c != sht->col_inv) { vram[vy * ctl->xsize vx] = c; } } } } } return; }

sheet_refreshsub和sheet_refresh一樣,唯一區别是使用vx0~ vy1指定刷新的範圍,而我們隻追加了一個if語句就實現了這個新功能。

&&運算符是把多個條件關系式連接起來的運算符。當用它連接的所有 條件都滿足時,就執行{ }中的程序;隻要有一個條件不滿足,就不執行

“ ||”也是把多個條件關系式連接起來的運算符,不過由它連接 的各個條件,隻要其中一個滿足了,就執行{ }中的程序

條件“vx大于等于vx0且小于vx1”可以用數學式vx0 <= vx < vx1來表達, 但在C語言中不能這樣寫,我們隻能寫成 vx0 <= vx && vx < vx1。

更新:sheet.c

void sheet_slide(struct SHTCTL *ctl, struct SHEET *sht, int vx0, int vy0) { int old_vx0 = sht->vx0, old_vy0 = sht->vy0; sht->vx0 = vx0; sht->vy0 = vy0; if (sht->height >= 0) { /* 如果正在顯示,則按新圖層的信息刷新畫面 */ sheet_refreshsub(ctl, old_vx0, old_vy0, old_vx0 sht->bxsize, old_vy0 sht->bysize); sheet_refreshsub(ctl, vx0, vy0, vx0 sht->bxsize, vy0 sht->bysize); } return; }

這段程序所做的是:

  • 首先記住移動前的顯示位置,
  • 再設定新的顯示位置,
  • 最後隻要重新描繪移動前和移動後的地方就可以了

除了鼠标移動,還有文字刷新問題20個文字,8x16=2560個像素,但每次都要刷新整個屏幕,所以這也需要修改

更新:sheet.c

void sheet_refresh(struct SHTCTL *ctl, struct SHEET *sht, int bx0, int by0, int bx1, int by1) { if (sht->height >= 0) { /* 如果正在顯示,則按新圖層的信息刷新畫面*/ sheet_refreshsub(ctl, sht->vx0 bx0, sht->vy0 by0, sht->vx0 bx1, sht->vy0 by1); } return; }

所謂指定範圍,并不是直接指定畫面内的坐标,而是以緩沖區内的坐标來表示。這樣一來,HariMain就可以不考慮圖層在畫面中的位置了。

更新:sheet.c

void sheet_updown(struct SHTCTL *ctl, struct SHEET *sht, int height){ ....代碼自行腦補 sheet_refreshsub(ctl, sht->vx0, sht->vy0, sht->vx0 sht->bxsize, sht->vy0 sht->bysize); }

更新bootpack.c

void HariMain(void) { (中略) sprintf(s, "(=, =)", mx, my); putfonts8_asc(buf_back, binfo->scrnx, 0, 0, COL8_FFFFFF, s); sprintf(s, "memory %dMB free : %dKB", memtotal / (1024 * 1024), memman_total(memman) / 1024); putfonts8_asc(buf_back, binfo->scrnx, 0, 32, COL8_FFFFFF, s); sheet_refresh(shtctl, sht_back, 0, 0, binfo->scrnx, 48); /* 這裡! */ for (;;) { io_cli(); if (fifo8_status(&keyfifo) fifo8_status(&mousefifo) == 0) { io_stihlt(); } else { if (fifo8_status(&keyfifo) != 0) {(中略) sheet_refresh(shtctl, sht_back, 0, 16, 16, 32); /* 這裡! */ } else if (fifo8_status(&mousefifo) != 0) { i = fifo8_get(&mousefifo); io_sti(); if (mouse_decode(&mdec, i) != 0) { (中略) boxfill8(buf_back, binfo->scrnx, COL8_008484, 32, 16, 32 15 * 8 - 1, 31); putfonts8_asc(buf_back, binfo->scrnx, 32, 16, COL8_FFFFFF, s); sheet_refresh(shtctl, sht_back, 32, 16, 32 15 * 8, 32); /* 這裡! */ (中略) sprintf(s, "(=, =)", mx, my); boxfill8(buf_back, binfo->scrnx, COL8_008484, 0, 0, 79, 15); /* 消去坐标 */ putfonts8_asc(buf_back, binfo->scrnx, 0, 0, COL8_FFFFFF, s); /* 寫出坐标 */ sheet_refresh(shtctl, sht_back, 0, 0, 80, 16); /* 這裡! */ sheet_slide(shtctl, sht_mouse, mx, my); } } } } }

改寫了sheet_refresh,變更點共有4個。隻有每次要往 buf_back中寫入信息時,才進行sheet_refresh

提高疊加處理速度2

鼠标和文字相交部分也是可以進行優化

sheet.c文件中void sheet_refreshsub()即便隻刷新圖層的一部分,也要對所有圖層的全部 像素執行if語句。而對于刷新範圍以外的部分,就算執行if判斷語句,最後也不會進行刷新,所以這純粹就是一種浪費。既然如此,我們最初就應該把for語句的範圍限定在刷新範圍之内

更新:sheet.c

void sheet_refreshsub(struct SHTCTL *ctl, int vx0, int vy0, int vx1, int vy1) { int h, bx, by, vx, vy, bx0, by0, bx1, by1; unsigned char *buf, c, *vram = ctl->vram; struct SHEET *sht; for (h = 0; h <= ctl->top; h ) { sht = ctl->sheets[h]; buf = sht->buf; /* 使用vx0~vy1,對bx0~by1進行倒推/ bx0 = vx0 - sht->vx0; by0 = vy0 - sht->vy0; bx1 = vx1 - sht->vx0; by1 = vy1 - sht->vy0; if (bx0 < 0) { bx0 = 0; } /* 說明(1) */ if (by0 < 0) { by0 = 0; } if (bx1 > sht->bxsize) { bx1 = sht->bxsize; } /* 說明(2) */ if (by1 > sht->bysize) { by1 = sht->bysize; } for (by = by0; by < by1; by ) { vy = sht->vy0 by; for (bx = bx0; bx < bx1; bx ) { vx = sht->vx0 bx; c = buf[by * sht->bxsize bx]; if (c != sht->col_inv) { vram[vy * ctl->xsize vx] = c; } } } } return; }

bx在for語句中并不是在0到bxsize之間循環,而是在 bx0到bx1之間循環(對于by也一樣)。

而bx0和bx1都是從刷新範圍“倒推”求得的。倒推公式: vx = sht->vx0 bx; → bx = vx - sht->vx0; 計算vx0的坐标相當于bx中的哪個位置,然後把它作為bx0。其他的坐标處理方法也一樣。

測試:鼠标速度确實提高了

鼠标這裡涉及到圖層以及刷新,優化方法。需要慢慢細品

6種圖層混合模式圖解(疊加圖層處理30天自制操作系統學習筆記)9

洗洗睡了!

6種圖層混合模式圖解(疊加圖層處理30天自制操作系統學習筆記)10

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