Анализ kernel.pas: почему не вызываются функции в ядре Delphi и как это исправить?

Delphi , Программа и Интерфейс , Приложение своё

Разработка операционной системы на Pascal (Delphi) — сложная задача, особенно при работе с низкоуровневыми компонентами, такими как обработка прерываний и управление памятью. В этой статье мы разберем проблему, с которой столкнулся разработчик при создании UEFI-совместимого ядра на Object Pascal, когда экран не обновлялся, а прерывания не обрабатывались.

Проблема: функции не вызываются в kernel.pas

Основная проблема, описанная в исходном обсуждении, заключается в том, что функции в файле kernel.pas не вызываются должным образом, что приводит к отсутствию обновления экрана и некорректной обработке прерываний.

Анализ кода

Рассмотрим основные моменты из исходного кода (https://github.com/TYDQSoft/UEFIPascalOS):

procedure kernel_main; public name 'kernel_main';
begin
  // Инициализация ядра
  kernel_initialize;

  // Основной цикл ядра
  while True do
  begin
    // Обработка событий и обновление экрана
    handle_events;
    refresh_screen;
  end;
end;

procedure PASCALMAIN; public name 'PASCALMAIN';
begin
  // Инициализация среды выполнения Pascal
  // ...
end;

Как отметил участник обсуждения Soner, в коде отсутствует явный вызов функций между строками 200-201.

Возможные причины проблемы

1. Некорректная инициализация GDT/IDT: Если таблицы дескрипторов (GDT) и таблицы прерываний (IDT) настроены неправильно, система не сможет обрабатывать прерывания.

2. Проблемы с APIC: Advanced Programmable Interrupt Controller должен быть правильно настроен для обработки аппаратных прерываний.

3. Ошибки управления памятью: Как отметил d2010, использование стандартных функций Pascal (FillChar, ZeroMemory) в bare-metal окружении может вызывать проблемы.

4. Отсутствие вызова функций обновления экрана: Возможно, функции обновления экрана не вызываются в основном цикле ядра.

Решения проблемы

1. Проверка инициализации GDT/IDT

Пример корректной инициализации GDT на Object Pascal:

type
  TGDTEntry = packed record
    LimitLow: Word;
    BaseLow: Word;
    BaseMiddle: Byte;
    Access: Byte;
    Granularity: Byte;
    BaseHigh: Byte;
  end;

  TGDTPtr = packed record
    Limit: Word;
    Base: LongWord;
  end;

var
  GDTEntries: array[0..2] of TGDTEntry;
  GDTPtr: TGDTPtr;

procedure InitGDT;
begin
  // Нулевой дескриптор (обязателен)
  FillChar(GDTEntries[0], SizeOf(TGDTEntry), 0);

  // Код сегмента
  with GDTEntries[1] do
  begin
    LimitLow := $FFFF;
    BaseLow := $0000;
    BaseMiddle := $00;
    Access := $9A; // PRESENT+RING0+EXECUTABLE+READABLE
    Granularity := $CF; // 4K granularity, 32-bit
    BaseHigh := $00;
  end;

  // Данные сегмента
  with GDTEntries[2] do
  begin
    LimitLow := $FFFF;
    BaseLow := $0000;
    BaseMiddle := $00;
    Access := $92; // PRESENT+RING0+WRITABLE
    Granularity := $CF; // 4K granularity, 32-bit
    BaseHigh := $00;
  end;

  GDTPtr.Limit := SizeOf(GDTEntries) - 1;
  GDTPtr.Base := LongWord(@GDTEntries);

  asm
    lgdt [GDTPtr]
    mov ax, $10
    mov ds, ax
    mov es, ax
    mov fs, ax
    mov gs, ax
    mov ss, ax
    jmp $08:@@flush
  @@flush:
  end;
end;

2. Альтернативное решение для управления памятью

Как предложил d2010, в bare-metal окружении лучше избегать стандартных функций управления памятью. Вот пример безопасной реализации ZeroMemory:

procedure SafeZeroMemory(P: Pointer; Size: LongWord);
var
  I: Integer;
  PByteArray: ^Byte;
begin
  PByteArray := P;
  for I := 0 to Size - 1 do
    PByteArray^[I] := 0;
end;

3. Проверка вызова функций обновления экрана

Убедитесь, что функции обновления экрана вызываются в основном цикле ядра:

procedure kernel_main; public name 'kernel_main';
begin
  // Инициализация графики
  if not init_graphics then
  begin
    // Обработка ошибки
    halt;
  end;

  // Основной цикл ядра
  while True do
  begin
    // Обработка ввода
    process_input;

    // Обновление логики системы
    update_system;

    // Отрисовка
    render_frame;

    // Явный вызов обновления экрана
    refresh_screen;

    // Обработка прерываний
    asm
      sti
      nop
      cli
    end;
  end;
end;

4. Решение с "хакингом" (как упомянул TYDQ)

Иногда для временного решения проблемы можно использовать обходные пути, например:

procedure ForceScreenRefresh;
var
  TempBuffer: array[0..79, 0..24] of Char;
  X, Y: Integer;
begin
  // Создаем временный буфер
  for Y := 0 to 24 do
    for X := 0 to 79 do
      TempBuffer[X,Y] := ' ';

  // Быстрое отображение буфера
  for Y := 0 to 24 do
    for X := 0 to 79 do
      VideoMemory^[Y*80 + X] := TempBuffer[X,Y];
end;

Заключение

Проблема с необновляющимся экраном и отсутствием обработки прерываний в ядре на Delphi/Pascal может быть вызвана несколькими причинами. Основные из них:

1. Некорректная инициализация системных таблиц (GDT/IDT)
2. Проблемы с управлением памятью в bare-metal окружении
3. Отсутствие явных вызовов критически важных функций
4. Ошибки в настройке APIC

Для решения этих проблем необходимо: - Тщательно проверять инициализацию системных структур - Использовать специальные реализации функций работы с памятью для bare-metal - Явно вызывать все необходимые функции в правильном порядке - Реализовать корректную обработку прерываний

Разработка ОС — сложный процесс, требующий глубокого понимания низкоуровневых механизмов компьютера. Приведенные в статье решения помогут вам устранить описанные проблемы и создать стабильно работающее ядро на Object Pascal.

Создано по материалам из источника по ссылке.

Анализ проблемы некорректной работы функций в ядре Delphi при разработке операционной системы и предложение решений для их исправления.

Комментарии и вопросы

Получайте свежие новости и обновления по Object Pascal, Delphi и Lazarus прямо в свой смартфон. Подпишитесь на наш Telegram-канал delphi_kansoftware и будьте в курсе последних тенденций в разработке под Linux, Windows, Android и iOS

:: Главная :: Приложение своё ::