本篇的内容围绕系统调用展开。为了让应用程序能够调用操作系统功能，引入了系统调用以及API的概念。首先实现了显示单个字符的API，让应用程序通过传递地址的方式进行调用；接下来又改进为通过中断的方式进行调用。在此基础上继续实现了显示字符串的API。
1. 显示单个字符的API：传递地址方式调用
应用程序调用操作系统功能，称为系统调用(system call)；而API是指应用程序与操作系统接口(application program interface)。
首先来实现显示单个字符的API。上一篇中显示字符的程序，我们改写成一个函数cons_putchar:
void cons_putchar(struct CONSOLE *cons, int chr, char move)
{
char s[2];
s[0] = chr;
s[1] = 0;
if (s[0] == 0x09) { /* tab */
for (;;)
{
putfonts8_asc_sht(cons->sht, cons->cur_x, cons->cur_y, COL8_FFFFFF, COL8_000000, " ", 1);
cons->cur_x += 8;
if (cons->cur_x == 8 + 240)
{
cons_newline(cons);
}
if (((cons->cur_x - 8) & 0x1f) == 0)
{
break;
}
}
}
else if (s[0] == 0x0a)
{
cons_newline(cons);
}
else if (s[0] == 0x0d)
{
}
else
{
putfonts8_asc_sht(cons->sht, cons->cur_x, cons->cur_y, COL8_FFFFFF, COL8_000000, s, 1);
if (move != 0)
{
cons->cur_x += 8;
if (cons->cur_x == 8 + 240)
{
cons_newline(cons);
}
}
}
return;
}
使用cons_putchar就可以输出单个字符。这样在应用程序中只需要调用cons_putchar就可以了。使用类似于下面的代码：
[BITS 32]
MOV AL,'A'
CALL (cons_putchar函数地址)
fin:
HLT
JMP fin
在汇编语言中，CALL指令与JMP指令类似，区别在于调用CALL指令时，为了能够在执行RET时正确返回，需要先将返回的目标地址PUSH到栈中。应用程序无法知道操作系统中函数的地址，因此这里不能在应用程序中直接调用cons_putchar函数，需要查到cons_putchar函数的地址后填写到应用程序的代码中。
又因为cons_putchar是C语言函数，将需要显示的字符通过写入寄存器的方式来进行参数传递，函数无法直接接收。因此这里还需要通过一个汇编语言函数将寄存器的值推入栈，再调用cons_putchar函数进行显示。
调用cons_putchar函数，需要传入cons变量的地址。应用程序当然无法知道这个地址，需要操作系统传递。这里将这个地址放在0x0fec中，在asm_cons_putchar函数中从0x0fec地址中获取。
void console_task(struct SHEET *sheet, unsigned int memtotal)
{
……
struct CONSOLE cons;
char cmdline[30];
cons.sht = sheet;
cons.cur_x = 8;
cons.cur_y = 28;
cons.cur_c = -1;
*((int *) 0x0fec) = (int) &cons;
……
_asm_cons_putchar:
PUSH 1
AND EAX,0xff ; EAX高位置0，EAC置为存入字符编码的状态
PUSH EAX
PUSH DWORD [0x0fec] ; 从0x0fec中读取cons地址并PUSH
CALL _cons_putchar ; 调用cons_putchar显示字符
ADD ESP,12 ; 丢弃栈中的数据
RET
到这里还没有完成，应用程序还不知道asm_cons_putchar的地址，无法对其进行调用。先运行make，会生成bootpack.map的文件，用文本编辑器打开，可以找到如下的行：
0x00000BE3 : _asm_cons_putchar
这就是asm_cons_putchar函数的地址，可以将其填入到应用程序中：
[BITS 32]
MOV AL,'A'
CALL 0xbe3
fin:
HLT
JMP fin
这样就可以运行应用程序了。在命令行中输入hlt并回车，却发现QEMU出错关闭了。
这是什么原因呢？
原来应用程序在对API执行CALL指令时需要加上段号。我们给应用程序设置的段号为1003，而操作系统的段位2，不能使用普通的CALL，而应使用fat-CALL。与far-JMP指令一样，fat-CALL指令需要指定段号和偏移量。相应地，RET指令也需要使用RETF来代替。
[BITS 32]
MOV AL,'A'
CALL 2*8:0xbe3
fin:
HLT
JMP fin
_asm_cons_putchar:
PUSH 1
AND EAX,0xff ; EAX高位置0，EAC置为存入字符编码的状态
PUSH EAX
PUSH DWORD [0x0fec] ; 从0x0fec中读取cons地址并PUSH
CALL _cons_putchar ; 调用cons_putchar显示字符
ADD ESP,12 ; 丢弃栈中的数据
RETF
这样修改之后再运行hlt，就可以正常显示了：
应用程序完成字符显示之后就进入了HLT循环，相当于就这样卡住了。是否能让其回到操作系统继续执行其他命令呢？
我们可以将HLT部分改成RET。前文使用JMP来运行应用程序，这里也需要改成CALL。
由于CALL调用的程序位于不同的段，其实是far-CALL，因此对应地也要使用RETF。首先编写一个函数farcall:
_farcall: ;void farcall(int eip, int cs);
CALL FAR [ESP + 4] ;eip, cs
RET
改写调用应用程序的部分如下：
void cmd_hlt(struct CONSOLE *cons, int *fat)
{
struct MEMMAN *memman = (struct MEMMAN *) MEMMAN_ADDR;
struct FILEINFO *finfo = file_search("HLT.HRB", (struct FILEINFO *) (ADR_DISKIMG + 0x002600), 224);
struct SEGMENT_DESCRIPTOR *gdt = (struct SEGMENT_DESCRIPTOR *) ADR_GDT;
char *p;
if (finfo != 0) {
p = (char *) memman_alloc_4k(memman, finfo->size);
file_loadfile(finfo->clustno, finfo->size, p, fat, (char *) (ADR_DISKIMG + 0x003e00));
set_segmdesc(gdt + 1003, finfo->size - 1, (int) p, AR_CODE32_ER);
farcall(0, 1003 * 8);// 用CALL代替JMP
memman_free_4k(memman, (int) p, finfo->size);
} else {
putfonts8_asc_sht(cons->sht, 8, cons->cur_y, COL8_FFFFFF, COL8_000000, "File not found.", 15);
cons_newline(cons);
}
cons_newline(cons);
return;
}
不过重新编译之后，asm_cons_putchar函数的地址发生了变化，对应修改应用程序中的地址：
[BITS 32]
MOV AL,'A'
CALL 2*8:0xbe8
RETF
这样运行结束后就可以退回到操作系统了。还可以显示一个简单的字符串：
[BITS 32]
MOV AL,'h'
CALL 2*8:0xbe8
MOV AL,'e'
CALL 2*8:0xbe8
MOV AL,'l'
CALL 2*8:0xbe8
MOV AL,'l'
CALL 2*8:0xbe8
MOV AL,'o'
CALL 2*8:0xbe8
RETF
2. 显示单个字符的API：中断方式调用
如上面所展示的，如果修改了操作系统的代码，相应函数的地址发生了变化，用这种通过地址调用的方式就总要修改应用程序的代码，这样会很麻烦。
为了解决这个问题，我们回想一下前面介绍过的中断处理函数。IDT中最多可以注册256个函数，出了IRQ0-15以外，还有很多空闲，我们可以从中找一个注册asm_cons_putchar函数。比如选择0x40号：
void init_gdtidt(void)
{
……
/* IDT设置 */
set_gatedesc(idt + 0x20, (int) asm_inthandler20, 2 * 8, AR_INTGATE32);
set_gatedesc(idt + 0x21, (int) asm_inthandler21, 2 * 8, AR_INTGATE32);
set_gatedesc(idt + 0x27, (int) asm_inthandler27, 2 * 8, AR_INTGATE32);
set_gatedesc(idt + 0x2c, (int) asm_inthandler2c, 2 * 8, AR_INTGATE32);
set_gatedesc(idt + 0x40, (int) asm_cons_putchar, 2 * 8, AR_INTGATE32);
……
}
这样只需要使用INT 40指令就可以调用asm_cons_putchar函数了，应用程序的代码可以修改如下：
[BITS 32]
MOV AL,'h'
INT 0x40
MOV AL,'e'
INT 0x40
MOV AL,'l'
INT 0x40
MOV AL,'l'
INT 0x40
MOV AL,'o'
INT 0x40
RETF
使用INT指令来调用asm_cons_putchar函数，会被视为中断处理，会自动调用CLI来禁止中断请求，而实际上这里并非中断，我们应该允许此时接收中断，因此在开头使用STI允许中断请求；返回指令也需要使用IRETD：
_asm_cons_putchar:
STI
PUSH 1
AND EAX,0xff
PUSH EAX
PUSH DWORD [0x0fec]
CALL _cons_putchar
ADD ESP,12 ;
IRETD
这样修改下来，应用程序就不用总是随着操作系统的修改而修改了。
3. 显示字符串的API
既然已经实现了显示单个字符的API，我们还可以更进一步，实现显示字符串的API，毕竟显示字符串的函数应用更多。显示字符串的API一般有两种实现方式：一种是依次显示字符串中的字符，直到’\0’结束；另一种是指定显示字符串的长度。
void cons_putstr0(struct CONSOLE *cons, char *s)
{
for (; *s != 0; s++) {
cons_putchar(cons, *s, 1);
}
return;
}
void cons_putstr1(struct CONSOLE *cons, char *s, int l)
{
int i;
for (i = 0; i < l; i++) {
cons_putchar(cons, s[i], 1);
}
return;
}
这样前文显示字符串的部分都可以用以上的函数进行替换了。
有了显示字符串的函数，如何变成API呢？还是采用注册中断函数的方法。不过中断号毕竟还是有限的，如果每个函数都注册一个中断号，中断号还是很容易就被占满的。这里我们可以仿照BIOS的调用，通过传入不同的功能号，只用一个INT就可以选择调用多个不同的函数了。
- 功能号1： 显示单个字符(AL = 字符编码)
- 功能号2： 显示字符串函数0(EBX = 字符串地址)
- 功能号3： 显示字符串1(EBX = 字符串地址，ECX = 字符串长度)
asm_cons_putcha修改为新的函数：
_asm_hrb_api:
STI
PUSHAD ; 用于保存寄存器的PUSH
PUSHAD ; 用于向hrb_api传值的PUSH
CALL _hrb_api
ADD ESP,32
POPAD
IRETD
处理函数hrb_api:
void hrb_api(int edi, int esi, int ebp, int esp, int ebx, int edx, int ecx, int eax)
{
struct CONSOLE *cons = (struct CONSOLE *) *((int *) 0x0fec);
if (edx == 1) {
cons_putchar(cons, eax & 0xff, 1);
} else if (edx == 2) {
cons_putstr0(cons, (char *) ebx);
} else if (edx == 3) {
cons_putstr1(cons, (char *) ebx, ecx);
}
return;
}
这样应用程序通过传入不同的功能号调用asm_hrb_api函数，hrb_api就会根据传入参数来选择不同的函数。再把IDT中的0x40号函数修改成asm_hrb_api函数就可以了。
参数变了，应用程序也需要进行改写一下：
[INSTRSET "i486p"]
[BITS 32]
MOV EDX,2
MOV EBX,msg
INT 0x40
RETF
msg:
DB "hello",0
运行结果如下：
并没有显示出任何内容？这是什么原因呢？下一篇我们来继续解决，敬请期待。
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