[OS]miniOS-Text-3

👉🏻 miniOS-Text-3에서는 화면 스크롤과 하드웨어 커서제어 구현입니다.
miniOS-Text-3 implements screen scrolling and hardware cursor control.

📁 코드 / Code

✔️ I/O 포트 제어 함수 / I/O port control functions

static inline void outb(word port, byte value) {
    __asm__ __volatile__("outb %0, %1" : : "a"(value), "Nd"(port));
}

1)VGA그래픽,키보드,마우스,PC스피커 일부기능 제어를 위해서 사용합니다.
It is used to control certain functions of the VGA graphics, keyboard, mouse, and PC speakers.

✔️ 스크롤 함수 / Scroll function

1) 0번째 줄을 1번 줄로 올리고 화면의 가장 위쪽 25번줄은 24번줄로 덮어쓰기
Shift line 0 up to line 1, and overwrite line 25—at the very top of the screen—with the contents of line 24.

    for (int i = 0; i < 24 * 80; i++) {
        vram[i] = vram[i + 80];
    }

A.지금 화면해상도는 가로 80글자 세로 25줄입니다.(0~24 = 25줄)
The current screen resolution is 80 characters wide by 25 lines high (0~24 = 25 lines).

B. vram[i + 80]는 복사할 값의 위치가 다음 줄의 동일한 위치임을 의미합니다.
vram[i + 80] means that the location of the value to be copied is at the same position on the next line.

C.즉 i = 80이면 1번 줄의 맨 첫 글자위치(vram[80])에 2번 줄의 맨 첫 글자( vram[160])값을 복사해서 넣습니다.
In other words, if i = 80, the value of the first character of the second row (vram[160]) is copied into the position of the first character of the first row (vram[80]).

D.이렇게하면 화면의 가장 위쪽 줄인 0번줄은 1번줄로 덮어쓰기 되고 가장 아랫줄 24번줄은 23번줄로 한 칸 올라오게됩니다.
By doing this, row 0—the topmost row on the screen—is overwritten by row 1, while row 24—the bottommost row—shifts up by one position, taking the place of row 23.

2)24번줄의 기존 데이터를 삭제하기
Delete the existing data in row 24

    for (int i = 24 * 80; i < 25 * 80; i++) {
        vram[i] = (0x0F << 8) | ' '; 
    }

A.i의 시작값이 23번째 줄 끝 부터 시작해서 24번째 줄 끝까지 한글자씩 글자지우기 반복
The initial value of i begins from the end of the 23rd line and proceeds through the end of the 24th line, with characters being deleted one by one in a repeating process.

B.비트연산(OR 연산) / Bitwise operation (OR operation)

  0000 1111 0000 0000  (0x0F가 왼쪽으로 8칸 이동한 값 / The value of 0x0F moved 8 spaces to the left)
| 0000 0000 0010 0000  (공백 문자/Whitespace character ' ' = 0x20)
----------------------
  0000 1111 0010 0000  (최종 16비트 완성 / Final 16-bit version complete)

a)0x0F = 15 = 0000 1111 이며 왼쪽으로 8비트 밀면 1111 0000 0000이 됩니다.
0x0F = 15 = 0000 1111; shifting it 8 bits to the left results in 1111 0000 0000.

b)0x20 = 32 = 0010 0000

c)최종적으로 16비트 값은 0000 1111 0010 0000 이 됩니다.
Ultimately, the 16-bit value becomes 0000 1111 0010 0000.

d)0000 1111 0010 0000 = 0x0F20 이고 0x0F은 상위바이트 0x20은 하위바이트입니다.
0000 1111 0010 0000 = 0x0F20, where 0x0F is the high byte and 0x20 is the low byte.

e)상위 바이트에는 글자는 흰색 배경은 검은색임을 의미하고 하위바이트는 공백임을 의미합니다.
The upper byte indicates that the characters are white on a black background, while the lower byte represents a space.

f)varm[i]즉 마지막 줄에는 2진수 값이 들어가고 상위바이트와 하위바이트를 속성으로 비디오 메모리가 인식합니다.
In the final line—varm[i]—a binary value is stored, and the video memory interprets this by treating the data as consisting of an upper byte and a lower byte.

g)핵심은 VGA 하드웨어가 비디오 메모리(0xB8000)의 16비트(2바이트) 공간을 반으로 나누어서 상위바이트는 속성으로 인식하고 하위바이트는 문자로 인식한다는 것입니다.
The key point is that the VGA hardware divides each 16-bit (2-byte) unit of video memory (starting at 0xB8000) into two halves: the upper byte is interpreted as an attribute, while the lower byte is interpreted as a character.

✔️ 커서 위치 셋팅하는 함수
A function that sets the cursor position

void update_cursor(int x, int y) {
    // 화면은 가로 80글자, 세로 25줄이므로 전체 위치(오프셋) 계산
    // Since the screen is 80 characters wide and 25 lines high, calculate the total position (offset)
    unsigned short cursorLocation = y * 80 + x;

    // 1. 커서 위치의 '하위 8비트'를 설정하기 위해 인덱스 0x0F 선택
    // Select index 0x0F to set the 'lower 8 bits' of the cursor position.
    outb(0x3D4, 0x0F);
    outb(0x3D5, (unsigned char)(cursorLocation & 0xFF));

    // 2. 커서 위치의 '상위 8비트'를 설정하기 위해 인덱스 0x0E 선택
    // Select index 0x0E to set the 'upper 8 bits' of the cursor position
    outb(0x3D4, 0x0E);
    outb(0x3D5, (unsigned char)((cursorLocation >> 8) & 0xFF));
}

1)현재 커서가 몇번째 칸에 있는지 계산 하기
Calculate the current cursor position

unsigned short cursorLocation = y * 80 + x;

2)VGA 인덱스(주소) 포트(0x3D4)에 0x0F(=15)값 셋팅( 0x0F는 하위비트 셋팅을 의미함)
Set the value 0x0F (=15) in the VGA index (address) port (0x3D4) (0x0F signifies the setting of the lower bits).

outb(0x3D4, 0x0F);

3)위에서 설정된 주소에 실제로 값을 할당
Actually assign a value to the address set above

outb(0x3D5, (unsigned char)(cursorLocation & 0xFF));

A.0xFF의 원래는 0x00FF 형태이지만 보통 앞의 00을 생략합니다.
While 0xFF is technically in the form 0x00FF, the leading 00 is typically omitted.

B. 이진수로 표현하면 0000 0000 1111 1111이 됩니다.
When expressed in binary, it becomes 0000 0000 1111 1111.

C.하위비트만 채워진 값이고 나중에 이 하위비트만 따로 뽑아서 사용 할 수 있습니다.
This value contains data only in the lower bits, and these lower bits can be extracted and used separately later.

D. cursorLocation과 0xFF를 비트연산(AND 연산)
Perform a bitwise AND operation on cursorLocation with 0xFF.

0000 0001 0101 1010  (cursorLocation = 0x015A)
& 0000 0000 1111 1111  (0xFF)
---------------------
  0000 0000 0101 1010  

결과: 앞의 상위 8비트는 0으로 날아가고, 뒤의 하위 8비트인 0x5A만 남음
Result: The first upper 8 bits are discarded as 0, and only the latter lower 8 bits, 0x5A, remain.

AND연산으로 상위비트는 0으로 만들고 하위비트는 그대로 유지합니다.
Using an AND operation, the upper bits are set to 0, while the lower bits are kept as they are.

💡 AND연산의 목적 / Purpose of the AND operation

1.필요한 부분만 남기고 나머지를 지우는 '마스크 작업'
'Masking'—a process of keeping only the necessary parts and erasing the rest

2.특정 비트의 상태를 확인하는 '추출 작업
An 'extraction operation' that checks the state of a specific bit

4)VGA 인덱스(주소) 포트(0x3D4)에 0x0E(=14)값 셋팅( 0x0E는 상위비트 셋팅을 의미함)
Set the value 0x0E (14) in the VGA index (address) port (0x3D4) — 0x0E signifies the setting of the high-order bits.

 outb(0x3D4, 0x0E);

5)위에서 설정된 주소에 실제로 값을 할당
Actually assign a value to the address set above

  outb(0x3D5, (unsigned char)((cursorLocation >> 8) & 0xFF));

A.(cursorLocation >> 8) & 0xFF)

1. 우측으로 8비트 이동 / Shift 8 bits to the right

AND operation with 0xFF
0000 0001 0101 1010  (cursorLocation = 0x015A)
--------------------- (>> 8비트 우측으로 이동 / Shift 8 bits to the right)
0000 0000 0000 0001  
결과: 상위 바이트였던 0x01이 아래로 내려옴
Result: 0x01, which was the upper byte, has moved down.

2.0xFF와 AND연산 / AND operation with 0xFF

  0000 0000 0000 0001  (8비트 우측이동한 값 / Value shifted 8 bits to the right)
& 0000 0000 1111 1111  (0xFF 마스크 / 0xFF mask)
---------------------
  0000 0000 0000 0001  결과/result: 0x01

💡 8비트 우측 이동만해도 상위비트는 0만 존재하지만 AND연산을 통해서 
   발생할 수 있는 예외사항의 발생을 막아 줍니다.

Even though an 8-bit right shift results in zeros in the upper bits, an AND operation is used to prevent any potential exceptions that might otherwise occur.

✔️ kernel_main 함수/function

                 // ✅ miniOS-Text-3
                 // 화면을 꽉 채웠는지 검사 (25줄 * 80글자 = 2000)
                 // Check if the screen is completely filled (25 lines * 80 characters = 2000)
                    if (cursor >= 2000) {
                        // 스크롤 후 갱신된 커서 위치를 다시 받아옴
                        // Retrieve the updated cursor position after scrolling
                        cursor = scroll_screen(); 
                    }
                    
                    // ✅ miniOS-Text-3
                    // 커서 좌표 계산해서 하드웨어 커서 업데이트 
                    // Calculate cursor coordinates and update the hardware cursor
                    // (x = cursor % 80, y = cursor / 80)
                    update_cursor(cursor % 80, cursor / 80);

A.25 * 80 = 2000 , 글자입력이 전체화면을 초과하면 전체 한줄 밀어올리기(scroll_screen())
25 * 80 = 2000; if text input exceeds the full screen, shift everything up by one line (scroll_screen()).

B.커서위치를 업데이트 / Update the cursor position

a)cursor % 80은 x좌표로 cursor를 80으로 나눈 나머지 값으로 왼쪽으로부터 몇번째 칸인지를 계산합니다.
cursor % 80 calculates the x-coordinate—specifically, the position from the left—by taking the remainder of the cursor value when divided by 80.

b)나머지가 5라면 왼쪽으로 부터 5번째 칸이 됩니다.
If the remainder is 5, it corresponds to the 5th space from the left.

c)cursor / 80은 y좌표로 cursor가 160인 경우 80으로 나누면 2가 됩니다.
Dividing the y-coordinate—in this case, 160—by 80 results in 2.

d)배열은 0번 부터 시작하므로 3번째 줄이됩니다.
Since arrays start from index 0, this corresponds to the third row.

📁 테스트 / Test

스크린샷 / ScreenShot

마태복음 21장 22절 / Matthew 21: 22

“너희가 기도할 때에 무엇이든지 믿고 구하는 것은 다 받으리라 하시니라”

“And everything you ask in prayer, believing, you will receive.”