实验环境：终端设备的控制

实验任务：修改 Linux 0.11 的终端设备处理代码，对键盘输入和字符显示进行非常规的控制。在初始状态，一切如常。用户按一次F12 后，把应用程序向终端输出所有字母都替换为“*”。用户再按一次F12，又恢复正常。第三次按 F12，再进行输出替换。依此类推。

实验本质：

• IO的使用：让外设工作起来表现为CPU给外设的硬件寄存器发送指令，控制器完成真正的工作，向CPU发中断信号，然后CPU进行中断处理。操作系统要给用户提供一个简单视图-----文件视图，将CPU与外设链接起来。

实验思路：

• 键盘中断初始化

  键盘中断的初始化在boot/main.c文件的init()函数中，在这个函数中会调用tty_init()函数对显卡的变量等进行设置（如：video_size_row，vide_mem_start，video_port_reg，video_port_val，video_mem_end等等），并对键盘中断0x21设置，将中断过程指向keyboard_interrupt函数（这是通过set_trap_gate(0x21, &keyboard_interrupt)语句来实现的。

• 键盘中断发生

  当键盘中断发生时，intb $0x60,%al 指令会取出键盘的扫描码，放在al寄存器中，然后查key_table表进行扫描码处理，key_table表中定义了相关所有扫描码对应键的处理函数(如do_self，func，alt，ctrl，none等)，比如f1-f12键的处理则要先运行一段处理函数func，调用sched.c中定义的show_stat函数显示当前进程情况，默认情况linux-0.11中所有的功能键都进行这样的动作，然后下一步将控制键以及功能键进行转义，比如ctrl_a将会被转义为^a，f1会被转义为esc[[A，f2被转义为esc[[B，而其他键也经过类似处理，处理完毕后将跳到put_queue，将扫描码放在键盘输入队列中，当然如果没有对应的扫描码被找到，则会通过none标签直接退回，不会被放入队列。然后再调用do_tty_interrupt函数进行最后的处理。do_tty_interrupt直接调用copy_to_cooked函数对队列中的字符进行判断处理，最后调用con_write函数将其输出到显卡内存。在此同时，也会将字符放入辅助队列中，以备缓冲区读写程序使用。

• 字符输出流程

  无论是输出字符到屏幕上还是文件中，系统最终都会调用write函数来进行，而write函数则会调用sys_write系统调用来实现字符输出，如果是输出到屏幕上，则会调用tty_write函数，而tty_write最终也会调用con_write函数将字符输出；如果是输出到文件中，则会调用file_write函数直接将字符输出到指定的文件缓冲区中。所以无论是键盘输入的回显，还是程序的字符输出，那只需要修改con_write最终写到显存中的字符就可以了。但如果要控制字符输出到文件中，则需要修改file_write函数中输出到文件缓冲区中的字符即可。
  
  读队列read_q 用于存放从键盘或串行终端输入的原始（ raw ）字符序列；写队列 write_q 用于存放写到控制台显示屏或串行终端去的数据；辅助队列 secondary 用于存放经过行规则程序处理（过滤）过的数据，或称为熟(cooked)模式数据。上层终端读函数tty_read用于读取secondary队列中的字符。
  
  对于一个控制台，当用户在键盘上键入了一个字符时，会引起键盘中断响应（中断请求信号 IRQ1, 对应中断号 INT 33 ），此时键盘中断处理程序就会从键盘控制器读入对应的键盘扫描码，然后根据使用的键盘扫描码映射表译成相应字符，放入 tty 读队列 read_q中。然后调用中断处理程序的 C函数 do_tty_interrupt()，它又直接调用行规则函数 copy_to_cooked()对该字符进行过滤处理，并放入 tty 辅助队列 secondary 中，同时把该字符放入tty 写队列 write_q 中，并调用写控制台函数 con_write() 。此时如果该终端的回显（ echo ）属性是设置的，则该字符会显示到屏幕上。 do_tty_interrupt()和 copy_to_cooked()函数在tty_io.c中实现。

  有关控制台终端操作的驱动程序，主要涉及两个程序。一个是键盘中断处理程序 keyboard.S ，主要用于读入用户键入的字符并放入 read_q缓冲队列中；另一个是屏幕显示处理程序 console.c，用于从 write_q队列中取出字符并显示在屏幕上。

添加F12功能键盘处理

• 修改kernel/chr_drv/tty_io.c文件，在文件末尾添加：

  int switch_show_char_flag = 0;
  void press_f12_handle(void)
  {
  	if (switch_show_char_flag == 0)
  	{
  		switch_show_char_flag = 1;
  	}
  	else if (switch_show_char_flag == 1)
  	{
  		switch_show_char_flag = 0;
  	}
  }
  

• 修改/include/linux/tty.h文件，在末尾添加：

  extern int switch_show_char_flag;
  void press_f12_handle(void);
  

• 修改kernel/chr_drv/keyboard.S文件，修改key_table代码如下：

  /* .long func,none,none,none		58-5B f12 ? ? ? */
  .long press_f12_handle,none,none,none
  

添加字符*显示处理

• 修改linux-0.11/kernel/chr_drv/console.c文件，修改con_write函数：

  case 0:
  				if (c>31 && c<127) {
  					if (x>=video_num_columns) {
  						x -= video_num_columns;
  						pos -= video_size_row;
  						lf();
  					}
  
    				if (switch_show_char_flag == 1)
    				{
    					if((c>='A'&&c<='Z')||(c>='a'&&c<='z')||(c>='0'&&c<='9'))
    						c = '*';
    				}
  					
  					__asm__("movb attr,%%ah\n\t"
  						"movw %%ax,%1\n\t"
  						::"a" (c),"m" (*(short *)pos)
  						);
  					pos += 2;
  					x++;
  

• 重新编译内核，make all

• 运行bochs，测试结果如下：
  

实验问题

• 在原始代码中，按下 F12，中断响应后，中断服务程序会调用 func？它实现的是什么功能？

将F12转义成转义字符序列 [ [ L , 对F1-F12处理类似 [ [ A -> [ [ L

• 在你的实现中，是否把向文件输出的字符也过滤了？如果是，那么怎么能只过滤向终端输出的字符？如果不是，那么怎么能把向文件输出的字符也一并进行过滤？

没有把向文件输出的字符过滤，只过滤向终端输出的字符是通过con_write函数的修改来实现的。过滤向文件输出的字符则通过修改file_write函数来实现。
具体修改可参考：
while (c–>0)
{
tmp = get_fs_byte(buf++);
if(f12_flag == 1)
{
if((tmp>=‘A’&&tmp<=‘Z’)||(tmp>=‘a’&&tmp<=‘z’)||(tmp>=‘0’&&tmp<=‘9’))
tmp = ‘*’;
}
*(p++) = tmp;
}

参考链接：
https://blog.csdn.net/Watson2016/article/details/72188549
https://blog.csdn.net/realfancy/article/details/90544792