关于显示器选择，大家给提个意见。

fenglee2000 2002-12-23 11:20:13
我想买一个17寸显示器，价格大约在1400元左右。初步看好MAG796FDII。
□ 显像管: 17"(16.00可视范围)美格珑三代显像管，防耀目，防静电，防反射
□ 点距: 0.25mm
□ 同步率: 行频：30-96kHz 场频：50-160kHz
□ 最大分辨率: 1600*1200@75Hz
□ 带宽: 最大203MHz
大家给个意见，还有没有更好的？请把价格写上！先谢了！
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fenglee2000 2003-02-23
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奇怪我早就结贴了，分虽然少但是已经发下去了，怎么还是0分。不明白！
jcgfh 2003-01-17
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我是个卖电脑的，卖的显示器也很多，我个人觉得你说的这款显示器不怎么样
现在的美格的质量大不如以前。说句实在的，现在因价格大战所有品牌的显示器都不如以前，就连我也不知道什么好了。我觉得现在的显示器质量都差不多，都多少有写些问题，主要看那家的服务好，美格的售后服务也不行，老是让客户自己送维修中心。
fenglee2000 2003-01-17
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我研究了好一阵子，看了很多评测报告，也实地看了一下显示器。我觉得现在要买一台称心如意的显示器真的很难。不过我看电脑报和电脑爱好者的年度推荐，都是ｐｈｉｌｉｐｓ１０７ｐ。
我同事刚刚买了一台ＣＴＸＤＦＸ９１００Ｍ２（钻石珑Ｍ２显现管），就是现在所谓的美丽珑。我测了一下，马马虎虎，没有广告说得好。四角文字汇聚不齐，顶端有轻微偏色（不过不严重，实际应用中看不出来），呼吸效应控制的还是比较好的，最要命的是它的文字汇聚真是不怎么样文字明显发虚（８５ＨＺ和１００ＨＺ的刷新率都试过）。不过看ＶＣＤ玩游戏到是很爽。综合下来，我看现在买１９寸的还不如买一台极品１７寸的。
WeCanDo 2003-01-16
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CTX DFX9100M2 2150大洋
fenglee2000 2003-01-16
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我看了一下这款显示器的参数，应该还是不错的。
显像管：三菱钻石珑
屏幕尺寸，偏转角度：19"
点距（MM）：0.25mm
视频带宽（MHz）：232MHz
还有什么？
fenglee2000 2003-01-16
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我看了一下这款显示器的参数，应该还是不错的。
显像管：三菱钻石珑
屏幕尺寸，偏转角度：19"
点距（MM）：0.25mm
视频带宽（MHz）：232MHz
还有什么？
fenglee2000 2003-01-15
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现在有什么１９寸的显示器，性价比比较高的。
slhuang 2003-01-13
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另外，如果你真的有钱就买那个 CTX的吧。很酷。
slhuang 2003-01-13
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LG 795FT PLUS
220hz
价钱要1500多吧。
但性能很好。是属于上档货了。，：）
fenglee2000 2003-01-12
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我在很多论坛上看到许多人对美格的骂声，说美格的不好，垃圾云云。主要说美格的质量不是很过关。返修率很高。请问是真的吗？
fenglee2000 2003-01-12
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可是我这儿没有DELL现货买的。要买还要邮寄。
kaple 2003-01-10
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推荐你DELL P780，比同类型的SONY要便宜多了，我现在就用这款感觉不错
fenglee2000 2003-01-10
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现在我真的很想买一个MAG796FDII，不过它价格下跌的太厉害了，是不是商家玩的猫腻？会不会偷工减料？希望用过MAG796FDII的朋友，帮我解决我的顾虑。
shikai 2003-01-09
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由于现在各大显示器厂家的显示器参数基本相同，所以我的意见是只要是分辨率能上1024*768 刷新率85Hz 符合TCO99就可以。剩下的只有外形和你自己的对显示的效果感觉，关键还是你自己。
fenglee2000 2003-01-08
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大家说PHILIP107P4怎么样。
atir300 2002-12-27
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我个人觉得mag的东西不这么样了现在
要是我买的话,我会买ctx的pr705f
sony得管子,175得带宽

还有neso得也不错得
fenglee2000 2002-12-27
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那么你给推荐一个怎样？
coffeebike 2002-12-27
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兄弟，我觉得这个价钱，还是买个19‘的吧，写起程序来看代码那个方便啊，没得说了，爽
HITGB 2002-12-27
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液晶
fenglee2000 2002-12-27
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可是我现在很是穷，只能买个这样价位的了。
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基于AT89S52 单片的频率计
第1 页共27 页 1 概述 频率计的基本原理是用一个频率稳定度高的频率源作为基准时钟，对比测 量其他信号的频率。通常情况下计算每秒内待测信号的脉冲个数，此时我们称 闸门时间为1 秒。闸门时间也可以大于或小于一秒。闸门时间越长，得到的频 率值就越准确，但闸门时间越长则没测一次频率的间隔就越长。闸门时间越 短，测的频率值刷新就越快，但测得的频率精度就受影响本文。数字频率计是 用数字显示被测信号频率的仪器，被测信号可以是正弦波，方波或其它周期性 变化的信号。因此，数字频率计是一种应用很广泛的仪器 电子系统非常广泛的应用领域内，到处可见到处理离散信息的数字电路。 数字电路制造工业的进步，使得系统设计人员能在更小的空间内实现更多的功 能，从而提高系统可靠性和速度。 集成电路的类型很多，从大的方面可以分为模拟电路和数字集成电路2 大 类。数字集成电路广泛用于计算机、控制与测量系统，以及其它电子设备中。 一般说来，数字系统中运行的电信号，其大小往往并不改变，但在实践分布上 却有着严格的要求，这是数字电路的一个特点。 2 系统的总体设计： 2.1 原理设计 本频率计的设计以AT89S52 单片机为核心，利用它内部的定时/计数器完成 待测信号周期/频率的测量。单片机AT89S52 内部具有2 个16 位定时/计数器, 定时/计数器的工作可以由编程来实现定时、计数和产生计数溢出中断要求的功 能。在构成为定时器时,每个机器周期加1 (使用12MHz 时钟时,每1us 加1)，这 样以机器周期为基准可以用来测量时间间隔。在构成为计数器时,在相应的外部 引脚发生从1 到0 的跳变时计数器加1，这样在计数闸门的控制下可以用来测 量待测信号的频率。外部输入每个机器周期被采样一次，这样检测一次从1 到0 的跳变至少需要2 个机器周期(24 个振荡周期) ,所以最大计数速率为时钟频率 的1/24 (使用12MHz 时钟时,最大计数速率为500 KHz) 。定时/计数器的工作由 相应的运行控制位TR 控制,当TR 置1 ,定时/计数器开始计数;当TR 清0 ,停止计 数。设计综合考虑了频率测量精度和测量反应时间的要求。例如当要求频率测 量结果为4 位有效数字,这时如果待测信号的频率为1Hz ，则计数闸门宽度必须 大于1000s。为了兼顾频率测量精度和测量反应时间的要求,把测量工作分为两 种方法。当待测信号的频率大于等于2Hz 时,定时/ 计数器构成为计数器，以机 器周期为基准,由软件产生计数闸门,这时要满足频率测量结果为4 位有效数字, 则计数闸门宽度大于1s 即可。当待测信号的频率小于2Hz 时，定时/ 计数器构 成为定时器,由频率计的予处理电路把待测信号变成方波,方波宽度等于待测信号 的周期。用方波作计数闸门，完全满足测量精度的要求。 频率计的量程自动切换在使用计数方法实现频率测量时，这时外部的待测信 号为定时/ 计数器的计数源，利用定时器实现计数闸门。频率计的工作过程为： 首先定时/计数器T0 的计数寄存器设置一定的值,运行控制位TR0 置1，启动定 时/ 计数器0；利用定时器0 来控制1S 的定时，同时定时/计数器T1 对外部的待 第2 页共27 页 测信号进行计数,定时结束时TR1 清0 ,停止计数；最后从计数寄存器读出测量数 据，在完成数据处理后，由显示电路显示测量结果。在使用定时方法实现频率测 量时,这时外部的待测信号通过频率计的予处理电路变成宽度等于待测信号周期 的方波，该方波同样加至定时/ 计数器1 的输入脚。这时频率计的工作过程为: 首先定时/ 计数器1 的计数寄存器清0 ,然后检测到方波的第二个下降沿是否加 至定时/ 计数器的输入脚；当判定下降沿加至定时/计数器的输入脚，运行控制位 TR0 置1 ,启动定时/计数器T0 对单片机的机器周期的计数，同时检测方波的第 三个下降沿；当判定检测到第三个下降沿时TR0 清0 ，停止计数，然后从计数 寄存器T0 读出测量数据，在完成数据处理后，由显示电路显示测量结果。测量 结果的显示格式采用科学计数法,即有效数字乘以10 为底的幂。这里设计的频 率计用4 位数码管显示测量结果。 定时方法实现频率测量。定时方法测量的是待测信号的周期，这种方法只设 一种量程，测量结果通过浮点数运算模块将信号周期转换成对应的频率值,再将 结果送去显示。这样无论采用何种方式，只要完成一次测量即可,频率计自动开 始下一个测量循环,因此该频率计具有连续测量的功能,同时实现量程的自动转 换。 数字频率计的硬件框图如图2.1 所示。 由此可以看出该频率计主要由八部分组成，分别是： (1)待测信号的放大整形电路 因为数字频率计的测量范围为峰值电压在一定电压范围内的频率发生频率 发生周期性变化的信号，因待测信号的不规则，不能直接送入FPGA 芯片中处 理，所以应该首先对待测信号进行放大、降压、与整形等一系列处理。 (2)分频电路 将处理过的信号4 分频，这样可以将频率计的测量范围扩大4 倍。 (3)逻辑控制 控制是利用计数还是即时检测待测信号的频率。 (4)脉冲计数/定时 根据逻辑控制对待测信号计数或定时。将计数或定时得到的数据直接输入 数据处理部分。 第3 页共27 页 (5)数据处理 根据脉冲计数部分送过来的数据产生一个控制信号，送入脉冲定时部分， 如果用计数就可以得到比较精确的频率，就将这个频率值直接送入显示译码部 分。 (6)显示译码 将测量值转换成七段译码数据，送入显示电路。 (7)显示电路 通过4 个LED 数码管将测得的频率值显示给用户。 (8)系统软件 包括测量初始化模块、显示模块、信号频率测量模块、量程自动转换模 块、信号周期测量模块、定时器中断服务模块、浮点数格式化模块、浮点数算 术运算模块、浮点数到BCD 码转换模块。 由于数据处理、脉冲计数/定时、逻辑控制和显示译码都是在单片机里完成 的，所以我们可以把系统分为以下几个模块：数据处理电路、显示电路、待测信 号产生电路、待测信号整形放大电路，电源电路。 2.2 主要开发工具和平台 2.2.1 原理图和印刷电路板图设计开发工具：PROTEL DXP Protel DXP 是第一套完整的板卡级设计系统，真正实现在单个应用程序中的 集成。设计从一开始的目的就是为了支持整个设计过程，Protel DXP 让你可以 选择最适当的设计途径来按你想要的方式工作。Protel DXP PCB 线路图设计系 图2.1 数字频率计的硬件框图 显示译码 待测信号的放大整形电路 数据处理逻辑控制 脉冲计数/定时 显示电路 待测波输入 分频电路 第4 页共27 页 统完全利用了Windows XP 和Windows 2000 平台的优势，具有改进的稳定性、 增强的图形功能和超强的用户界面。 Protel DXP 是一个单个的应用程序，能够提供从概念到完成板卡设计项目的 所有功能要求，其集成程度在PCB 设计行业中前所未见。Protel DXP 采用一种 新的方法来进行板卡设计，使你能够享受极大的自由，从而能够使你在设计的 不同阶段随意转换，按你正常的设计流量进行工作。 Protel DXP 拥有：分级线路图设计、Spice 3f5 混合电路模拟、完全支持线路 图基础上的FPGA 设计、设计前和设计后的信号线传输效应分析、规则驱动的 板卡设计和编辑、自动布线和完整CAM 输出能力等。 在嵌入式设计部分，增强了JTAG 器件的实时显示功能，增强型基于FPGA 的逻辑分析仪，可以支持32 位或64 位的信号输入。除了现有的多种处理器内核 外，还增强了对更多的32 位微处理器的支持，可以使嵌入式软件设计在软处理 器， FPGA 内部嵌入的硬处理器， 分立处理器之间无缝的迁移。使用了 Wishbone 开放总线连接器允许在FPGA 上实现的逻辑模块可以透明的连接到各 种处理器上。引入了以FPGA 为目标的虚拟仪器，当其与LiveDesign-enabled 硬 件平台NanoBoard 结合时，用户可以快速、交互地实现和调试基于FPGA 的设 计，可以更换各种FPGA 子板,支持更多的FPGA 器件。 2.2.2 单片机程序设计开发工具：KEIL C51 keil c51 是美国Keil Software 公司出品的51 系列兼容单片机C 语言软件开发 系统，和汇编相比，C 在功能上、结构性、可读性、可维护性上有明显的优 势，因而易学易用。 Keil c51 软件提供丰富的库函数和功能强大的集成开发调试工具，全 Windows 界面。另外重要的一点，只要看一下编译后生成的汇编代码，就能体 会到keil c51 生成的目标代码效率非常之高，多数语句生成的汇编代码很紧凑， 容易理解。在开发大型软件时更能体现高级语言的优势。 Keil C51 可以完成编辑、编译、连接、调试、仿真等整个开发流程。开发人 员可用IDE 本身或其它编辑器编辑C 或汇编源文件，然后分别有C51 及A51 编 辑器编译连接生成单片机可执行的二进制文件（.HEX），然后通过单片机的烧 写软件将HEX 文件烧入单片机内。3 2.2.3 单片机仿真软件：PROTEUS Proteus 是目前最好的模拟单片机外围器件的工具。可以仿真51 系列、 AVR，PIC 等常用的MCU 及其外围电路（如LCD，RAM，ROM，键盘，马 达，LED，AD/DA，部分SPI 器件，部分IIC 器件，...） 其实proteus 与 multisim 比较类似，只不过它可以仿真MCU！唯一的缺点，软件仿真精度有 限，而且不可能所有的器件都找得到相应的仿真模型。 使用keil c51 v7.50 + proteus 6.7 可以像使用仿真器一样调试程序，可以完全 仿真单步调试，进入中断等各种调试方案。 Proteus 与其它单片机仿真软件不同的是，它不仅能仿真单片机CPU 的工 作情况，也能仿真单片机外围电路或没有单片机参与的其它电路的工作情况。 因此在仿真和程序调试时，关心的不再是某些语句执行时单片机寄存器和存储 器内容的改变，而是从工程的角度直接看程序运行和电路工作的过程和结果。 对于这样的仿真实验，从某种意义上讲，是弥补了实验和工程应用间脱节的矛 第5 页共27 页 盾和现象。 3 系统详细设计： 3.1 硬件设计 3.1.1 数据处理电路 ( 1 ) 中央处理模块的功能： 直接采集待测信号，将分两种情况计算待测信号的频率： 如果频率比较高，在一秒内对待测信号就行计数。 如果频率比较低，在待测信号的一个周期内对单片机的工作频率进行计数。 将得到的频率值通过显示译码后直接送入显示电路，显示给用户 ( 2 ) 电路需要解决的问题 单片机最小系统板电路的组建，单片机程序下载接口和外围电路的接口。 单片机最小系统板的组建： ①单片机的起振电路作用与选择： 单片机的起振电路是有晶振和两个小电容组成的。 晶振的作用：它结合单片机内部的电路，产生单片机所必须的时钟频率，单 片机的一切指令的执行都是建立在这个基础上的，晶振的提供的时钟频率越 高，那单片机的运行速度也就越快。MCS-51 一般晶振的选择范围为1～ 24MHz，但是单片机对时间的要求比较高，能够精确的定时一秒，所以也是为了 方便计算我们选择12MHz 的晶振。 晶振两边的电容：晶振的标称值在测试时有一个“负载电容”的条件，在工 作时满足这个条件，振荡频率才与标称值一致。一般来讲，有低负载电容（串 联谐振晶体），高负载电容（并联谐振晶体）之分。在电路上的特征为：晶振 串一只电容跨接在IC 两只脚上的，则为串联谐振型；一只脚接IC，一只脚接地 的，则为并联型。如确实没有原型号，需要代用的可采取串联谐振型电路上的 电容再并一个电容，并联谐振电路上串一只电容的措施。单片机晶振旁的2 个 电容是晶体的匹配电容，只有在外部所接电容为匹配电容的情况下，振荡频率 才能保证在标称频率附近的误差范围内。 最好按照所提供的数据来，如果没有，一般是30pF 左右。太小了不容易起 振。这里我们选择30pF 的瓷片电容。我们选择并联型电路如图3.1 所示。 ②单片机的复位电路： 2 1 Y1 12Mz C2 30pF C1 30pF XTAL1 XTAL2 图3.1 第6 页共27 页 影响单片机系统运行稳定性的因素可大体分为外因和内因两部分: 外因：即射频干扰，它是以空间电磁场的形式传递在机器内部的导体（引线 或零件引脚）感生出相应的干扰，可通过电磁屏蔽和合理的布线/器件布局衰减 该类干扰；电源线或电源内部产生的干扰，它是通过电源线或电源内的部件耦 合或直接传导，可通过电源滤波、隔离等措施来衰减该类干扰。 内因：振荡源的稳定性，主要由起振时间频率稳定度和占空比稳定度决定 起振时间可由电路参数整定稳定度受振荡器类型温度和电压等参数影响复位电 路的可靠性。 复位电路的基本功能是：系统上电时提供复位信号，直至系统电源稳定 后，撤销复位信号。为可靠起见，电源稳定后还要经一定的延时才撤销复位信 号，以防电源开关或电源插头分-合过程中引起的抖动而影响复位。 为了方便我们选择RC 复位电路可以实现上述基本功能如图3.2 所示。 但是该电路解决不了电源毛刺（A 点）和电源缓慢下降（电池电压不足）等 问题而且调整RC 常数改变延时会令驱动能力变差。增加Ch 可避免高频谐波 对电路的干扰。 复位电路增加了二极管，在电源电压瞬间下降时使电容迅速放电，一定宽 度的电源毛刺也可令系统可靠复位。 在选择元器件大小时，正脉冲有效宽度 2 个机器周期就可以有效的复位， 一般选择C3 为0.1uF 的独石电容，R1 为1K 的电阻，正脉冲有效宽度为： ln10*R1*C3=230>2，即可以该电路可以产生有效复位。 ( 3 ) 程序下载线接口： AT89S52 自带有isp 功能，ISP 的全名为In System Programming，即在线编 程通俗的讲就是编MCU 从系统目标系统中移出在结合系统中一系列内部的硬 件资源可实的远程编程。 ISP 功能的优点： ①在系统中编程不需要移出微控制器。 ②不需并行编程器仅需用P15，P16 和P17，这三个IO 仅仅是下载程序的时 候使用，并不影响程序的使用。 ③结合上位机软件免费就可实现PC 对其编程硬件电路连接简单如图3.3 所 示。 104 C3 1K R1 S1 VCC D1 1N4007 RESET Ch 0.1uF 图3.2 复位电路 第7 页共27 页 系统复位时，单片机检查状态字节中的内容。如果状态字为0，则转去0000H 地址开始执行程序这是用户程序的正常起始地址。如果状态字不0， 则将引导 向量的值作为程序计数器的高8 位，低8 位固定为00H，若引导向量为FCH， 则程序计数器内容为FC00H 即程序转到FC00H 地址开始执行而ISP 服务程序 就是从，FC00H 处开始的那么也就是进入了ISP 状态了，接下来就可以用PC 机 的ISP 软件对单片机进行编程了。 ( 4 ) 去耦电容 好的高频去耦电容可以去除高到1GHZ 的高频成份。陶瓷片电容或多层陶瓷 电容的高频特性较好。 设计印刷线路板时，每个集成电路的电源，地之间都要加一个去耦电容。 去耦电容有两个作用：一方面是本集成电路的蓄能电容，提供和吸收该集成电 路开门关门瞬间的充放电能；另一方面旁路掉该器件的高频噪声。数字电路中 典型的去耦电容为0.1uf 的去耦电容有5nH 分布电感，它的并行共振频率大约在 7MHz 左右，也就是说对于10MHz 以下的噪声有较好的去耦作用，对40MHz 以 上的噪声几乎不起作用。 1uf，10uf 电容，并行共振频率在20MHz 以上，去除高频率噪声的效果要好 一些。在电源进入印刷板的地方和一个1uf 或10uf 的去高频电容往往是有利 的，即使是用电池供电的系统也需要这种电容。 每10 片左右的集成电路要加一片充放电电容，或称为蓄放电容，电容大小 可选10uf。最好不用电解电容，电解电容是两层溥膜卷起来的，这种卷起来的 结构在高频时表现为电感，最好使用胆电容或聚碳酸酝电容。 去耦电容值的选取并不严格，可按C=1/f 计算；即10MHz 取0.1uf，对微控 制器构成的系统，取0.1~0.01uf 之间都可以。 从电路来说，总是存在驱动的源和被驱动的负载。如果负载电容比较大， 驱动电路要把电容充电、放电，才能完成信号的跳变，在上升沿比较陡峭的时 候，电流比较大，这样驱动的电流就会吸收很大的电源电流，由于电路中的电 感，电阻（特别是芯片管脚上的电感，会产生反弹），这种电流相对于正常情 况来说实际上就是一种噪声，会影响前级的正常工作。这就是耦合。 去藕电容就是起到一个电池的作用，满足驱动电路电流的变化，避免相互 间的耦合干扰。 旁路电容实际也是去藕合的，只是旁路电容一般是指高频旁路，也就是给 高频的开关噪声提高一条低阻抗泄防途径。高频旁路电容一般比较小，根据谐 振频率一般是0.1u，0.01u 等，而去耦合电容一般比较大，是10u 或者更大，依 据电路中分布参数，以及驱动电流的变化大小来确定。 去耦和旁路都可以看作滤波。正如ppxp 所说，去耦电容相当于电池，避免 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 P6 P17 P16 RESET P15 GND GND VCC 图3.3 程序下载线接口 第8 页共27 页 由于电流的突变而使电压下降，相当于滤纹波。具体容值可以根据电流的大 小、期望的纹波大小、作用时间的大小来计算。去耦电容一般都很大，对更高 频率的噪声，基本无效。旁路电容就是针对高频来的，也就是利用了电容的频 率阻抗特性。电容一般都可以看成一个RLC 串联模型。在某个频率，会发生谐 振，此时电容的阻抗就等于其ESR。如果看电容的频率阻抗曲线图，就会发现 一般都是一个V 形的曲线。具体曲线与电容的介质有关，所以选择旁路电容还 要考虑电容的介质，一个比较保险的方法就是多并几个电容。去耦电容在集成 电路电源和地之间的有两个作用：一方面是本集成电路的蓄能电容，另一方面 旁路掉该器件的高频噪声。数字电路中典型的去耦电容值是0.1μF。这个电容的 分布电感的典型值是5μH。0.1μF 的去耦电容有5μH 的分布电感，它的并行共振 频率大约在7MHz 左右，也就是说，对于10MHz 以下的噪声有较好的去耦效 果，对40MHz 以上的噪声几乎不起作用。1μF、10μF 的电容，并行共振频率在 20MHz 以上，去除高频噪声的效果要好一些。每10 片左右集成电路要加一片充 放电电容，或1 个蓄能电容，可选10μF 左右。最好不用电解电容，电解电容是 两层薄膜卷起来的，这种卷起来的结构在高频时表现为电感。要使用钽电容或 聚碳酸酯电容。去耦电容的选用并不严格，可按C=1/F，即10MHz 取0.1μF， 100MHz 取0.01μF，电路图如图3.4 所示。 ⑸单片机与外界的接口 显示电路的段选使用P0 口，P0 口是属于TTL 电路，不能靠输出控制P0 口 的高低电平，需要上拉电阻才能实现。 由于单片机不能直接驱动4 个数码管的显示，需要数码管的驱动电路，驱动 电路采用NPN 型的三极管组成，即上拉电阻又有第二个作用，驱动晶体管，晶 体管又分为PNP 和NPN 管两种情况：对于NPN，毫无疑问NPN 管是高电平有 效的，因此上拉电阻的阻值用2K——20K 之间的，具体的大小还要看晶体管的 集电极接的是什么负载，对于数码管负载，由于发管电流很小，因此上拉电阻 的阻值可以用20k 的，但是对于管子的集电极为继电器负载时，由于集电极电 流大，因此上拉电阻的阻值最好不要大于4.7K，有时候甚至用2K 的。对于PNP 管，毫无疑问PNP 管是低电平有效的，因此上拉电阻的阻值用100K 以上的就行 了，且管子的基极必须串接一个1～10K 的电阻，阻值的大小要看管子集电极的 负载是什么，对于数码管负载，由于发光电流很小，因此基极串接的电阻的阻 值可以用20k 的，但是对于管子的集电极为继电器负载时，由于集电极电流 大，因此基极电阻的阻值最好不要大于4.7K。与外界的信号交换接口，电路图 如图3.5。 104 CK11 104 CK12 104 CK13 104 CK14 VCC 图3.4 去耦电容 第9 页共27 页 数码管的段选通过P00～P07 口来控制的。 数码管的位选通过P20～P23 口来控制的。 计算待测信号的频率通过计数器1 来完成的所有待测信号解答计数器的T1 口上，即P3.5。 ⑹单片机的选型： AT89SC52 和AT89SS52 最主要的区别在于下载电压，AT89SC52 单片机下载 电压时最小为12V，而AT89S52 仅在5V 电压下就可以下载程序了，而且AT89S52 支持ISP，即在线编程。为了使用方便，在本系统中我们使用AT89S52 单片机。 ①AT89S52 主要性能 与MCS-51 单片机产品兼容。 8K 字节在系统可编程Flash 存储器。 l 1000 次擦写周期。 全静态操作：0Hz～33Hz。 VCC 1 2 YK1 30pF CK1 30pF CK2 VCC P00 P01 P02 P03 P04 P05 P06 P07 P20 P21 P22 P23 P15 P16 P17 123456789 PK1 P00 P01 P02 P03 P04 P05 P06 P07 P20 P21 P22 P23 P00 P01 P02 P03 P04 P05 P06 P07 P1.0/T2 1 P1.1/T2EX 2 P1.2/ECI 3 P1.3/CEX0 4 P1.4/CEX1 5 P1.5/CEX2 6 P1.6/CEX3 7 P1.7/CEX4 8 9 RST 10 P3.0/RxD 11 P3.1/TxD 12 P3.2/INT0 13 P3.3/INT1 14 P3.4/T0 15 P3.5/T1 16 P3.6/WR 17 P3.7/RD 18 XTAL2 19 XTAL1 20 VSS P2.0/A8 21 P2.1/A9 22 P2.2/A10 23 P2.3/A11 24 P2.4/A12 25 P2.5/A13 26 P2.6/A14 27 P2.7/A15 28 29 PSEN 30 ALE/PROG 31 EA/VPP P0.7/AD7 32 P0.6/AD6 33 P0.5/AD5 34 P0.4/AD4 35 P0.3/AD3 36 P0.2/AD2 37 P0.1/AD1 38 P0.0/AD0 39 VCC 40 UK1 AT89S52 图3.5 单片机与外界接口 第10 页共27 页 三级加密程序存储器。 32 个可编程I/O 口线。 三个16 位定时器/计数器。 八个中断源。 全双工UART 串行通道。 低功耗空闲和掉电模式。 掉电后中断可唤醒。 看门狗定时器。 双数据指针。 掉电标识符。 ②功能特性描述： AT89S52 是一种低功耗、高性能CMOS8 位微控制器，具有8K 在系统可编 程Flash 存储器。使用Atmel 公司高密度非易失性存储器技术制造，与工业 80C51 产品指令和引脚完全兼容。片上Flash 允许程序存储器在系统可编程，亦 适于常规编程器。在单芯片上，拥有灵巧的8 位CPU 和在系统可编程Flash， 使得AT89S52 为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。 AT89S52 具有以下标准功能： 8k 字节Flash，256 字节RAM， 32 位I/O 口 线，看门狗定时器，2 个数据指针，三个16 位定时器/计数器，一个6 向量2 级中断结构，全双工串行口，片内晶振及时钟电路。另外，AT89S52 可降至 0Hz 静态逻辑操作，支持2 种软件可选择节电模式。空闲模式下，CPU 停止工 作，允许RAM、定时器/计数器、串口、中断继续工作。掉电保护方式下， RAM 内容被保存，振荡器被冻结，单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬 件复位为止R8 位微控制器8K 字节在系统可编程Flash P0 口：P0 口是一个8 位漏极开路的双向I/O 口。作为输出口，每位能驱动8 个 TTL 逻辑电平。对P0 端口写“1”时，引脚用作高阻抗输入。当访问外部程序和 数据存储器时，P0 口也被作为低8 位地址/数据复用。在这种模式下，P0 具有内 部上拉电阻。在flash 编程时，P0 口也用来接收指令字节；在程序校验时，输出 指令字节。程序校验时，需要外部上拉电阻。 P1 口：P1 口是一个具有内部上拉电阻的8 位双向I/O 口，p1 输出缓冲器 能驱动4 个TTL 逻辑电平。对P1 端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此 时可以作为输入口使用。作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的 原因，将输出电流（IIL）。此外，P1.0 和P1.2 分别作定时器/计数器2 的外部计 数输入（P1.0/T2）和时器/计数器2 的触发输入（P1.1/T2EX），具体如下表所 示。在flash 编程和校验时，P1 口接收低8 位地址字节。引脚号第二功能P1.0 T2 （定时器/计数器T2 的外部计数输入），时钟输出P1.1 T2EX（定时器/计数器 T2 的捕捉/ 重载触发信号和方向控制） P1.5 MOSI （ 在系统编程用） P1.6 MISO（在系统编程用）P1.7 SCK（在系统编程用） P2 口：P2 口是一个具有内部上拉电阻的8 位双向I/O 口，P2 输出缓冲器 能驱动4 个TTL 逻辑电平。对P2 端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此 时可以作为输入口使用。作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的 原因，将输出电流（IIL）。在访问外部程序存储器或用16 位地址读取外部数据 存储器（例如执行MOVX @DPTR）时，P2 口送出高八位地址。在这种应用 第11 页共27 页 中，P2 口使用很强的内部上拉发送1。在使用8 位地址（如MOVX @RI）访问 外部数据存储器时，P2 口输出P2 锁存器的内容。在flash 编程和校验时，P2 口 也接收高8 位地址字节和一些控制信号。 P3 口：P3 口是一个具有内部上拉电阻的8 位双向I/O 口，p2 输出缓冲器能驱 动4 个TTL 逻辑电平。对P3 端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可 以作为输入口使用。作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的原 因，将输出电流（IIL）。P3 口亦作为AT89S52 特殊功能（第二功能）使用，如 下表所示。在flash 编程和校验时，P3 口也接收一些控制信号。 引脚号第二功能P3.0 RXD（串行输入）P3.1 TXD（串行输出）P3.2 INT0(外 部中断0)P3.3 INT0(外部中断0)P3.4 T0（定时器0 外部输入）P3.5 T1（定时器1 外部输入）P3.6 WR(外部数据存储器写选通)P3.7 RD(外部数据存储器写选通)。 RST: 复位输入。晶振工作时，RST 脚持续2 个机器周期高电平将使单片机复 位。看门狗计时完成后，RST 脚输出96 个晶振周期的高电平。特殊寄存器 AUXR(地址8EH)上的DISRTO 位可以使此功能无效。DISRTO 默认状态下，复 位高电平有效。ALE/PROG：地址锁存控制信号（ALE）是访问外部程序存储 器时，锁存低8 位地址的输出脉冲。在flash 编程时，此引脚（PROG）也用作 编程输入脉冲。在一般情况下，ALE 以晶振六分之一的固定频率输出脉冲，可 用来作为外部定时器或时钟使用。然而，特别强调，在每次访问外部数据存储 器时，LE 脉冲将会跳过。如果需要，通过将地址为8EH的SFR 的第0 位置“1”， ALE 操作将无效。这一位置“1”，ALE 仅在执行MOVX 或MOVC 指令时有 效。否则，ALE 将被微弱拉高。这个ALE 使能标志位（地址为8EH 的SFR 的 第0 位）的设置对微控制器处于外部执行模式下无效。PSEN:外部程序存储器选 通信号（PSEN）是外部程序存储器选通信号。当AT89S52 从外部程序存储器执 行外部代码时，PSEN 在每个机器周期被激活两次，而在访问外部数据存储器 时，PSEN 将不被激活。EA/VPP:访问外部程序存储器控制信号。为使能从 0000H 到FFFFH 的外部程序存储器读取指令，EA 必须接GND。为了执行内部 程序指令，EA 应该接VCC。在flash 编程期间，EA 也接收12 伏VPP 电压。 XTAL1:振荡器反相放大器和内部时钟发生电路的输入端。XTAL2:振荡器反相 放大器的输出端。 ③特殊功能寄存器 特殊功能寄存器(SFR)的地址空间映象如表1 所示。 并不是所有的地址都被定义了。片上没有定义的地址是不能用的。读这些 地址，一般将 得到一个随机数据；写入的数据将会无效。用户不应该给这些未定义的地 址写入数据“1”。由于这些寄存器在将来可能被赋予新的功能，复位后，这些位 都为“0”。 定时器2 寄存器：寄存器T2CON 和T2MOD 包含定时器2 的控制位和状态位 （如表2 和表3 所示），寄存器对RCAP2H 和RCAP2L 是定时器2 的捕捉/自动 重载寄存器。 中断寄存器：各中断允许位在IE 寄存器中，六个中断源的两个优先级也可在IE 中设置。 3.1.2 显示电路 LCD 与LED 的区别。 第12 页共27 页 LED 仅仅是由8 个led 灯组成的数码显示器件，电路简单，操作容易。 LCD 是有点阵组成的显示器件，该器件电路和软件复杂，但是交互性好。 该系统展示给用于的数据为频率值，用LED 数码管显示即可。 LED 数码管按段数分为七段数码管和八段数码管，八段数码管比七段数码 管多一个发光二极管单元（多一个小数点显示）；按能显示多少个“8”可分为1 位、2 位、4 位等等数码管；按发光二极管单元连接方式分为共阳极数码管和共 阴极数码管。共阳数码管是指将所有发光二极管的阳极接到一起形成公共阳极 (COM)的数码管。共阳数码管在应用时应将公共极COM 接到+5V，当某一字段 发光二极管的阴极为低电平时，相应字段就点亮。当某一字段的阴极为高电平 时，相应字段就不亮。。共阴数码管是指将所有发光二极管的阴极接到一起形 成公共阴极(COM)的数码管。共阴数码管在应用时应将公共极COM 接到地线 GND 上，当某一字段发光二极管的阳极为高电平时，相应字段就点亮。当某一 字段的阳极为低电平时，相应字段就不亮。 数码管要正常显示，就要用驱动电路来驱动数码管的各个段码，从而显示 出我们要的数字，因此根据数码管的驱动方式的不同，可以分为静态式和动态 式两类。 ① 静态显示驱动 静态驱动也称直流驱动。静态驱动是指每个数码管的每一个段码都由一个 单片机的I/O 端口进行驱动，或者使用如BCD 码二-十进制译码器译码进行驱 动。静态驱动的优点是编程简单，显示亮度高，缺点是占用I/O 端口多，如驱动 5 个数码管静态显示则需要5×8＝40 根I/O 端口来驱动，要知道一个89S51 单片 机可用的I/O 端口才32 个呢：），实际应用时必须增加译码驱动器进行驱动， 增加了硬件电路的复杂性。 ② 动态显示驱动 数码管动态显示接口是单片机中应用最为广泛的一种显示方式之一，动态 驱动是将所有数码管的8 个显示笔划"a,b,c,d,e,f,g,dp"的同名端连在一起，另外为 每个数码管的公共极COM 增加位选通控制电路，位选通由各自独立的I/O 线控 制，当单片机输出字形码时，所有数码管都接收到相同的字形码，但究竟是那 个数码管会显示出字形，取决于单片机对位选通COM 端电路的控制，所以我们 只要将需要显示的数码管的选通控制打开，该位就显示出字形，没有选通的数 码管就不会亮。通过分时轮流控制各个数码管的的COM 端，就使各个数码管轮 流受控显示，这就是动态驱动。在轮流显示过程中，每位数码管的点亮时间为 1～2ms，由于人的视觉暂留现象及发光二极管的余辉效应，尽管实际上各位数 码管并非同时点亮，但只要扫描的速度足够快，给人的印象就是一组稳定的显 示数据，不会有闪烁感，动态显示的效果和静态显示是一样的，能够节省大量 的I/O 端口，而且功耗更低。由于我们使用的FPGA 芯片的型号为EPF10K10， 有足够的IO 口分别去控制数码管的段选。这里我们采用动态显示方式。 由于FPGA 的IO 口没有足够的驱动能力去驱动数码管，所以需要数码管的 驱动电路，该驱动电路我们选择由三极管组成的电路，该电路简单，软件容易 实现。其中一个数码管的驱动电路图如图3.6 所示。 数码管为共阴极，当CS1=1 时，即三极管Q9 被饱和导通，则数码管的公共 极被间接接地，数码管被选中，数据将在该管上显示，当CS=0 时，三极管Q9 被截至，则数码管的公共极被没有接地，即使CSA，CSB，CSC，CSD，CSE， 第13 页共27 页 CSF，CSG，CSDP 被送入数据也不会有显示。 CSA，CSB，CSC，CSD，CSE，CSF，CSG，CSDP 分别为数码管的位选， 哪一位为“1”，即相应的三极管饱和导通，则相应的数码管段被点亮。“0”为截 止。相应的数码管段灭，这样数码管就有数字显示出来。 我们在该系统使用了4 个数码管，使用动态显示，即通过片选，是每个数码 管都亮一段时间，不断循环扫描，由于人的眼睛有一段时间的视觉暂留，所以 给人的感觉是每个数码管同时亮的，这样4 个数码管就把4 位十进制数据就显示 出来了。 数码管驱动电路：由于单片机芯片没有足够的能力驱动4 个数码管，因此需 要增加数码管驱动电路。 驱动电路我们可以选择由三极管组成的电路，该电路简单，程序容易实现. 3.1.3 待测信号产生电路 可变基准发生器模块的功能为：主要用于仿真外界的周期性变化的信号，用 于电路的测试，对频率的精度没有要求，只要能产生周期性变化的信号即可。 该部分不为频率计的组成部分，再加上为了节省成本我们使用LM555 芯片 组建的多谐振振荡器电路电路如图3.7 所示，电容C,电阻RA 和RB 为外接元 件，其工作原理为接通电源后，5V 电源经RA 和RB 给电容C 充电，由于电容 上电压不能突变，电源刚接通时，555 内部比较器A1 输出高电平，A2 输出低电 平，即RD=1,SD=0,基于RS 触发器置“1”，输出端Q 为高电平，此时，Q=0，使 A 1 2 f 3 g 4 e5 d A 6 8 c 7 DP 9 b10 a DS1 Q1 NPN Q2 NPN Q3 NPN Q4 NPN Q5 NPN Q6 NPN Q7 NPN Q8 NPN Q9 NPN VCC VCC VCC VCC VCC VCC VCC VCC A B C C D D E EF F G G DP DP AB 100 R1 100 R2 100 R3 100 R4 100 R5 100 R6 100 R7 100 R8 100 R9 1 2 3 4 5 6 7 8 9 P1 CS1 CSA CSA CSB CSB CSC CSC CSD CSD CSE CSE CSF CSF CSG CSG CSDP CSDP 图3.6 显示电路 第14 页共27 页 内部放电管截止。 当电容两端电压Vc 上升到大于5V 的电压的三分之一时，RD=1,SD=1,基本 RS 触发器状态不变，即输出端Q 仍为高电平，当电容两端电压Vc 上升到略大 于2*5V/3 是，RN=0,SD=1,基本RS 触发器置0，输出端Q 为低电平，这时Q=1， 使内部放电管饱和导通。于是电容C 经RB 和内部的放电管放电，电容两端电压 按指数规律减小。当电容两端电压下降到略小于5V 电压的三分之一时，内部比 较器A1 输出高电平，A2 输出低电平，基本RS 触发器置1，输出高电平，这 时，Q=0，内部放电管截止，于是电容结束放电，如此循环不止，输出端就得 到了一系列矩形脉冲。如图3.8 所示。 电路参数的计算： 为了使Q 端输出频率可变，RB 用电位器来取代。 电容选择如果选择105的独石电容，即C=1uF= uF ，RA选1K的电10106 2 TRIG OUT 3 4 RST CVOL5T 6 THR 7 DISC 8 VCC GND1 U1 LM555CJ RA C VCC RB 5V VCC 图3.7 待测信号产生电路 图3.8 LM555 工作时电流变化 第15 页共27 页 阻，RB 选择5K的电位器，由公示f =1.443/RA+RBC计算可得：当RB=0 时，f=1.443KHz, 当RB=5K 时， f=240Hz, 由此可得， 该电路的输出频率范围为： 240~1443(Hz)。 元器件的简介 LM555/LM555C 系列是美国国家半导体公司的时基电路。我国和世界各大 集成电路生产商均有同类产品可供选用，是使用极为广泛的一种通用集成电 路。LM555/LM555C 系列功能强大、使用灵活、适用范围宽，可用来产生时间 延迟和多种脉冲信号，被广泛用于各种电子产品中。 555 时基电路有双极型和CMOS 型两种。LM555/LM555C 系列属于双极 型。优点是输出功率大，驱动电流达200mA。而另一种CMOS 型的优点是功 耗低、电源电压低、输入阻抗高，但输出功率要小得多，输出驱动电流只有几 毫安。 另外还有一种双时基电路LM556，14 脚封装，内部有两个相同的时基电路 单元。 特性简介： 直接替换SE555/NE555。 定时时间从微秒级到小时级。 可工作于无稳态和单稳态两种方式。 可调整占空比。 输出端可接收和提供200mA 电流。 输出电压与TTL 电平兼容。 温度稳定性好于0.005%/℃。 应用范围 精确定时。 脉冲发生 连续定时 频率变换 脉冲宽度调制 脉冲相位调制 电路特点： LM555 时基电路内部由分压器、比较器、触发器、输出管和放电管等组 成，是模拟电路和数字电路的混合体。其中6 脚为阀值端（TH），是上比较 器的输入。2 脚为触发端（ TR ） ， 是下比较器的输入。3 脚为输出端 （OUT），有0 和1 两种状态，它的状态由输入端所加的电平决定。7 脚为 放电端（DIS），是内部放电管的输出，它有悬空和接地两种状态，也是由输 入端的状态决定。4 脚为复位端（R），叫上低电平（ 2/3VCC 是高电平 1， 1/3VCC 是高电平1，7V，由此可以看出 LM7805 将正常工作，输出电压为5V。电路如图3.10 所示。 元器件的选型与电路参数的计算： LM7805 芯片简介： 外形图及引脚排列H 7805 系列为3 端正稳压电路,TO-220 封装，能提供 多种固定的输出电压，应用范围广。内含过流、过热和过载保护电路。带散 热片时，输出电流可达1A。虽然是固定稳压电路，但使用外接元件，可获得 不同的电压和电流。 主要特点： 1 IN 3 OUT 2 GND U1 LM7805 Q1 PNP Q2 PNP Q3 NPN R1 R2 R3 0.33uF C1 0.1uF C2 D1 D2 1N4007 D3 D4 0.1uF C4 10UF C5 1 2 5V 图3.10 第20 页共27 页 输出电流可达2A。 输出电压有：5V。 过热保护。 短路保护。 输出晶体管SOA 保护。 7805 的功能框图如图3.11： 注意： 输入电压，即为纹波电压中的低值点，都必须高于所需输出电压2V 以 上。 当稳压器远离电源滤波器时，要求用C1。 CO 可改善稳定性和瞬态响应。 该模块的不足和对进一步完善提出建议： 该模块的不足： 转换的效率低：线性稳压器的效率直接与其调整管所消耗的功率有 关。调整管的功耗等于电流×(输入电压-输出电压)，由此可见，有些情况下调整 管会产生较大损耗。例如，负载为1A 时，将10V 的电压降至5V 输出，线性稳 压器的功耗为5W。效率将低于50%。该电路将会很耗电。 散热问题：由上可知线性稳压器的功耗将在高于总电路的50%，例如，我 们的电路功率为10W，那么线性稳压器的功率将会高于5W，这5W 的99%将通 过热量散失到外界，如果散热管理不适当将会使整个系统在高温下工作，影响 整个系统的性能之外，也严重的影响着整个系统的寿命。 提出建议： 线性稳压器的低效率迫使寻求新的改进方案，开关电源引起人们的关注。 根据开关电源的工作原理，在不同负载和电压下，一个设计良好的开关电源的 效率可达90%甚至更高。这相比线性稳压器，效率提高了40%。通过直观的比 较，开关电源降压的优势便体现出来了，其他开关电源的拓扑结构同样具有相 近或是更高的效率。开关电源设计不仅仅具有高效率这一主要优势，由于功耗 的降低还带来许多直接的好处。例如，与低效率的竞争产品相比，开关电源的 散热片面积大大减小。降低了对热管理的要求；而且更重要的是，由于器件不 会工作在低效的高温环境中，大大提高了器件的可靠性，进而延长工作寿命。 图3.11 第21 页共27 页 3.2 软件设计 3.2.1 编程语言的选择： 汇编和C 语言 汇编语言(Assembly Language)是面向机器的程序设计语言 在汇编语合中，用助记符(Memoni)代替操作码，用地址符号(Symbol)或标号 (Label)代替地址码。这样用符号代替机器语言的二进制码，就把机器语言变成 了汇编语言。于是汇编语言亦称为符号语言。 使用汇编语言编写的程序，机器不能直接识别，要由一种程序将汇编语言 翻译成机器语言，这种起翻译作用的程序叫汇编程序，汇编程序是系统软件中 语言处理系统软件。汇编程序把汇编语言翻译成机器语言的过程称为汇编。 汇编语言比机器语言易于读写、易于调试和修改，同时也具有机器语言执 行速度快，占内存空间少等优点，但在编写复杂程序时具有明显的局限性，汇 编语言依赖于具体的机型，不能通用，也不能在不同机型之间移植。 C 语言发展如此迅速, 而且成为最受欢迎的语言之一, 主要因为它具有强大 的功能。许多著名的系统软件, 如DBASE Ⅲ PLUS、DBASE Ⅳ 都是由C 语 言编写的。用C 语言加上一些汇编语言子程序, 就更能显示C 语言的优势了, 象PC- DOS 、WORDSTAR 等就是用这种方法编写的。归纳起来C 语言具有 下列特点: ①C 是中级语言 它把高级语言的基本结构和语句与低级语言的实用性结合起来。C 语言可 以象汇编语言一样对位、字节和地址进行操作, 而这三者是计算机最基本的工 作单元。 ② C 是结构式语言 结构式语言的显著特点是代码及数据的分隔化, 即程序的各个部分除了必 要的信息交流外彼此独立。这种结构化方式可使程序层次清晰, 便于使用、维 护以及调试。C 语言是以函数形式提供给用户的, 这些函数可方便的调用, 并具有多种循环、条件语句控制程序流向, 从而使程序完全结构化。 ③C 语言功能齐全 C 语言具有各种各样的数据类型, 并引入了指针概念, 可使程序效率更 高。另外C 语言也具有强大的图形功能, 支持多种显示器和驱动器。而且计算 功能、逻辑判断功能也比较强大, 可以实现决策目的。 ④C 语言适用范围大 C 语言比汇编更容易编写和移植，虽然该程序对时间要求比较严格但是如果 我们使用定时器的话对，这样就既可以解决用延时带来的不精确的问题，也提 高了编写程序的效率。 3.2.2 程序流程图： ⑴主程序 该计数器时通过计数或定时来完成计算待测信号的频率的，所以频率的计算 都是在中断里完成的。主函数的流程图如图3.12 为： 第22 页共27 页 检测一个信号首先在1 秒钟中内对待测频率计数，通过定时器0 来定时1 秒。 通过计数器1 对待测频率计数，通过这种方法检测出待测信号的频率，如果频率 小于2 的话，通过这种方法检测出来的频率精度会很低，所以如果频率低于2Hz， 用计数器1 来检测两个下降沿，在两个下降沿内，运行定时器0，通过这种方法 计算频率比较低的信号。 两种方案的选择由变量flag 控制，对一个未知频率信号，我们先假设该频率 高于2Hz，当用第一种方法检测出来的值小于2Hz，我通过对变量的控制执行第 二种方案。 定时器/计数器0 和定时器/计数器1 的主要作用： 首先当待测信号送入到频率计时，频率计将该信号作为频率大于2Hz 出来， 定时器/计数器0 设为定时模式，定时器/计数器1 设为计数模式。定时器0 的作 用为定时1 秒，在这一秒里，计数器1 对待测信号计数。由此可以测出待测的频 图3.12 主程序流程图 第23 页共27 页 率值，当检测到的频率值小于2Hz 时，频率计自动转换到对低频信号处理模式， 定时器1 的作用将变为自动检测待测频率的下降沿，定时器0 的作用是在相邻的 两个下降沿里计时。由此可以测出频率小于2 的信号。 定时器0 的程序流程图如图3.13。计数器1 的程序流程图如图3.14 所示。 如图3.13 定时器0 中断流程序 图3.14 定时器1 中断流程图 Y N 第24 页共27 页 打开Keil C，单击“工程”菜单中的“目标Target1 属性”，跳出一个设置“目标 Target1 属性”的对话框。打开“输入”页，在产生执行文件的框里，把“E 生成HEX 文件”前的钩打上，重新编译，即工程所在的文件夹里会产生一个HEX 格式的文 件。 用keil C 即可产生的HEX 的二进制文件，既可以在PROTES 中仿真使用， 也可以下载到单片机中运行。 3.3 电路板的制作 3.3.1 元器件的封装 在设计装配方式之前，要求将系统的电路基本定型，同时还要根据整机的 体积以及机壳的尺寸来安排元器件在印刷电路板上的装配方式。 具体做这一步工作时，可以先确定好印刷电路板的尺寸，然后将元器件配 齐，根据元器件种类和体积以及技术要求将其布局在印刷电路板上的适当位 置。可以先从体积较大的器件开始，如电源变压器、磁棒、全桥、集成电路、 三极管、二极管、电容器、电阻器、各种开关、接插件、电感线圈等。待体积 较大的元器件布局好之后，小型及微型的电子元器件就可以根据间隙面积灵活 布配。二极管、电感器、阻容元件的装配方式一般有直立式、俯卧式和混合式 三种。 ①直立式。电阻、电容、二极管等都是竖直安装在印刷电路板上的。这种 方式的特点是：在一定的单位面积内可以容纳较多的电子元件，同时元件的排 列也比较紧凑。缺点是：元件的引线过长，所占高度大，且由于元件的体积尺 寸不一致，其高度不在一个平面上，欠美观，元器件引脚弯曲，且密度较大， 元器件之间容易引脚碰触，可靠性欠佳，且不太适合频率较高的电路采用。 ②俯卧式。二极管、电容、电阻等元件均是俯卧式安装在印刷电路板上 的。这样可以明显地降低元件的排列高度，可实现薄形化，同时元器件的引线 也最短，适合于较高工作频率的电路采用，也是目前采用得最广泛的一种安装 方式。 ③混合式。为了适应各种不同条件的要求或某些位置受面积所限，在一块 印刷电路板上，有的元器件采用直立式安装，也有的元器件则采用俯卧式安 装。这受到电路结构各式以及机壳内空间尺寸的制约，同时也与所用元器件本 身的尺寸和结构形式有关，可以灵活处理。 1、单片机： 单片机使用双列直插式DIP 封装，40 个引脚，每个引脚的距离为100mil。 封装模型如图3.18 所示： 图3.18 单片机PCB 模型 第25 页共27 页 2、数码管的封装： 数码管的封装采用LEDDIP-10，但是因为每个厂家生产出来的段选并不是都 是相同的，但是没必要重新设计数码管的封装，仅仅检查引脚分配即可，在本设 计使用的数码管引脚分配如图3.19 所示。 其他元器件封装： 电阻AXIAL 无极性电容RAD 电解电容RB 电位器VR 二极管DIODE 三极管、场效应管TO 电源稳压块78 系列TO－220 单排多针插座SIP 双列直插元件DIP 晶振XTAL1 3.5 软硬件结合测试 当给电板通电时，LM555 的3 号输出引脚的电压为2.5V 左右。说明输出脉 冲的占空比为50％。通过通过示波器查看波形，和理论的波形一致，通过调节 电位器可以改变输出波形的频率。 图3.19 元器件引脚映射 第26 页共27 页 数码管显示当调节电位器时，数码管的显示也是在理论范围只内的。 第27 页共27 页 致谢 在本论文结束之际，回想本科阶段的学习和生活，感慨甚多，毕业课题和 论文是在导师郑老师的指导下完成的，同时也要感谢自动化教研室的老师，感 谢他们的耐心指导。感谢所有帮助和支持过我的人。 郑老师对论文的进展付出了大量的汗水和心血，并给予了许多具体的实验 指导方案，在论文的最后成稿中提出了许多宝贵的意见，从而使论文的质量得 以提高，从郑老师身上，我学到的不仅是做学问、搞科研的态度、方法和毅 力，而且更多的是做人的准则。借此论文完成之际，向郑老师表示深深的谢 意！ 最后，再一次向关心和帮助我的各位表示我衷心的感谢和深深的敬意！
自己动手写操作系统(含源代码).part2
内容简介 　　本书从只有二十行的引导扇区代码出发，一步一步地向读者呈现一个操作系统框架的完成过程。书中不仅关注代码本身，同时关注完成这些代码的思路和过程。本书不同于其他的理论型书籍，而是提供给读者一个动手实践的路线图。读者可以根据路线图逐步完成各部分的功能，从而避免了一开始就面对整个操作系统数万行代码时的迷茫和挫败感。书中讲解了大量在开发操作系统中需注意的细节问题，这些细节不仅能使读者更深刻地认识操作系统的核心原理，而且使整个开发过程少走弯路。本书分上下两篇，共11章。其中每一章都以前一章的工作成果为基础，实现一项新的功能。而在章的内部，一项大的功能被分解成许多小的步骤，通过完成每个小的步骤，读者可以不断获得阶段性的成果，从而让整个开发过程变得轻松并且有趣。 　　本书适合各类程序员、程序开发爱好者阅读，也可作为高等院校操作系统课程的实践参考书。 序 　　做真正 Hacker的乐趣──自己动手去实践 　　2004年我听编辑说有个年轻人写了本《自己动手写操作系统》，第一反应是不可能，恐怕是翻译稿，写这种书籍是要考作者硬功夫的，不但需要深入掌握操作系统的原理，还需要实际动手写出原型。 　　历史上的 Linux就是这么产生的，Linus Torvalds当时是一名赫尔辛基大学计算机科学系的二年级学生，经常要用自己的电脑去访问大学主机上的新闻组和邮件，为了方便读写和下载文件，他自己编写了磁盘驱动程序和文件系统，这成为了 Linux第一个内核的雏形。 　　我想中国有能力写出内核原型的程序员应该也有，但把这个题目写成一本书，感觉上不会有人愿意做这件事情，作者要花很多时间，加上主题比较硬，销售量不会太高，经济上回报有限。 　　但拿来文稿一看，整个编辑部大为惊艳，内容文笔俱佳，而且绝对原创，马上决定在《程序员》连载。2005年博文视点出版的第一版也广受好评。 　　不过有很多读者还是质疑：现在软件编程主要领域是框架和应用，还需要了解操作系统底层吗？ 　　经过四年的磨练成长，于渊又拿出第二版的书稿《Orange'S：一个操作系统的实现》，这本书是属于真正 Hacker的。我虽然已经有多年不写代码了，但看这本书的时候，让我又重新感受到做程序员的乐趣：用代码建设属于自己的系统，让电脑听从自己的指令，对系统的每个部分都了如指掌。 　　黑客（hacker）实际是褒义词，维基百科的解释是喜欢用智力通过创造性方法来挑战脑力极限的人，特别是他们所感兴趣的领域，例如软件编程或电气工程。个人电脑、软件和互联网等划时代的产品都是黑客创造出来的，如苹果的 Apple电脑、微软的 Basic解释器、互联网的 Mosaic浏览器。 　　回答前面读者的质疑，学软件编程并不需要看这本书，想成为优秀程序员和黑客的朋友，我强烈建议你花时间来阅读这本书，并亲自动手实践。正如于渊在本书结尾中所说“我们写自己的操作系统是出于一种好奇，或者说一种求知欲。我希望这样不停地‘过把瘾’能让这种好奇不停地延续”。 　　好奇心是动力的源泉，追究问题的本质是优秀黑客的必备素质，只有充分掌握了系统原理，才能在技术上游刃有余，才能有真正的创新和发展。中国需要更多真正的黑客，也希望更多的程序员能享受属于黑客的创造乐趣。 　　蒋涛 　　2009年 4月 作者自序 　　本书是《自己动手写操作系统》的第二版，通过一个具体的实例向读者呈现一个操作系统雏形的实现过程。有关操作系统的书籍资料可以找到很多，但是关注如何帮助读者实现一个试验性操作系统的书籍却不多见，本书便是从一个简单的引导扇区开始，讲述一个操作系统成长的故事，以作读者参考之用。 　　本书面向实践，通过具体实例教读者开发自己的操作系统。书中的步骤遵循由小到大、由浅入深的顺序，跟随这些步骤，读者可以由一个最简单的引导扇区开始，逐渐完善代码，扩充功能，最后形成一个小的操作系统。 　　本书不仅介绍操作系统的各要素，同时涉及开发操作系统需要的各个方面，比如如何建立开发环境、如何调试以及如何在虚拟机中运行等。书中的实例操作系统采用IA32作为默认平台，所以保护模式也作为必备知识储备收入书中，而这是传统的操作系统实践书籍经常忽略的。总之，只要是开发自己的操作系统中需要的知识，书中都尽量涉及，以便于读者参考。 　　众所周知，一个成型的操作系统往往非常复杂。如果考虑到操作系统作为软硬件桥梁的特殊地位，那么它可能看上去比一般的软件系统更难理解，因为其核心部分往往包含许多直接针对CPU、内存和 I/O端口的操作，它们夹杂在一片代码汪洋之中，显得更加晦涩。 　　我们有许多源代码公开的操作系统，可供随时下载和阅读，看上去好像让实现一个供自己把玩的微型操作系统变得容易很多，但事实往往不尽人意，因为这些代码动辄上万甚至几十几百万行，而且细节之间经常互相关联，要理解它们着实不易。我们有许多容易得到的操作系统教程，但读来好像总觉得跟我们有隔膜，不亲近。造成这些的根本原因，在于学习者一开始就面对一个完整的操作系统，或者面对前辈们积累了几十年的一系列理论成果。而无论作者多么擅长写作，读者多么聪明，或者代码多么优秀，要一个初学者理清其中的头绪都将是非常困难的。 　　我并非在此危言耸听，因为这曾经是我的亲身体会。当然，如果只是为了考试，几本操作系统理论书籍就足够了，你不需要对细节那么清楚。但如果是出于兴趣呢？如果你是想编写自己的操作系统呢？你会发现理论书籍好像一下子变得无用武之地，你会发现任何一个细节上的理解错误都可能导致自己辛辛苦苦编写的代码运行异常甚至崩溃。 　　我经历过这一切！我曾经翻遍了一本《操作系统：设计与实现》，也没有找到实现一个操作系统应该从何处着手。并不是这些书不好，也不是前人的代码不优秀，而是作为一无所知的初学者，我们所不了解的不仅是高居庙堂的理论知识，还有让我们举步维艰的实践细节。 　　可能在这些教科书作者的眼里，操作的细节不属于课程的一部分，或者这些细节看上去太容易，根本不值一提，甚至作者认为这些属于所谓“经验”的一部分，约定俗成是由读者本人去摸索的。但是实际情况往往是，这些书中忽略掉的内容恰恰占去了一个初学者大部分的时间，甚至影响了学习的热情。 　　我至今仍记得当我开始编写自己的操作系统时所遭受的挫败感，那是一种不知道如何着手的无助的感觉。还好我坚持了下来，克服了各种困难，并完成了自己的操作系统雏形。 　　进而我想到，一定不只是我一个人对编写自己的操作系统怀有兴趣，也一定不只是我一个人在实践时遇到困难。或许我应该把自己的经历写下来，从而可以帮助跟我相似的后来者，就这样，我编写了本书的第一版，也就是《自己动手写操作系统》。我相信，如果你也对神奇的计算机世界充满好奇，并且希望通过自己编写操作系统的方式来了解背后发生的故事，那么你一定可以在这本书中得到一些帮助。而假如你真的因为我的书而重新燃起实践的热情，从而开始一段操作系统旅程，我将会感到非常高兴。 　　不过我得坦白，在写作《自己动手写操作系统》的时候，我并不敢期待它能引起多少反响，一方面因为操作系统并不是时尚的话题，另一方面我也是走在学习的路上，或许只是比读者早走了一小步而已。然而出乎我的意料，它面世后重印多次，甚至一度登上销量排行榜的榜首，这让我觉得它的确有一定的参考价值，我要借此机会感谢所有支持我的读者。 　　在我写作《自己动手写操作系统》的时候，并没有想过今天会有一个第二版。原因在于，我希望这本书是用来填补空白的，而不是重复去做别人已经做得很好的事情。所谓填补空白，具体说就是让像我一样的操作系统爱好者在读完本书之后，能够有信心去读其他比较流行的开源的操作系统代码，有能力从零开始自己动手写操作系统，而这个任务第一版已经完成了。 　　那么为什么我又写作了第二版呢？原因有几个方面。第一，虽然第一版未曾涉及的进程间通信、文件系统等内容在许多书中都有讲解，但阅读的时候还是感觉有语焉不详的通病，作者本人可能很清楚原委，但写得太简略，以至于读者看来未必清晰。第二，我自己想把这个圈画圆。第一版的书虽然完成了它的使命，但毕竟到书的结尾，读者看到的不是一个真正的操作系统，它没有文件系统，没有内存管理，什么也干不了。在第二版中，你将会看到，你已经可以通过交叉编译的方式为我们的实验性 OS编写应用程序了，也就是说，它已经具备操作系统的基本功能，虽然仍然极其简陋，但第一个圈，毕竟是已经圆起来了。第三，实践类的操作系统书籍还是太少了，以至于你要想看看别人是怎么做的，除了读以《操作系统：设计与实现》为代表的极少数书籍之外，就是一头扎进源代码中，而结果有时相当令人气馁。我自己也气馁过，所以我在第二版中，仍然试图把话说细一点，把自己的经验拿出来分享。而且我选择我能想到的最精简的设计，以便让读者不至于陷入太多细节而无法看到全貌。我想这是本书可能具有的价值所在──简化的易懂的设计，还有尽量详细的文字。 　　在这一版中，内容被划分成上下两篇。上篇基本上是第一版的修订，只是做了一个调整，那便是在兼顾 Windows和Linux两方面用户的基础上，默认在Linux下建立开发环境来编写我们的操作系统。至于这样做的原因，在本书第 2章有比较详细的说明。当然，开发环境毕竟是第二位的，书中讲述的内容以及涉及的代码跟第一版都是一致的。本书的下篇全部都是新鲜内容，主要是增加了进程间通信、文件系统和内存管理。跟第一版的做法相同，下篇仍然不仅关注结果，更加致力于将形成一个结果的过程呈现出来。与此同时，由于本书旨在分享和引路，所以尽可能地简化了设计，以便将最重要的部分凸显出来。读者将看到，一个操作系统的文件系统和内存管理可以简陋到什么程度。简陋不是缺点，对于我们初学者而言，正是需要从简陋入手。换言之，如果你已经对实现一个操作系统有了一定的经验，那么这本书可能不适合你。这本书适合从来没有编写过操作系统的初学者。 　　本书的排版是我用L ATEX自己完成的。在排版中我花了一些工夫，因为我希望读者购买的首先是一本易于阅读且赏心悦目的书，其次才是编写操作系统的方法。另外，书中列出的代码均由我自己编写的程序自动嵌入L ATEX源文件，从而严格保证书和光盘的一致性，读者可以根据文件名和行号方便地找到光盘中 　　代码的准确位置。 　　此外，在第二版中还有一些小的变化。首先是操作系统的名字改变了，原因在于虽然我们的试验性 　　OS从前辈们那里借鉴了很多东西，但其各个部分的设计（比如文件系统和内存管理）往往有其独特之处，所以我将原先的 Tinix（本意为 TryMinix）改成了新名字Orange ’S（这个名字来自于我的妻子 ,），以表示它们的不同。另外，书中的代码风格，有些地方也做了调整。 　　我想，虽然第二版有着这样那样的变化，但有一点没有变，那就是本书试图将我在编写自己操作系统的过程中的经验尽可能地告诉读者，同时尽可能将我当初的思路和编码过程呈现出来。很可能读者比我更聪明，有更好的解决问题的方法，但无论如何，我认为我自己的经验可以为读者所借鉴。如果真是如 　　此，我将会非常欣慰。 　　在第二版的编写过程中，我同样要感谢许多人。感谢我的父母和爷爷对我的爱，并希望爷爷不要为我担心，写书是件辛苦的事，但同时也使我收获良多。爸爸在第二版的最后阶段帮我订正文字，这本书里有你的功劳。我要感谢博文视点的各位朋友，感谢郭老师的理解和支持，感谢李玲的辛勤工作，感谢江立和李冰，你们的高效让我非常钦佩。我还要感谢孟岩老师，你给我的鼓励我一直记在心里。我要感谢我的挚友郭洪桥，不仅仅因为你在技术上给我的帮助，更加因为你在精神上给我的支持。感谢我的同事和朋友张会昌，你在技术上的广度和深度总令我钦佩。另外，在第一版中帮助我的人，我要再次谢谢你们，因为没有第一版，也就没有第二版。 　　在所有人中我最应该感谢和最想感谢的，是我的妻子黄丹红，感谢你给我的所有建议，还有你帮我画的图。尤其是，当这本书在我预想的时间内没有完成的时候，当我遇到困难迟迟不能解决的时候，你总在一旁给我鼓励，在你那里，我从来都能感觉到一种温暖，我深知，如果没有你的支持，我无法坚持下来将书写完。谢谢你，这本书同样属于你。 　　跟第一版相比，这本书涉及的内容触及操作系统设计的更多方面，而由于笔者的水平实在有限，难免有纰漏甚至错误。如果读者有任何的问题、意见或建议，请登录http://www.osfromscratch.org，让我们共同探讨，共同进步。 　　本书导读 　　这本书适合谁 　　本书是一本操作系统实践的技术书籍。对于操作系统技术感兴趣，想要亲身体验编写操作系统过程的实践主义者，以及Minix、Linux源代码爱好者，都可以在本书中得到实践中所需的知识和思路。 　　本书以“动手写”为指导思想，只要是跟“动手写”操作系统有关的知识，都作为介绍对象加以讨论，所以，从开发环境的搭建，到保护模式，再到IBMPC中有关芯片的知识，最后到操作系统本身的设计实现，都能在本文中找到相应介绍。所以如果你也想亲身实践的话，本书可以省去你在书店和互联网寻找相应资料的过程，使你的学习过程事半功倍。在读完本书后，你不但可以获得对于操作系统初步的感性认识，并且对 IBMPC的接口、IA架构之保护模式，以及操作系统整体上的框架都将会有一定程度的了解。 　　笔者相信，当你读完本书之后，如果再读那些纯理论性的操作系统书籍，所获得的体验将会完全不同，因为那些对你而言不再是海市蜃楼。 　　对于想阅读 Linux源代码的操作系统爱好者，本书可以提供阅读前所必要的知识储备，而这些知识储备不但在本书中有完整的涉及，而且在很多 Linux书籍中是没有提到的。 　　特别要提到的是，对于想通过阅读 Andrew S. Tanenbaum和 Albert S. Woodhull的《操作系统：设计与实现》来学习操作系统的读者，本书尤其适合作为你的引路书籍，因为它翔实地介绍了初学者入门时所必需的知识积累，而这些知识在《操作系统：设计与实现》一书中是没有涉及的，笔者本人是把这本书作为写操作系统的主要参考书籍之一，所以在本书中对它多有借鉴。 　　你需要什么技术基础 　　在本书中所用到的计算机语言只有两种：汇编和 C语言。所以只要你具备汇编和 C语言的经验，就可以阅读本书。除对操作系统常识性的了解（比如知道中断、进程等概念）之外，本书不假定读者具备其他任何经验。 　　如果你学习过操作系统的理论课程，你会发现本书是对于理论的吻合和补充。它是从实践的角度为你展现一幅操作系统画面。 　　书中涉及了 Intel CPU保护模式、Linux命令等内容，到时候会有尽可能清晰的讲解，如果笔者认为某些内容可以通过其他教材系统学习，会在书中加以说明。 　　另外，本书只涉及 Intel x86平台。 　　统一思想——让我们在这些方面达成共识 　　道篇 　　让我们有效而愉快地学习 　　你大概依然记得在你亲自敲出第一个“Hello world”程序并运行成功时的喜悦，那样的成就感助燃了你对编写程序浓厚的兴趣。随后你不断地学习，每学到新的语法都迫不及待地在计算机上调试运行，在调试的过程中克服困难，学到新知，并获得新的成就感。 　　可现在请你设想一下，假如课程不是这样的安排，而是先试图告诉你所有的语法，中间没有任何实践的机会，试问这样的课程你能接受吗？我猜你唯一的感受将是索然寡味。 　　原因何在？只是因为你不再有因为不断实践而获得的源源不断的成就感。而成就感是学习过程中快乐的源泉，没有了成就感，学习的愉快程度将大打折扣，效果于是也将变得不容乐观。 　　每个人都希望有效而且愉快的学习过程，可不幸的是，我们见到的操作系统课程十之八九令我们失望，作者喋喋不休地讲述着进程管理存储管理I/O控制调度算法，可我们到头来也没有一点的感性认识。我们好像已经理解却又好像一无所知。很明显，没有成就感，一点也没有。笔者痛恨这样的学习过程，也决不会重蹈这样的覆辙，让读者获得成就感将是本书的灵魂。 　　其实这本书完全可以称作一本回忆录，记载了笔者从开始不知道保护模式为何物到最终形成一个小小 　　OS的过程，这样的回忆录性质保证了章节的安排完全遵从操作的时间顺序，于是也就保证了每一步的可操作性，毫无疑问，顺着这样的思路走下来，每一章的成果都需要努力但又尽在眼前，步步为营是我 　　们的战术，成就感是我们的宗旨。 　　我们将从二十行代码开始，让我们最简单的操作系统婴儿慢慢长大，变成一个翩翩少年，而其中的每一步，你都可以在书中的指导下自己完成，不仅仅是看到，而是自己做到！你将在不断的实践中获得不断的成就感，笔者真心希望在阅读本书的过程中，你的学习过程可以变得愉快而有效。 　　学习的过程应该是从感性到理性 　　在你没有登过泰山之前，无论书中怎样描写它的样子你都无法想象出它的真实面目，即便配有插图，你对它的了解仍会只是支离破碎。毫无疑问，一千本对泰山描述的书都比不上你一次登山的经历。文学家的描述可能是华丽而优美的，可这样的描述最终产生的效果可能是你非去亲自登泰山不可。反过来想呢，假如你已经登过泰山，这样的经历产生的效果会是你想读尽天下描述泰山的书而后快吗？可能事实恰恰相反，你可能再也不想去看那些文字描述。 　　是啊，再好的讲述，又哪比得上亲身的体验？人们的认知规律本来如此，有了感性的认识，才能上升为理性的理论。反其道而行之只能是事倍功半。 　　如果操作系统是一座这样的大山，本书愿做你的导游，引领你进入它的门径。传统的操作系统书籍仅仅是给你讲述这座大山的故事，你只是在听讲，并没有身临其境，而随着这本书亲身体验，则好像置身于山门之内，你不但可以看见眼前的每一个细节，更是具有了走完整座大山的信心。 　　值得说明的是，本书旨在引路，不会带领你走完整座大山，但是有兴趣的读者完全可以在本书最终形成的框架的基础上容易地实现其他操作系统书籍中讲到的各种原理和算法，从而对操作系统有个从感性到理性的清醒认识。 　　暂时的错误并不可怕 　　当我们对一件事情的全貌没有很好理解的时候，很可能会对某一部分产生理解上的误差，这就是所谓的断章取义。很多时候断章取义是难免的，但是，在不断学习的过程中，我们会逐渐看到更多，了解更多，对原先事物的认识也会变得深刻甚至不同。 　　对于操作系统这样复杂的东西来说，要想了解所有的细节无疑是非常困难的，所以在实践的过程中，可能在很多地方，会有一些误解发生。这都没有关系，随着了解的深入，这些误解总会得到澄清，到时你会发现，自己对某一方面已经非常熟悉了，这时的成就感，一定会让你感到非常愉悦。 　　本书内容的安排遵从的是代码编写的时间顺序，它更像是一本开发日记，所以在书中一些中间过程不完美的产物被有意保留了下来，并会在以后的章节中对它们进行修改和完善，因为笔者认为，一些精妙的东西背后，一定隐藏着很多中间的产物，一个伟大的发现在很多情况下可能不是天才们刹那间的灵光一闪，背后也一定有着我们没有看到的不伟大甚至是谬误。笔者很想追寻前辈们的脚步，重寻他们当日的足迹。做到这一点无疑很难，但即便无法做到，只要能引起读者的一点思索，也是本书莫大的幸事。 　　挡住了去路的，往往不是大树，而是小藤 　　如果不是亲身去做，你可能永远都不知道，困难是什么。 　　就好像你买了一台功能超全的微波炉回家，研究完了整本说明书，踌躇满志想要烹饪的时候，却突然发现家里的油盐已经用完。而当时已经是晚上十一点，所有的商店都已经关门，你气急败坏，简直想摸起铁勺砸向无辜的微波炉。 　　研究说明书是没有错的，但是在没开始之前，你永远都想不到让你无法烹饪的原因居然是十块钱一瓶的油和一块钱一袋的更加微不足道的盐。你还以为困难是微波炉面板上密密麻麻的控制键盘。 　　其实做其他事情也是一样的，比如写一个操作系统，即便一个很小的可能受理论家们讥笑的操作系统雏形，仍然可能遇到一大堆你没有想过的问题，而这些问题在传统的操作系统书籍中根本没有提到。所以唯一的办法，便是亲自去做，只有实践了，才知道是怎么回事。 　　术篇 　　用到什么再学什么 　　我们不是在考试，我们只是在为了自己的志趣而努力，所以就让我们忠于自己的喜好吧，不必为了考试而看完所有的章节，无论那是多么的乏味。让我们马上投入实践，遇到问题再图解决的办法。笔者非常推崇这样的学习方法： 　　实践 →遇到问题 →解决问题 →再实践 　　因为我们知道我们为什么学习，所以我们才会非常投入；由于我们知道我们的目标是解决什么问题，所以我们才会非常专注；由于我们在实践中学习，所以我们才会非常高效。而最有趣的是，最终你会发现你并没有因为选择这样的学习方法而少学到什么，相反，你会发现你用更少的时间学到更多的东西，并且格外的扎实。 　　只要用心，就没有学不会的东西 　　笔者还清楚地记得刚刚下载完 Intel Architecture Software Developer Manual那三个可怕的 PDF文件时的心情，那时心里暗暗嘀咕，什么时候才能把这些东西读懂啊！可是突然有一天，当这些东西真的已经被基本读完的时候，我想起当初的畏惧，时间其实并没有过去多少。 　　所有的道理都是相通的，没有什么真正可怕，尤其是，我们所做的并非创造性的工作，所有的问题前人都曾经解决，所以我们更是无所畏惧，更何况我们不仅有书店，而且有互联网，动动手脚就能找到需要的资料，我们只要认真研究就够了。 　　所以当遇到困难时，请静下心来，慢慢研究，因为只要用心，就没有学不会的东西。 　　适当地囫囵吞枣 　　如果囫囵吞枣仅仅是学习的一个过程而非终点，那么它并不一定就是坏事。大家都应该听说过鲁迅先生学习英语的故事，他建议在阅读的过程中遇到不懂的内容可以忽略，等到过一段时间之后，这些问题会自然解决。 　　在本书中，有时候可能先列出一段代码，告诉你它能完成什么，这时你也可以大致读过，因为下面会有对它详细的解释。第一遍读它的时候，你只要了解大概就够了。 　　 本书的原则 　　1.宁可啰嗦一点，也不肯漏掉细节 　　在书中的有些地方，你可能觉得有些很“简单”的问题都被列了出来，甚至显得有些啰嗦，但笔者宁可让内容写得啰嗦点，因为笔者自己在读书的时候有一个体验，就是有时候一个问题怎么也想不通，经过很长时间终于弄明白的时候才发现原来是那么“简单”。可能作者认为它足够简单以至于可以跳过不提，但读者未必那么幸运一下子就弄清楚。 　　不过本书到后面的章节，如果涉及的细节是前面章节提到过的，就有意地略过了。举个非常简单的例子，开始时本书会提醒读者增加一个源文件之后不要忘记修改Makefile，到后来就假定读者已经熟悉了这个步骤，可能就不再提及了。 　　2.努力做到平易近人 　　笔者更喜欢把本书称作一本笔记或者学习日志，不仅仅是因为它基本是真实的学习过程的再现，而且笔者不想让它有任何居高临下甚至是晦涩神秘的感觉。如果有一个地方你觉得书中没有说清楚以至于你没有弄明白，请你告诉我，我会在以后做出改进。 3.代码注重可读性但不注重效率 　　本书的代码力求简单易懂，在此过程中很少考虑运行的效率。一方面因为书中的代码仅仅供学习之用，暂时并不考虑实际用途；另一方面笔者认为当我们对操作系统足够了解之后再考虑效率的问题也不迟。 　　本书附带光盘说明 　　本书附带光盘中有本书用到的所有源代码。值得一提的是，其中不止包含完整的操作系统代码，还包含各个步骤的中间产物。换句话说，开发中每一步骤的代码，都可在光盘中单独文件夹中找到。举例说明，书的开篇介绍引导扇区，读者在相应文件夹中就只看到引导扇区的代码；第 9章介绍文件系统，在相应文件夹中就不会包含第 10章内存管理的代码。在任何一个步骤对应的文件夹中，都包含一个完整可编译运行的代码树，以方便读者试验之用。这样在学习的任何一个阶段，读者都可彻底了解阶段性成果，且不必担心受到自己还未学习的内容的影响，从而使学习不留死角。 　　在书的正文中引用的代码会标注出出自哪个文件。以“chapter5/b/bar.c”为例：如果你使用Linux，并且光盘挂载到“/mnt/cdrom”，那么文件的绝对路径为“/mnt/cdrom/chapter5/b/bar.c”；如果你使用Windows，并且光盘是 X:盘，那么文件的绝对路径为“X:nchapter5nbnbar.c”。 目 录 　　上 篇 　　第1章 马上动手写一个最小的“操作系统” 2 　　1.1 准备工作 2 　　1.2 十分钟完成的操作系统 3 　　1.3 引导扇区 4 　　1.4 代码解释 4 　　1.5 水面下的冰山 6 　　1.6 回顾 7 　　第2章 搭建你的工作环境 8 　　2.1 虚拟计算机Bochs 8 　　2.1.1 Bochs初体验 8 　　2.1.2 Bochs的安装 9 　　2.1.3 Bochs的使用 10 　　2.1.4 用Bochs调试操作系统 12 　　2.2 QEMU 15 　　2.3 平台之争：Windows还是*nix 16 　　2.4 GNU/Linux下的开发环境 20 　　2.5 Windows下的开发环境 22 　　2.6 总结 23 　　第3章 保护模式（Protect Mode） 25 　　3.1 认识保护模式 25 　　3.1.1 保护模式的运行环境 29 　　3.1.2 GDT（Global Descriptor Table） 31 　　3.1.3 实模式到保护模式，不一般的jmp 33 　　3.1.4 描述符属性 35 　　3.2 保护模式进阶 38 　　3.2.1 海阔凭鱼跃 38 　　3.2.2 LDT（Local Descriptor Table） 44 　　3.2.3 特权级概述 48 　　3.2.4 特权级转移 51 　　3.2.5 关于“保护”二字的一点思考 65 　　3.3 页式存储 65 　　3.3.1 分页机制概述 66 　　3.3.2 编写代码启动分页机制 67 　　3.3.3 PDE和PTE 68 　　3.3.4 cr3 71 　　3.3.5 回头看代码 72 　　3.3.6 克勤克俭用内存 73 　　3.3.7 进一步体会分页机制 81 　　3.4 中断和异常 87 　　3.4.1 中断和异常机制 87 　　3.4.2 外部中断 90 　　3.4.3 编程操作8259A 91 　　3.4.4 建立IDT 94 　　3.4.5 实现一个中断 95 　　3.4.6 时钟中断试验 96 　　3.4.7 几点额外说明 98 　　3.5 保护模式下的I/O 100 　　3.5.1 IOPL 100 　　3.5.2 I/O许可位图（I/O Permission Bitmap） 100 　　3.6 保护模式小结 101 　　第4章 让操作系统走进保护模式 102 　　4.1 突破512字节的限制 102 　　4.1.1 FAT12 103 　　4.1.2 DOS可以识别的引导盘 108 　　4.1.3 一个最简单的Loader 108 　　4.1.4 加载Loader入内存 109 　　4.1.5 向Loader交出控制权 116 　　4.1.6 整理boot.asm 116 　　4.2 保护模式下的“操作系统” 117 　　第5章 内核雏形 119 　　5.1 在Linux下用汇编写Hello World 119 　　5.2 再进一步，汇编和C同步使用 120 　　5.3 ELF（Executable and Linkable Format） 123 　　5.4 从Loader到内核 127 　　5.4.1 用Loader加载ELF 127 　　5.4.2 跳入保护模式 131 　　5.4.3 重新放置内核 137 　　5.4.4 向内核交出控制权 142 　　5.5 扩充内核 143 　　5.5.1 切换堆栈和GDT 144 　　5.5.2 整理我们的文件夹 148 　　5.5.3 Makefile 149 　　5.5.4 添加中断处理 155 　　5.5.5 两点说明 168 　　5.6 小结 169 　　第6章 进程 171 　　6.1 迟到的进程 171 　　6.2 概述 171 　　6.2.1 进程介绍 172 　　6.2.2 未雨绸缪——形成进程的必要考虑 172 　　6.2.3 参考的代码 173 　　6.3 最简单的进程 174 　　6.3.1 简单进程的关键技术预测 175 　　6.3.2 第一步——ring0→ring1 178 　　6.3.3 第二步——丰富中断处理程序 189 　　6.4 多进程 200 　　6.4.1 添加一个进程体 200 　　6.4.2 相关的变量和宏 200 　　6.4.3 进程表初始化代码扩充 202 　　6.4.4 LDT 203 　　6.4.5 修改中断处理程序 203 　　6.4.6 添加一个任务的步骤总结 206 　　6.4.7 号外：Minix的中断处理 207 　　6.4.8 代码回顾与整理 212 　　6.5 系统调用 220 　　6.5.1 实现一个简单的系统调用 222 　　6.5.2 get_ticks的应用 227 　　6.6 进程调度 232 　　6.6.1 避免对称——进程的节奏感 232 　　6.6.2 优先级调度总结 240 　　第7章 输入/输出系统 242 　　7.1 键盘 242 　　7.1.1 从中断开始——键盘初体验 242 　　7.1.2 AT、PS/2键盘 243 　　7.1.3 键盘敲击的过程 244 　　7.1.4 用数组表示扫描码 248 　　7.1.5 键盘输入缓冲区 251 　　7.1.6 用新加的任务处理键盘操作 253 　　7.1.7 解析扫描码 254 　　7.2 显示器 263 　　7.2.1 初识TTY 264 　　7.2.2 基本概念 264 　　7.2.3 寄存器 267 　　7.3 TTY任务 270 　　7.3.1 TTY任务框架的搭建 272 　　7.3.2 多控制台 277 　　7.3.3 完善键盘处理 281 　　7.3.4 TTY任务总结 288 　　7.4 区分任务和用户进程 289 　　7.5 printf 291 　　7.5.1 为进程指定TTY 292 　　7.5.2 printf()的实现 292 　　7.5.3 系统调用write() 294 　　7.5.4 使用printf() 296 　　下 篇 　　第8章 进程间通信 300 　　8.1 微内核还是宏内核 300 　　8.1.1 Linux的系统调用 302 　　8.1.2 Minix的系统调用 303 　　8.1.3 我们的选择 305 　　8.2 IPC 306 　　8.3 实现IPC 306 　　8.3.1 assert()和panic() 309 　　8.3.2 msg_send()和msg_receive() 313 　　8.3.3 增加消息机制之后的进程调度 321 　　8.4 使用IPC来替换系统调用get_ticks 322 　　8.5 总结 324 　　第9章 文件系统 325 　　9.1 硬盘简介 325 　　9.2 硬盘操作的I/O 端口 326 　　9.3 硬盘驱动程序 327 　　9.4 文件系统 337 　　9.5 硬盘分区表 338 　　9.6 设备号 344 　　9.7 用代码遍历所有分区 347 　　9.8 完善硬盘驱动程序 352 　　9.9 在硬盘上制作一个文件系统 355 　　9.9.1 文件系统涉及的数据结构 356 　　9.9.2 编码建立文件系统 358 　　9.10 创建文件 366 　　9.10.1 Linux下的文件操作 366 　　9.10.2 文件描述符（file descriptor） 367 　　9.10.3 open() 369 　　9.11 创建文件所涉及的其他函数 377 　　9.11.1 strip_path() 377 　　9.11.2 search_file() 378 　　9.11.3 get_inode()和sync_inode() 379 　　9.11.4 init_fs() 381 　　9.11.5 read_super_block()和get_super_block() 382 　　9.12 关闭文件 383 　　9.13 查看已创建的文件 384 　　9.14 打开文件 386 　　9.15 读写文件 387 　　9.16 测试文件读写 390 　　9.17 文件系统调试 393 　　9.18 删除文件 395 　　9.19 插曲：奇怪的异常 401 　　9.20 为文件系统添加系统调用的步骤 403 　　9.21 将TTY纳入文件系统 404 　　9.22 改造printf 411 　　9.23 总结 413 　　第10章 内存管理 414 　　10.1 fork 414 　　10.1.1 认识fork 414 　　10.1.2 fork前要做的工作（为fork所做的准备） 417 　　10.1.3 fork()库函数 421 　　10.1.4 MM 421 　　10.1.5 运行 427 　　10.2 exit和wait 427 　　10.3 exec 432 　　10.3.1 认识exec 433 　　10.3.2 为自己的操作系统编写应用程序 434 　　10.3.3 “安装”应用程序 436 　　10.3.4 实现exec 442 　　10.4 简单的shell 447 　　10.5 总结 449 　　第11章 尾声 451 　　11.1 让mkfs()只执行一次 451 　　11.2 从硬盘引导 455 　　11.2.1 编写硬盘引导扇区和硬盘版loader 455 　　11.2.2 “安装”hdboot.bin和hdldr.bin 461 　　11.2.3 grub 461 　　11.2.4 小结 463 　　11.3 将OS安装到真实的计算机 465 　　11.3.1 准备工作 465 　　11.3.2 安装Linux 466 　　11.3.3 编译源代码 466 　　11.3.4 开始安装 467 　　11.4 总结 467 　　参考文献 470 解密《一个操作系统的实现》这本书 5 月 18 日见到了《 Orange'S ：一个操作系统的实现》的样书，多少有些激动。想一想前一版本《自己动手写操作系统》是那么畅销，这一本一定不能含糊。整个出版过程我能看到作者于渊为此付出的努力，还在自己排版的过程有深入体会，通过于渊的讲座也让博文视点的员工分享到他在排版过程中的很多心得。 应该有几万个朋友读过《自己动手写操作系统》了，本书的第 2 版《 Orange'S ：一个操作系统的实现》出来肯定有非常多的朋友想问，这两本书到底有何区别呢？就此博文视点对本书作者于渊进行了简单的采访。 * 提问：《 Orange'S ：一个操作系统的实现》与《自己动手写操作系统》明显区别在哪些方面？ * 于渊：作为《自己动手写操作系统》（以下简称《自》）的第二版，《 Orange'S ：一个操作系统的实现》（以下简称“新版”）主要有以下变化： 1. 书中示例操作系统的名字改为 Orange'S 2. 书名改为《 Orange'S ：一个操作系统的实现》 3. 增加了有关 IPC 、 FS 、 MM 等内容 4. 将默认开发平台改为 GNU/Linux ，同时兼顾 Windows 5. 更改了排版工具，并使用技术手段增加书的可读性，比如代码行号的运用 6. 建立专门网站以服务读者 7. 建立专门讨论区供读者交流 读过《自己动手写操作系统》的读者一定知道，其中默认使用 Windows 作为开发平台，同时使用虚拟机来编译及运行自己的 OS ，在新版中这一点发生了变化（如上述第 4 条所述），具体的变化原因在书中第二章有详细的叙述。虽然开发平台是第二位的事情，但书中的默认平台却不免影响到叙述细节，所以，如果读者基于自己的原因坚持在 Windows 上开发（可能的原因或许有对 Linux 不熟悉、需要边开发操作系统边登录某些网上银行等等），则可能对读到的内容进行一点点额外加工。当然，所需的额外加工是少量的，而且在第二章中也有专门的文字介绍如何在两种平台下搭建工作环境。此外，如果读者不介意花钱，还可以同时购买《自己动手写操作系统》和新版，相互参照阅读。 * 提问：《 Orange'S ：一个操作系统的实现》与《自己动手写操作系统》相比是否有所增加吗？增加了多少内容量呢？ 于渊：新版的内容是有增加的，新增文字约占整本书的三分之一，《 Orange'S ：一个操作系统的实现》新增代码则是《自己动手写操作系统》中代码的数倍。这些新增的内容，读者只能从新版中获得。目前并未有将新增内容单独成书的打算，所以读者即便仅想阅读第八章以后的内容，也需要购买整本《 Orange'S ：一个操作系统的实现》。已经购买了《自己动手写操作系统》的读者可能觉得有点浪费，但事实并不如此，因为《自己动手写操作系统》的内容经过了重新排版、修订和编辑（比如代码格式进行了重排，更方便与光盘中的文件对照阅读，以及其中所有的矢量图都用 pgf/TikZ 重新绘制等）笔者倾注的心血使得新版的感官已经大为不同，读者一看便知。 * 提问：在《自己动手写操作系统》大卖的时候，您是否想过会有第二版出版呢？ * 于渊：坦白讲，我在写作《自》的时候，并没有想过今天会有一个第二版。原因在于，我希望这本书是用来填补空白的，而不是重复去做别人已经做得很好的事情。所谓填补空白，具体说就是让像我一样的操作系统爱好者在读完本书之后，能够有信心去读其他比较流行的开源的操作系统代码，有能力从零开始自己动手写操作系统，而这个任务第一版已经完成了。 * 提问：那么为什么又写作了第二版呢？ * 于渊：原因有几个方面。第一，虽然第一版未曾涉及的进程间通信、文件系统等内容在许多书中都有讲解，但阅读的时候还是感觉有语焉不详的通病，作者本人可能很清楚原委，但写得太简略，以至于读者看来未必清晰。第二，我自己想把这个圈画圆。第一版的书虽然完成了它的使命，但毕竟到书的结尾，读者看到的不是一个真正的操作系统，它没有文件系统，没有内存管理，什么也干不了。在第二版中，你将会看到，你已经可以通过交叉编译的方式为我们的实验性 OS 编写应用程序了，也就是说，它已经具备操作系统的基本功能，虽然仍然极其简陋，但第一个圈，毕竟是已经圆起来了。第三，实践类的操作系统书籍还是太少了，以至于你要想看看别人是怎么做的，除了读以《操作系统：设计与实现》为代表的极少数书籍之外，就是一头扎进源代码中，而结果有时相当令人气馁。我自己也气馁过，所以我在第二版中，仍然试图把话说细一点，把自己的经验拿出来分享。而且我选择我能想到的最精简的设计，以便让读者不至于陷入太多细节而无法看到全貌。我想这是本书可能具有的价值所在──简化的易懂的设计，还有尽量详细的文字。 * 提问：这本书为何不考虑用 WORD 排版？ * 于渊：新版的排版是我用 LaTeX 自己完成的。在排版中我花了一些工夫，因为我希望读者购买的首先是一本易于阅读且赏心悦目的书，其次才是编写操作系统的方法。另外，书中列出的代码均由我自己编写的程序自动嵌入 LaTeX 源文件，从而严格保证书和光盘的一致性，读者可以根据文件名和行号方便地找到光盘中代码的准确位置。 * 提问：第二版还有哪些区别呢？ Orange'S 这个名字很特别，有什么寓意吗？ * 于渊：新版中还有一些小的变化。首先是操作系统的名字改变了，原因在于虽然我们的试验性 OS 从前辈们那里借鉴了很多东西，但其各个部分的设计（比如文件系统和内存管理）往往有其独特之处，所以我将原先的 Tinix （本意为 TryMinix ）改成了新名字 Orange'S （这个名字来自于我的妻子），以表示它们的不同。另外，书中的代码风格，有些地方也做了调整。 新版中，原先的叙述风格都尽量地得以贯彻，而在表现形式上，新版用了更多心思，我相信读者能在其中发现这些特点：关注动手细节，探寻代码背后的故事，结果与过程兼顾，内容与形式并重。加上专门为本书建立的网站和讨论区，我相信读者能更容易地阅读，更轻松地学习。
自己动手写操作系统(含源代码).part1
内容简介 　　本书从只有二十行的引导扇区代码出发，一步一步地向读者呈现一个操作系统框架的完成过程。书中不仅关注代码本身，同时关注完成这些代码的思路和过程。本书不同于其他的理论型书籍，而是提供给读者一个动手实践的路线图。读者可以根据路线图逐步完成各部分的功能，从而避免了一开始就面对整个操作系统数万行代码时的迷茫和挫败感。书中讲解了大量在开发操作系统中需注意的细节问题，这些细节不仅能使读者更深刻地认识操作系统的核心原理，而且使整个开发过程少走弯路。本书分上下两篇，共11章。其中每一章都以前一章的工作成果为基础，实现一项新的功能。而在章的内部，一项大的功能被分解成许多小的步骤，通过完成每个小的步骤，读者可以不断获得阶段性的成果，从而让整个开发过程变得轻松并且有趣。 　　本书适合各类程序员、程序开发爱好者阅读，也可作为高等院校操作系统课程的实践参考书。 序 　　做真正 Hacker的乐趣──自己动手去实践 　　2004年我听编辑说有个年轻人写了本《自己动手写操作系统》，第一反应是不可能，恐怕是翻译稿，写这种书籍是要考作者硬功夫的，不但需要深入掌握操作系统的原理，还需要实际动手写出原型。 　　历史上的 Linux就是这么产生的，Linus Torvalds当时是一名赫尔辛基大学计算机科学系的二年级学生，经常要用自己的电脑去访问大学主机上的新闻组和邮件，为了方便读写和下载文件，他自己编写了磁盘驱动程序和文件系统，这成为了 Linux第一个内核的雏形。 　　我想中国有能力写出内核原型的程序员应该也有，但把这个题目写成一本书，感觉上不会有人愿意做这件事情，作者要花很多时间，加上主题比较硬，销售量不会太高，经济上回报有限。 　　但拿来文稿一看，整个编辑部大为惊艳，内容文笔俱佳，而且绝对原创，马上决定在《程序员》连载。2005年博文视点出版的第一版也广受好评。 　　不过有很多读者还是质疑：现在软件编程主要领域是框架和应用，还需要了解操作系统底层吗？ 　　经过四年的磨练成长，于渊又拿出第二版的书稿《Orange'S：一个操作系统的实现》，这本书是属于真正 Hacker的。我虽然已经有多年不写代码了，但看这本书的时候，让我又重新感受到做程序员的乐趣：用代码建设属于自己的系统，让电脑听从自己的指令，对系统的每个部分都了如指掌。 　　黑客（hacker）实际是褒义词，维基百科的解释是喜欢用智力通过创造性方法来挑战脑力极限的人，特别是他们所感兴趣的领域，例如软件编程或电气工程。个人电脑、软件和互联网等划时代的产品都是黑客创造出来的，如苹果的 Apple电脑、微软的 Basic解释器、互联网的 Mosaic浏览器。 　　回答前面读者的质疑，学软件编程并不需要看这本书，想成为优秀程序员和黑客的朋友，我强烈建议你花时间来阅读这本书，并亲自动手实践。正如于渊在本书结尾中所说“我们写自己的操作系统是出于一种好奇，或者说一种求知欲。我希望这样不停地‘过把瘾’能让这种好奇不停地延续”。 　　好奇心是动力的源泉，追究问题的本质是优秀黑客的必备素质，只有充分掌握了系统原理，才能在技术上游刃有余，才能有真正的创新和发展。中国需要更多真正的黑客，也希望更多的程序员能享受属于黑客的创造乐趣。 　　蒋涛 　　2009年 4月 作者自序 　　本书是《自己动手写操作系统》的第二版，通过一个具体的实例向读者呈现一个操作系统雏形的实现过程。有关操作系统的书籍资料可以找到很多，但是关注如何帮助读者实现一个试验性操作系统的书籍却不多见，本书便是从一个简单的引导扇区开始，讲述一个操作系统成长的故事，以作读者参考之用。 　　本书面向实践，通过具体实例教读者开发自己的操作系统。书中的步骤遵循由小到大、由浅入深的顺序，跟随这些步骤，读者可以由一个最简单的引导扇区开始，逐渐完善代码，扩充功能，最后形成一个小的操作系统。 　　本书不仅介绍操作系统的各要素，同时涉及开发操作系统需要的各个方面，比如如何建立开发环境、如何调试以及如何在虚拟机中运行等。书中的实例操作系统采用IA32作为默认平台，所以保护模式也作为必备知识储备收入书中，而这是传统的操作系统实践书籍经常忽略的。总之，只要是开发自己的操作系统中需要的知识，书中都尽量涉及，以便于读者参考。 　　众所周知，一个成型的操作系统往往非常复杂。如果考虑到操作系统作为软硬件桥梁的特殊地位，那么它可能看上去比一般的软件系统更难理解，因为其核心部分往往包含许多直接针对CPU、内存和 I/O端口的操作，它们夹杂在一片代码汪洋之中，显得更加晦涩。 　　我们有许多源代码公开的操作系统，可供随时下载和阅读，看上去好像让实现一个供自己把玩的微型操作系统变得容易很多，但事实往往不尽人意，因为这些代码动辄上万甚至几十几百万行，而且细节之间经常互相关联，要理解它们着实不易。我们有许多容易得到的操作系统教程，但读来好像总觉得跟我们有隔膜，不亲近。造成这些的根本原因，在于学习者一开始就面对一个完整的操作系统，或者面对前辈们积累了几十年的一系列理论成果。而无论作者多么擅长写作，读者多么聪明，或者代码多么优秀，要一个初学者理清其中的头绪都将是非常困难的。 　　我并非在此危言耸听，因为这曾经是我的亲身体会。当然，如果只是为了考试，几本操作系统理论书籍就足够了，你不需要对细节那么清楚。但如果是出于兴趣呢？如果你是想编写自己的操作系统呢？你会发现理论书籍好像一下子变得无用武之地，你会发现任何一个细节上的理解错误都可能导致自己辛辛苦苦编写的代码运行异常甚至崩溃。 　　我经历过这一切！我曾经翻遍了一本《操作系统：设计与实现》，也没有找到实现一个操作系统应该从何处着手。并不是这些书不好，也不是前人的代码不优秀，而是作为一无所知的初学者，我们所不了解的不仅是高居庙堂的理论知识，还有让我们举步维艰的实践细节。 　　可能在这些教科书作者的眼里，操作的细节不属于课程的一部分，或者这些细节看上去太容易，根本不值一提，甚至作者认为这些属于所谓“经验”的一部分，约定俗成是由读者本人去摸索的。但是实际情况往往是，这些书中忽略掉的内容恰恰占去了一个初学者大部分的时间，甚至影响了学习的热情。 　　我至今仍记得当我开始编写自己的操作系统时所遭受的挫败感，那是一种不知道如何着手的无助的感觉。还好我坚持了下来，克服了各种困难，并完成了自己的操作系统雏形。 　　进而我想到，一定不只是我一个人对编写自己的操作系统怀有兴趣，也一定不只是我一个人在实践时遇到困难。或许我应该把自己的经历写下来，从而可以帮助跟我相似的后来者，就这样，我编写了本书的第一版，也就是《自己动手写操作系统》。我相信，如果你也对神奇的计算机世界充满好奇，并且希望通过自己编写操作系统的方式来了解背后发生的故事，那么你一定可以在这本书中得到一些帮助。而假如你真的因为我的书而重新燃起实践的热情，从而开始一段操作系统旅程，我将会感到非常高兴。 　　不过我得坦白，在写作《自己动手写操作系统》的时候，我并不敢期待它能引起多少反响，一方面因为操作系统并不是时尚的话题，另一方面我也是走在学习的路上，或许只是比读者早走了一小步而已。然而出乎我的意料，它面世后重印多次，甚至一度登上销量排行榜的榜首，这让我觉得它的确有一定的参考价值，我要借此机会感谢所有支持我的读者。 　　在我写作《自己动手写操作系统》的时候，并没有想过今天会有一个第二版。原因在于，我希望这本书是用来填补空白的，而不是重复去做别人已经做得很好的事情。所谓填补空白，具体说就是让像我一样的操作系统爱好者在读完本书之后，能够有信心去读其他比较流行的开源的操作系统代码，有能力从零开始自己动手写操作系统，而这个任务第一版已经完成了。 　　那么为什么我又写作了第二版呢？原因有几个方面。第一，虽然第一版未曾涉及的进程间通信、文件系统等内容在许多书中都有讲解，但阅读的时候还是感觉有语焉不详的通病，作者本人可能很清楚原委，但写得太简略，以至于读者看来未必清晰。第二，我自己想把这个圈画圆。第一版的书虽然完成了它的使命，但毕竟到书的结尾，读者看到的不是一个真正的操作系统，它没有文件系统，没有内存管理，什么也干不了。在第二版中，你将会看到，你已经可以通过交叉编译的方式为我们的实验性 OS编写应用程序了，也就是说，它已经具备操作系统的基本功能，虽然仍然极其简陋，但第一个圈，毕竟是已经圆起来了。第三，实践类的操作系统书籍还是太少了，以至于你要想看看别人是怎么做的，除了读以《操作系统：设计与实现》为代表的极少数书籍之外，就是一头扎进源代码中，而结果有时相当令人气馁。我自己也气馁过，所以我在第二版中，仍然试图把话说细一点，把自己的经验拿出来分享。而且我选择我能想到的最精简的设计，以便让读者不至于陷入太多细节而无法看到全貌。我想这是本书可能具有的价值所在──简化的易懂的设计，还有尽量详细的文字。 　　在这一版中，内容被划分成上下两篇。上篇基本上是第一版的修订，只是做了一个调整，那便是在兼顾 Windows和Linux两方面用户的基础上，默认在Linux下建立开发环境来编写我们的操作系统。至于这样做的原因，在本书第 2章有比较详细的说明。当然，开发环境毕竟是第二位的，书中讲述的内容以及涉及的代码跟第一版都是一致的。本书的下篇全部都是新鲜内容，主要是增加了进程间通信、文件系统和内存管理。跟第一版的做法相同，下篇仍然不仅关注结果，更加致力于将形成一个结果的过程呈现出来。与此同时，由于本书旨在分享和引路，所以尽可能地简化了设计，以便将最重要的部分凸显出来。读者将看到，一个操作系统的文件系统和内存管理可以简陋到什么程度。简陋不是缺点，对于我们初学者而言，正是需要从简陋入手。换言之，如果你已经对实现一个操作系统有了一定的经验，那么这本书可能不适合你。这本书适合从来没有编写过操作系统的初学者。 　　本书的排版是我用L ATEX自己完成的。在排版中我花了一些工夫，因为我希望读者购买的首先是一本易于阅读且赏心悦目的书，其次才是编写操作系统的方法。另外，书中列出的代码均由我自己编写的程序自动嵌入L ATEX源文件，从而严格保证书和光盘的一致性，读者可以根据文件名和行号方便地找到光盘中 　　代码的准确位置。 　　此外，在第二版中还有一些小的变化。首先是操作系统的名字改变了，原因在于虽然我们的试验性 　　OS从前辈们那里借鉴了很多东西，但其各个部分的设计（比如文件系统和内存管理）往往有其独特之处，所以我将原先的 Tinix（本意为 TryMinix）改成了新名字Orange ’S（这个名字来自于我的妻子 ,），以表示它们的不同。另外，书中的代码风格，有些地方也做了调整。 　　我想，虽然第二版有着这样那样的变化，但有一点没有变，那就是本书试图将我在编写自己操作系统的过程中的经验尽可能地告诉读者，同时尽可能将我当初的思路和编码过程呈现出来。很可能读者比我更聪明，有更好的解决问题的方法，但无论如何，我认为我自己的经验可以为读者所借鉴。如果真是如 　　此，我将会非常欣慰。 　　在第二版的编写过程中，我同样要感谢许多人。感谢我的父母和爷爷对我的爱，并希望爷爷不要为我担心，写书是件辛苦的事，但同时也使我收获良多。爸爸在第二版的最后阶段帮我订正文字，这本书里有你的功劳。我要感谢博文视点的各位朋友，感谢郭老师的理解和支持，感谢李玲的辛勤工作，感谢江立和李冰，你们的高效让我非常钦佩。我还要感谢孟岩老师，你给我的鼓励我一直记在心里。我要感谢我的挚友郭洪桥，不仅仅因为你在技术上给我的帮助，更加因为你在精神上给我的支持。感谢我的同事和朋友张会昌，你在技术上的广度和深度总令我钦佩。另外，在第一版中帮助我的人，我要再次谢谢你们，因为没有第一版，也就没有第二版。 　　在所有人中我最应该感谢和最想感谢的，是我的妻子黄丹红，感谢你给我的所有建议，还有你帮我画的图。尤其是，当这本书在我预想的时间内没有完成的时候，当我遇到困难迟迟不能解决的时候，你总在一旁给我鼓励，在你那里，我从来都能感觉到一种温暖，我深知，如果没有你的支持，我无法坚持下来将书写完。谢谢你，这本书同样属于你。 　　跟第一版相比，这本书涉及的内容触及操作系统设计的更多方面，而由于笔者的水平实在有限，难免有纰漏甚至错误。如果读者有任何的问题、意见或建议，请登录http://www.osfromscratch.org，让我们共同探讨，共同进步。 　　本书导读 　　这本书适合谁 　　本书是一本操作系统实践的技术书籍。对于操作系统技术感兴趣，想要亲身体验编写操作系统过程的实践主义者，以及Minix、Linux源代码爱好者，都可以在本书中得到实践中所需的知识和思路。 　　本书以“动手写”为指导思想，只要是跟“动手写”操作系统有关的知识，都作为介绍对象加以讨论，所以，从开发环境的搭建，到保护模式，再到IBMPC中有关芯片的知识，最后到操作系统本身的设计实现，都能在本文中找到相应介绍。所以如果你也想亲身实践的话，本书可以省去你在书店和互联网寻找相应资料的过程，使你的学习过程事半功倍。在读完本书后，你不但可以获得对于操作系统初步的感性认识，并且对 IBMPC的接口、IA架构之保护模式，以及操作系统整体上的框架都将会有一定程度的了解。 　　笔者相信，当你读完本书之后，如果再读那些纯理论性的操作系统书籍，所获得的体验将会完全不同，因为那些对你而言不再是海市蜃楼。 　　对于想阅读 Linux源代码的操作系统爱好者，本书可以提供阅读前所必要的知识储备，而这些知识储备不但在本书中有完整的涉及，而且在很多 Linux书籍中是没有提到的。 　　特别要提到的是，对于想通过阅读 Andrew S. Tanenbaum和 Albert S. Woodhull的《操作系统：设计与实现》来学习操作系统的读者，本书尤其适合作为你的引路书籍，因为它翔实地介绍了初学者入门时所必需的知识积累，而这些知识在《操作系统：设计与实现》一书中是没有涉及的，笔者本人是把这本书作为写操作系统的主要参考书籍之一，所以在本书中对它多有借鉴。 　　你需要什么技术基础 　　在本书中所用到的计算机语言只有两种：汇编和 C语言。所以只要你具备汇编和 C语言的经验，就可以阅读本书。除对操作系统常识性的了解（比如知道中断、进程等概念）之外，本书不假定读者具备其他任何经验。 　　如果你学习过操作系统的理论课程，你会发现本书是对于理论的吻合和补充。它是从实践的角度为你展现一幅操作系统画面。 　　书中涉及了 Intel CPU保护模式、Linux命令等内容，到时候会有尽可能清晰的讲解，如果笔者认为某些内容可以通过其他教材系统学习，会在书中加以说明。 　　另外，本书只涉及 Intel x86平台。 　　统一思想——让我们在这些方面达成共识 　　道篇 　　让我们有效而愉快地学习 　　你大概依然记得在你亲自敲出第一个“Hello world”程序并运行成功时的喜悦，那样的成就感助燃了你对编写程序浓厚的兴趣。随后你不断地学习，每学到新的语法都迫不及待地在计算机上调试运行，在调试的过程中克服困难，学到新知，并获得新的成就感。 　　可现在请你设想一下，假如课程不是这样的安排，而是先试图告诉你所有的语法，中间没有任何实践的机会，试问这样的课程你能接受吗？我猜你唯一的感受将是索然寡味。 　　原因何在？只是因为你不再有因为不断实践而获得的源源不断的成就感。而成就感是学习过程中快乐的源泉，没有了成就感，学习的愉快程度将大打折扣，效果于是也将变得不容乐观。 　　每个人都希望有效而且愉快的学习过程，可不幸的是，我们见到的操作系统课程十之八九令我们失望，作者喋喋不休地讲述着进程管理存储管理I/O控制调度算法，可我们到头来也没有一点的感性认识。我们好像已经理解却又好像一无所知。很明显，没有成就感，一点也没有。笔者痛恨这样的学习过程，也决不会重蹈这样的覆辙，让读者获得成就感将是本书的灵魂。 　　其实这本书完全可以称作一本回忆录，记载了笔者从开始不知道保护模式为何物到最终形成一个小小 　　OS的过程，这样的回忆录性质保证了章节的安排完全遵从操作的时间顺序，于是也就保证了每一步的可操作性，毫无疑问，顺着这样的思路走下来，每一章的成果都需要努力但又尽在眼前，步步为营是我 　　们的战术，成就感是我们的宗旨。 　　我们将从二十行代码开始，让我们最简单的操作系统婴儿慢慢长大，变成一个翩翩少年，而其中的每一步，你都可以在书中的指导下自己完成，不仅仅是看到，而是自己做到！你将在不断的实践中获得不断的成就感，笔者真心希望在阅读本书的过程中，你的学习过程可以变得愉快而有效。 　　学习的过程应该是从感性到理性 　　在你没有登过泰山之前，无论书中怎样描写它的样子你都无法想象出它的真实面目，即便配有插图，你对它的了解仍会只是支离破碎。毫无疑问，一千本对泰山描述的书都比不上你一次登山的经历。文学家的描述可能是华丽而优美的，可这样的描述最终产生的效果可能是你非去亲自登泰山不可。反过来想呢，假如你已经登过泰山，这样的经历产生的效果会是你想读尽天下描述泰山的书而后快吗？可能事实恰恰相反，你可能再也不想去看那些文字描述。 　　是啊，再好的讲述，又哪比得上亲身的体验？人们的认知规律本来如此，有了感性的认识，才能上升为理性的理论。反其道而行之只能是事倍功半。 　　如果操作系统是一座这样的大山，本书愿做你的导游，引领你进入它的门径。传统的操作系统书籍仅仅是给你讲述这座大山的故事，你只是在听讲，并没有身临其境，而随着这本书亲身体验，则好像置身于山门之内，你不但可以看见眼前的每一个细节，更是具有了走完整座大山的信心。 　　值得说明的是，本书旨在引路，不会带领你走完整座大山，但是有兴趣的读者完全可以在本书最终形成的框架的基础上容易地实现其他操作系统书籍中讲到的各种原理和算法，从而对操作系统有个从感性到理性的清醒认识。 　　暂时的错误并不可怕 　　当我们对一件事情的全貌没有很好理解的时候，很可能会对某一部分产生理解上的误差，这就是所谓的断章取义。很多时候断章取义是难免的，但是，在不断学习的过程中，我们会逐渐看到更多，了解更多，对原先事物的认识也会变得深刻甚至不同。 　　对于操作系统这样复杂的东西来说，要想了解所有的细节无疑是非常困难的，所以在实践的过程中，可能在很多地方，会有一些误解发生。这都没有关系，随着了解的深入，这些误解总会得到澄清，到时你会发现，自己对某一方面已经非常熟悉了，这时的成就感，一定会让你感到非常愉悦。 　　本书内容的安排遵从的是代码编写的时间顺序，它更像是一本开发日记，所以在书中一些中间过程不完美的产物被有意保留了下来，并会在以后的章节中对它们进行修改和完善，因为笔者认为，一些精妙的东西背后，一定隐藏着很多中间的产物，一个伟大的发现在很多情况下可能不是天才们刹那间的灵光一闪，背后也一定有着我们没有看到的不伟大甚至是谬误。笔者很想追寻前辈们的脚步，重寻他们当日的足迹。做到这一点无疑很难，但即便无法做到，只要能引起读者的一点思索，也是本书莫大的幸事。 　　挡住了去路的，往往不是大树，而是小藤 　　如果不是亲身去做，你可能永远都不知道，困难是什么。 　　就好像你买了一台功能超全的微波炉回家，研究完了整本说明书，踌躇满志想要烹饪的时候，却突然发现家里的油盐已经用完。而当时已经是晚上十一点，所有的商店都已经关门，你气急败坏，简直想摸起铁勺砸向无辜的微波炉。 　　研究说明书是没有错的，但是在没开始之前，你永远都想不到让你无法烹饪的原因居然是十块钱一瓶的油和一块钱一袋的更加微不足道的盐。你还以为困难是微波炉面板上密密麻麻的控制键盘。 　　其实做其他事情也是一样的，比如写一个操作系统，即便一个很小的可能受理论家们讥笑的操作系统雏形，仍然可能遇到一大堆你没有想过的问题，而这些问题在传统的操作系统书籍中根本没有提到。所以唯一的办法，便是亲自去做，只有实践了，才知道是怎么回事。 　　术篇 　　用到什么再学什么 　　我们不是在考试，我们只是在为了自己的志趣而努力，所以就让我们忠于自己的喜好吧，不必为了考试而看完所有的章节，无论那是多么的乏味。让我们马上投入实践，遇到问题再图解决的办法。笔者非常推崇这样的学习方法： 　　实践 →遇到问题 →解决问题 →再实践 　　因为我们知道我们为什么学习，所以我们才会非常投入；由于我们知道我们的目标是解决什么问题，所以我们才会非常专注；由于我们在实践中学习，所以我们才会非常高效。而最有趣的是，最终你会发现你并没有因为选择这样的学习方法而少学到什么，相反，你会发现你用更少的时间学到更多的东西，并且格外的扎实。 　　只要用心，就没有学不会的东西 　　笔者还清楚地记得刚刚下载完 Intel Architecture Software Developer Manual那三个可怕的 PDF文件时的心情，那时心里暗暗嘀咕，什么时候才能把这些东西读懂啊！可是突然有一天，当这些东西真的已经被基本读完的时候，我想起当初的畏惧，时间其实并没有过去多少。 　　所有的道理都是相通的，没有什么真正可怕，尤其是，我们所做的并非创造性的工作，所有的问题前人都曾经解决，所以我们更是无所畏惧，更何况我们不仅有书店，而且有互联网，动动手脚就能找到需要的资料，我们只要认真研究就够了。 　　所以当遇到困难时，请静下心来，慢慢研究，因为只要用心，就没有学不会的东西。 　　适当地囫囵吞枣 　　如果囫囵吞枣仅仅是学习的一个过程而非终点，那么它并不一定就是坏事。大家都应该听说过鲁迅先生学习英语的故事，他建议在阅读的过程中遇到不懂的内容可以忽略，等到过一段时间之后，这些问题会自然解决。 　　在本书中，有时候可能先列出一段代码，告诉你它能完成什么，这时你也可以大致读过，因为下面会有对它详细的解释。第一遍读它的时候，你只要了解大概就够了。 　　 本书的原则 　　1.宁可啰嗦一点，也不肯漏掉细节 　　在书中的有些地方，你可能觉得有些很“简单”的问题都被列了出来，甚至显得有些啰嗦，但笔者宁可让内容写得啰嗦点，因为笔者自己在读书的时候有一个体验，就是有时候一个问题怎么也想不通，经过很长时间终于弄明白的时候才发现原来是那么“简单”。可能作者认为它足够简单以至于可以跳过不提，但读者未必那么幸运一下子就弄清楚。 　　不过本书到后面的章节，如果涉及的细节是前面章节提到过的，就有意地略过了。举个非常简单的例子，开始时本书会提醒读者增加一个源文件之后不要忘记修改Makefile，到后来就假定读者已经熟悉了这个步骤，可能就不再提及了。 　　2.努力做到平易近人 　　笔者更喜欢把本书称作一本笔记或者学习日志，不仅仅是因为它基本是真实的学习过程的再现，而且笔者不想让它有任何居高临下甚至是晦涩神秘的感觉。如果有一个地方你觉得书中没有说清楚以至于你没有弄明白，请你告诉我，我会在以后做出改进。 3.代码注重可读性但不注重效率 　　本书的代码力求简单易懂，在此过程中很少考虑运行的效率。一方面因为书中的代码仅仅供学习之用，暂时并不考虑实际用途；另一方面笔者认为当我们对操作系统足够了解之后再考虑效率的问题也不迟。 　　本书附带光盘说明 　　本书附带光盘中有本书用到的所有源代码。值得一提的是，其中不止包含完整的操作系统代码，还包含各个步骤的中间产物。换句话说，开发中每一步骤的代码，都可在光盘中单独文件夹中找到。举例说明，书的开篇介绍引导扇区，读者在相应文件夹中就只看到引导扇区的代码；第 9章介绍文件系统，在相应文件夹中就不会包含第 10章内存管理的代码。在任何一个步骤对应的文件夹中，都包含一个完整可编译运行的代码树，以方便读者试验之用。这样在学习的任何一个阶段，读者都可彻底了解阶段性成果，且不必担心受到自己还未学习的内容的影响，从而使学习不留死角。 　　在书的正文中引用的代码会标注出出自哪个文件。以“chapter5/b/bar.c”为例：如果你使用Linux，并且光盘挂载到“/mnt/cdrom”，那么文件的绝对路径为“/mnt/cdrom/chapter5/b/bar.c”；如果你使用Windows，并且光盘是 X:盘，那么文件的绝对路径为“X:nchapter5nbnbar.c”。 目 录 　　上 篇 　　第1章 马上动手写一个最小的“操作系统” 2 　　1.1 准备工作 2 　　1.2 十分钟完成的操作系统 3 　　1.3 引导扇区 4 　　1.4 代码解释 4 　　1.5 水面下的冰山 6 　　1.6 回顾 7 　　第2章 搭建你的工作环境 8 　　2.1 虚拟计算机Bochs 8 　　2.1.1 Bochs初体验 8 　　2.1.2 Bochs的安装 9 　　2.1.3 Bochs的使用 10 　　2.1.4 用Bochs调试操作系统 12 　　2.2 QEMU 15 　　2.3 平台之争：Windows还是*nix 16 　　2.4 GNU/Linux下的开发环境 20 　　2.5 Windows下的开发环境 22 　　2.6 总结 23 　　第3章 保护模式（Protect Mode） 25 　　3.1 认识保护模式 25 　　3.1.1 保护模式的运行环境 29 　　3.1.2 GDT（Global Descriptor Table） 31 　　3.1.3 实模式到保护模式，不一般的jmp 33 　　3.1.4 描述符属性 35 　　3.2 保护模式进阶 38 　　3.2.1 海阔凭鱼跃 38 　　3.2.2 LDT（Local Descriptor Table） 44 　　3.2.3 特权级概述 48 　　3.2.4 特权级转移 51 　　3.2.5 关于“保护”二字的一点思考 65 　　3.3 页式存储 65 　　3.3.1 分页机制概述 66 　　3.3.2 编写代码启动分页机制 67 　　3.3.3 PDE和PTE 68 　　3.3.4 cr3 71 　　3.3.5 回头看代码 72 　　3.3.6 克勤克俭用内存 73 　　3.3.7 进一步体会分页机制 81 　　3.4 中断和异常 87 　　3.4.1 中断和异常机制 87 　　3.4.2 外部中断 90 　　3.4.3 编程操作8259A 91 　　3.4.4 建立IDT 94 　　3.4.5 实现一个中断 95 　　3.4.6 时钟中断试验 96 　　3.4.7 几点额外说明 98 　　3.5 保护模式下的I/O 100 　　3.5.1 IOPL 100 　　3.5.2 I/O许可位图（I/O Permission Bitmap） 100 　　3.6 保护模式小结 101 　　第4章 让操作系统走进保护模式 102 　　4.1 突破512字节的限制 102 　　4.1.1 FAT12 103 　　4.1.2 DOS可以识别的引导盘 108 　　4.1.3 一个最简单的Loader 108 　　4.1.4 加载Loader入内存 109 　　4.1.5 向Loader交出控制权 116 　　4.1.6 整理boot.asm 116 　　4.2 保护模式下的“操作系统” 117 　　第5章 内核雏形 119 　　5.1 在Linux下用汇编写Hello World 119 　　5.2 再进一步，汇编和C同步使用 120 　　5.3 ELF（Executable and Linkable Format） 123 　　5.4 从Loader到内核 127 　　5.4.1 用Loader加载ELF 127 　　5.4.2 跳入保护模式 131 　　5.4.3 重新放置内核 137 　　5.4.4 向内核交出控制权 142 　　5.5 扩充内核 143 　　5.5.1 切换堆栈和GDT 144 　　5.5.2 整理我们的文件夹 148 　　5.5.3 Makefile 149 　　5.5.4 添加中断处理 155 　　5.5.5 两点说明 168 　　5.6 小结 169 　　第6章 进程 171 　　6.1 迟到的进程 171 　　6.2 概述 171 　　6.2.1 进程介绍 172 　　6.2.2 未雨绸缪——形成进程的必要考虑 172 　　6.2.3 参考的代码 173 　　6.3 最简单的进程 174 　　6.3.1 简单进程的关键技术预测 175 　　6.3.2 第一步——ring0→ring1 178 　　6.3.3 第二步——丰富中断处理程序 189 　　6.4 多进程 200 　　6.4.1 添加一个进程体 200 　　6.4.2 相关的变量和宏 200 　　6.4.3 进程表初始化代码扩充 202 　　6.4.4 LDT 203 　　6.4.5 修改中断处理程序 203 　　6.4.6 添加一个任务的步骤总结 206 　　6.4.7 号外：Minix的中断处理 207 　　6.4.8 代码回顾与整理 212 　　6.5 系统调用 220 　　6.5.1 实现一个简单的系统调用 222 　　6.5.2 get_ticks的应用 227 　　6.6 进程调度 232 　　6.6.1 避免对称——进程的节奏感 232 　　6.6.2 优先级调度总结 240 　　第7章 输入/输出系统 242 　　7.1 键盘 242 　　7.1.1 从中断开始——键盘初体验 242 　　7.1.2 AT、PS/2键盘 243 　　7.1.3 键盘敲击的过程 244 　　7.1.4 用数组表示扫描码 248 　　7.1.5 键盘输入缓冲区 251 　　7.1.6 用新加的任务处理键盘操作 253 　　7.1.7 解析扫描码 254 　　7.2 显示器 263 　　7.2.1 初识TTY 264 　　7.2.2 基本概念 264 　　7.2.3 寄存器 267 　　7.3 TTY任务 270 　　7.3.1 TTY任务框架的搭建 272 　　7.3.2 多控制台 277 　　7.3.3 完善键盘处理 281 　　7.3.4 TTY任务总结 288 　　7.4 区分任务和用户进程 289 　　7.5 printf 291 　　7.5.1 为进程指定TTY 292 　　7.5.2 printf()的实现 292 　　7.5.3 系统调用write() 294 　　7.5.4 使用printf() 296 　　下 篇 　　第8章 进程间通信 300 　　8.1 微内核还是宏内核 300 　　8.1.1 Linux的系统调用 302 　　8.1.2 Minix的系统调用 303 　　8.1.3 我们的选择 305 　　8.2 IPC 306 　　8.3 实现IPC 306 　　8.3.1 assert()和panic() 309 　　8.3.2 msg_send()和msg_receive() 313 　　8.3.3 增加消息机制之后的进程调度 321 　　8.4 使用IPC来替换系统调用get_ticks 322 　　8.5 总结 324 　　第9章 文件系统 325 　　9.1 硬盘简介 325 　　9.2 硬盘操作的I/O 端口 326 　　9.3 硬盘驱动程序 327 　　9.4 文件系统 337 　　9.5 硬盘分区表 338 　　9.6 设备号 344 　　9.7 用代码遍历所有分区 347 　　9.8 完善硬盘驱动程序 352 　　9.9 在硬盘上制作一个文件系统 355 　　9.9.1 文件系统涉及的数据结构 356 　　9.9.2 编码建立文件系统 358 　　9.10 创建文件 366 　　9.10.1 Linux下的文件操作 366 　　9.10.2 文件描述符（file descriptor） 367 　　9.10.3 open() 369 　　9.11 创建文件所涉及的其他函数 377 　　9.11.1 strip_path() 377 　　9.11.2 search_file() 378 　　9.11.3 get_inode()和sync_inode() 379 　　9.11.4 init_fs() 381 　　9.11.5 read_super_block()和get_super_block() 382 　　9.12 关闭文件 383 　　9.13 查看已创建的文件 384 　　9.14 打开文件 386 　　9.15 读写文件 387 　　9.16 测试文件读写 390 　　9.17 文件系统调试 393 　　9.18 删除文件 395 　　9.19 插曲：奇怪的异常 401 　　9.20 为文件系统添加系统调用的步骤 403 　　9.21 将TTY纳入文件系统 404 　　9.22 改造printf 411 　　9.23 总结 413 　　第10章 内存管理 414 　　10.1 fork 414 　　10.1.1 认识fork 414 　　10.1.2 fork前要做的工作（为fork所做的准备） 417 　　10.1.3 fork()库函数 421 　　10.1.4 MM 421 　　10.1.5 运行 427 　　10.2 exit和wait 427 　　10.3 exec 432 　　10.3.1 认识exec 433 　　10.3.2 为自己的操作系统编写应用程序 434 　　10.3.3 “安装”应用程序 436 　　10.3.4 实现exec 442 　　10.4 简单的shell 447 　　10.5 总结 449 　　第11章 尾声 451 　　11.1 让mkfs()只执行一次 451 　　11.2 从硬盘引导 455 　　11.2.1 编写硬盘引导扇区和硬盘版loader 455 　　11.2.2 “安装”hdboot.bin和hdldr.bin 461 　　11.2.3 grub 461 　　11.2.4 小结 463 　　11.3 将OS安装到真实的计算机 465 　　11.3.1 准备工作 465 　　11.3.2 安装Linux 466 　　11.3.3 编译源代码 466 　　11.3.4 开始安装 467 　　11.4 总结 467 　　参考文献 470 解密《一个操作系统的实现》这本书 5 月 18 日见到了《 Orange'S ：一个操作系统的实现》的样书，多少有些激动。想一想前一版本《自己动手写操作系统》是那么畅销，这一本一定不能含糊。整个出版过程我能看到作者于渊为此付出的努力，还在自己排版的过程有深入体会，通过于渊的讲座也让博文视点的员工分享到他在排版过程中的很多心得。 应该有几万个朋友读过《自己动手写操作系统》了，本书的第 2 版《 Orange'S ：一个操作系统的实现》出来肯定有非常多的朋友想问，这两本书到底有何区别呢？就此博文视点对本书作者于渊进行了简单的采访。 * 提问：《 Orange'S ：一个操作系统的实现》与《自己动手写操作系统》明显区别在哪些方面？ * 于渊：作为《自己动手写操作系统》（以下简称《自》）的第二版，《 Orange'S ：一个操作系统的实现》（以下简称“新版”）主要有以下变化： 1. 书中示例操作系统的名字改为 Orange'S 2. 书名改为《 Orange'S ：一个操作系统的实现》 3. 增加了有关 IPC 、 FS 、 MM 等内容 4. 将默认开发平台改为 GNU/Linux ，同时兼顾 Windows 5. 更改了排版工具，并使用技术手段增加书的可读性，比如代码行号的运用 6. 建立专门网站以服务读者 7. 建立专门讨论区供读者交流 读过《自己动手写操作系统》的读者一定知道，其中默认使用 Windows 作为开发平台，同时使用虚拟机来编译及运行自己的 OS ，在新版中这一点发生了变化（如上述第 4 条所述），具体的变化原因在书中第二章有详细的叙述。虽然开发平台是第二位的事情，但书中的默认平台却不免影响到叙述细节，所以，如果读者基于自己的原因坚持在 Windows 上开发（可能的原因或许有对 Linux 不熟悉、需要边开发操作系统边登录某些网上银行等等），则可能对读到的内容进行一点点额外加工。当然，所需的额外加工是少量的，而且在第二章中也有专门的文字介绍如何在两种平台下搭建工作环境。此外，如果读者不介意花钱，还可以同时购买《自己动手写操作系统》和新版，相互参照阅读。 * 提问：《 Orange'S ：一个操作系统的实现》与《自己动手写操作系统》相比是否有所增加吗？增加了多少内容量呢？ 于渊：新版的内容是有增加的，新增文字约占整本书的三分之一，《 Orange'S ：一个操作系统的实现》新增代码则是《自己动手写操作系统》中代码的数倍。这些新增的内容，读者只能从新版中获得。目前并未有将新增内容单独成书的打算，所以读者即便仅想阅读第八章以后的内容，也需要购买整本《 Orange'S ：一个操作系统的实现》。已经购买了《自己动手写操作系统》的读者可能觉得有点浪费，但事实并不如此，因为《自己动手写操作系统》的内容经过了重新排版、修订和编辑（比如代码格式进行了重排，更方便与光盘中的文件对照阅读，以及其中所有的矢量图都用 pgf/TikZ 重新绘制等）笔者倾注的心血使得新版的感官已经大为不同，读者一看便知。 * 提问：在《自己动手写操作系统》大卖的时候，您是否想过会有第二版出版呢？ * 于渊：坦白讲，我在写作《自》的时候，并没有想过今天会有一个第二版。原因在于，我希望这本书是用来填补空白的，而不是重复去做别人已经做得很好的事情。所谓填补空白，具体说就是让像我一样的操作系统爱好者在读完本书之后，能够有信心去读其他比较流行的开源的操作系统代码，有能力从零开始自己动手写操作系统，而这个任务第一版已经完成了。 * 提问：那么为什么又写作了第二版呢？ * 于渊：原因有几个方面。第一，虽然第一版未曾涉及的进程间通信、文件系统等内容在许多书中都有讲解，但阅读的时候还是感觉有语焉不详的通病，作者本人可能很清楚原委，但写得太简略，以至于读者看来未必清晰。第二，我自己想把这个圈画圆。第一版的书虽然完成了它的使命，但毕竟到书的结尾，读者看到的不是一个真正的操作系统，它没有文件系统，没有内存管理，什么也干不了。在第二版中，你将会看到，你已经可以通过交叉编译的方式为我们的实验性 OS 编写应用程序了，也就是说，它已经具备操作系统的基本功能，虽然仍然极其简陋，但第一个圈，毕竟是已经圆起来了。第三，实践类的操作系统书籍还是太少了，以至于你要想看看别人是怎么做的，除了读以《操作系统：设计与实现》为代表的极少数书籍之外，就是一头扎进源代码中，而结果有时相当令人气馁。我自己也气馁过，所以我在第二版中，仍然试图把话说细一点，把自己的经验拿出来分享。而且我选择我能想到的最精简的设计，以便让读者不至于陷入太多细节而无法看到全貌。我想这是本书可能具有的价值所在──简化的易懂的设计，还有尽量详细的文字。 * 提问：这本书为何不考虑用 WORD 排版？ * 于渊：新版的排版是我用 LaTeX 自己完成的。在排版中我花了一些工夫，因为我希望读者购买的首先是一本易于阅读且赏心悦目的书，其次才是编写操作系统的方法。另外，书中列出的代码均由我自己编写的程序自动嵌入 LaTeX 源文件，从而严格保证书和光盘的一致性，读者可以根据文件名和行号方便地找到光盘中代码的准确位置。 * 提问：第二版还有哪些区别呢？ Orange'S 这个名字很特别，有什么寓意吗？ * 于渊：新版中还有一些小的变化。首先是操作系统的名字改变了，原因在于虽然我们的试验性 OS 从前辈们那里借鉴了很多东西，但其各个部分的设计（比如文件系统和内存管理）往往有其独特之处，所以我将原先的 Tinix （本意为 TryMinix ）改成了新名字 Orange'S （这个名字来自于我的妻子），以表示它们的不同。另外，书中的代码风格，有些地方也做了调整。 新版中，原先的叙述风格都尽量地得以贯彻，而在表现形式上，新版用了更多心思，我相信读者能在其中发现这些特点：关注动手细节，探寻代码背后的故事，结果与过程兼顾，内容与形式并重。加上专门为本书建立的网站和讨论区，我相信读者能更容易地阅读，更轻松地学习。
想攒个主机(不要显示器),预算3000以内,主要是自己学习工作使用,希望大家给提点意见(能否借用首页啊?)!...
最近准备让我的老爷机退休买个新主机,预算3000以内,主要是自己学习工作使用 机器预装系统 window2003 预装软件 vs2005 vs2008 oracle mssql netbeans 等开发工具 已及常用的下载软件 聊天工具 文档阅读工具(office2007 ) 没有打游戏的爱好,但是偶尔也消遣下 比如赛车类, 希望cpu好点,内存希望配置为2G 目前通过网上...
7段数码管显示器公用驱动程序
　因为写程序经常会用到7段数码显示器，每次都要重新写一次，因此都想写一个通用的驱动程序，可以定义显示的位数，极性。将来需要只需作一点小的修改就行。经过几晚的努力终于成型，传上来给需要的人参考，同时也请多提些意见！/********************************************************************************************************************************************//*******
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