Hello UEFI で学ぶC言語ポインタ @PiBVT

基本情報 ﾄｩｲｯﾀ:PiBVT(@PiBVT) ● セキュキャン2018でUEFIからxv6を起動させること に成功した。 https://speakerdeck.com/naoki9911/64bit-uefikar axv6woqi-dong-sitemita にスライド有ります。 ● x86,UEFI,ネットワークあたりで遊んでいる ● 最近2TB近くのデータを吹っ飛ばした ● OSC Tokyo Fallで作ったOSを展示予定

UEFI(Unified Extensible Firmware Interface)とは？ ● OS層とハードウェア層間でのインター フェースを定義する規格 ● レガシーなBIOSの置き換えを目的とした UEFI BIOSが有名 要するに、 ● ハードウェアの差異を吸収していい感じに OSを動かすためのソフトウェア https://ja.wikipedia.org/wiki/Unified_Extensible_Firmware_Interface より

UEFIの開発環境 代表的なものとしては2つある ● EDK2 Intel製のSDK UEFIアプリだけでなく周辺ライブラリやファームウェア自体の開発もできる ● GNU-EFI GNUのUEFI用SDK UEFIのAPIを叩くことしか出来ないため、UEFIアプリ開発専用

EDK2の使い方 省略

UEFIアプリの開発手法 省略

Hello UEFI! ● UEFIのAPI、Print()関数を利用することで 簡単に画面上に文字を出力することが出 来る。 ● 出力後はhlt命令でCPUを止める

Hello UEFI! 実行すると...

Hello UEFI 終了！

あまりにも 味気ない

そうだ！ SLを走らせよう！

UEFIアプリでSLを走らせるのに必要な要素 ● 自由な場所にフォントを表示する機能 =>フレームバッファを直接操作する =>フォントは全て自作 ● 表示毎に一定時間停止する機能(タイマー機能) =>UEFIのEventとTimer機能を利用する 解説は省略

フレームバッファとは？ ディスプレイのピクセル1つずつとメモリーを対応化させたもの メモリ ディスプレイ

画面描画をしよう フレームバッファにアクセスすることで画面描画する方法 1. フレームバッファのベースアドレスを取得する(解説は省略) 2. フレームバッファのアドレスを計算する 3. 計算したアドレスに値を書き込む 4. 同様の操作をピクセル毎に繰り返す

画面描画をしよう ● ピクセル1つあたりRGB(24bit)+1の4バ イト ● アドレスは左上から図のように増えていく ● フレームバッファには表示されない領域 も存在するため、それを考慮してアドレス を計算する horizontal_resolution pixels_per_scan_line vertical_resolution

画面描画をしよう ● addrが計算されたアドレス ● 1バイトの変数型UINT8でポインタ変数mem_arrayを宣言し、初期化時のアドレスとして addrを代 入する ● mem_arrayに対して[]を利用して順番にRGBの色を代入していく ● mem_array[0]のアドレスはaddr (&mem_array[0] == addr) ● mem_array[1]のアドレスはaddr+1 (&mem_array[1] == addr+1) ● mem_array[2]のアドレスはaddr+2 (&mem_array[2] == addr+2)

フォントを描画しよう ● BMP形式のフォントの場合、左図のように ディスプレイと同様にピクセルとフォントバイ ナリが対応している ● フォントを画面に描画する場合は、1つずつ ピクセルをメモリーにコピーすれば描画でき る

フォントを描画しよう ● フォントデータを順番に読み、白または黒に塗りつぶしている ● code-0x20は文字コードと配列を対応化させるため

フォントを描画しよう ● x,yで操作するピクセルを指定する ● graphic_draw_black 黒く塗りつぶすためにRGB全色を0(=表示し ない)ようにしている ● graphic_draw_font 白く塗りつぶすためにRGB全色を 0xFF(=256)にしている

SLを移植しよう ● フォントを自由に描画できるようになった！ ● 裏作業でタイマーを利用したdelay()関数も実装できた。 SLを移植しよう！

SLを移植しよう ● 移植のベースにはhttps://github.com/mtoyoda/slのsl.hを利用する ● 元sl.hでの文字列の文字数を揃えるなど、使いやすくした。

SLを移植しよう ● 基本的にはSLの文字列を配列 に格納し、順番に描画している だけ。 ● consoleの各種関数の解説は 省略

SLを移植しよう ● 文字列を格納するためにchar *型の配列を用意し代入している ● “Hello UEFI”のような文字列はchar *型(const char *型)で文字列の先頭番地を指 し示す。 ● ‘A’のような単一文字はchar型(文字コードを指し示す) ● char* hoge[5] だと、hoge[0]やhoge[4]はchar *型、hogeはchar **型

実演 実機上でSLを走らせてみた。

余談 ~structとポインタの話~ OS等を書いていると、structとポインタの組み合わせが超便利という話。 面倒なのでホワイトボードに書きます

時間が余ったので自分のOS自慢 ● xv6というMIT製のOSを64bitUEFIから起動できるようにした。(従来はBIOS) ● 夏休みにPCIバス制御,NICデバドラ,Ethernet,IP,TCPを実装し、HelloWorldだけを 返すHTTPサーバーを実装した。 ● OSC Tokyo Fall で os-dev jpの展示の1つとして展示予定 ● 自作アプリ with 自作Cコンパイラ in 自作OS on 自作CPU をしたい

ソースコード https://github.com/naoki9911/sl_on_uefi にあります