Ⅰ. 그래픽 컨트롤러와 VBE의 관계

• VESA에서는 BIOS를 통해서 그래픽 모드로 전환할 수 있는 방법을 규정하여 표준으로 만들었다.

  (VESA에서 제정한 VESA BIOS Extension 2.0 이상을 따르는 BIOS라면 사용할 수 있다.)

• VBE (VESA BIOS Extension)

  • VESA에서 정한 표준으로 BIOS를 통해 그래픽 컨트롤러를 제어하는 내용이 존재한다.
  • VBE 2.0 버전은 선형 프레임 버퍼, 보호 모드에서 사용 가능한 인터페이스 함수, 고해상도(1280x1024), 트루 컬러(24비트 컬러) 지원 등을 포함한다.

• 선형 프레임 버퍼

  • 비디오 메모리 전체를 통합하여 연속된 메모리 영역으로 사용하는 기법이다.
  • 비디오 메모리 전체가 메인 메모리(RAM) 영역에 순차적으로 매핑되므로, 비디오 메모리를 관리하기 편리하다.

Ⅱ. VBE 통한 선형 프레임 버퍼 모드 전환

1. VBE와 BIOS 인터럽트 서비스

• VBE 2.0 버전 이상을 지원하는 BIOS를 사용하여 비디오 컨트롤러를 제어하는 방법

  (MINT OS에서는 BIOS 인터럽트 서비스를 사용한다.)

  ① BIOS 인터럽트 서비스 0x10을 사용하는 방법 ② 보호 모드 인터페이스 함수의 포인터를 추출하여 직접 호출하는 방법

• VBE가 지원하는 기능은 12가지 이지만, MINT OS에서는 선형 프레임 버퍼 모드로 변환하는데 사용하는 0x4F01과 0x4F02 만 사용한다.

  • 0x4F01: 넘겨 받은 보호 모드를 이용하여 모드 정보 블록 반환
  • 0x4F02: 넘겨 받은 모드 번호로 모드 전환

• VBE 모드 번호

  • VBE에서 정의한 텍스트 또는 그래픽 모드의 인덱스를 의미하며, 0x100을 시작으로 수집 가지가 정의되어 있다.
  • 명시적으로 정의된 모드 번호 외에는, 제조사마다 해상도나 색 수가 다를 수 있으므로 0x11C이상의 VBE 모드 번호는 0x401 기능을 통해 모드 정보를 미리 확인하고 사용해야 한다.

2. 선형 프레임 버퍼를 지원하는 그래픽 모드로 전환

(1) 그래픽 모드 선택과 모드 정보 블록 추출

• 그래픽 모드로 전환할 때, 가장 먼저 하는 일은 ‘사용할 해상도와 색 수’를 정하는 것이다. ( Mint OS에서는 1024x768 해상도에 16비트(64K) 색을 사용한다. )

• 모드 정보 블록 구성 요소

  • 모드 속성, 윈도우의 정보, 해상도, 색 수, RGB 각 필드의 크기와 위치, 선형 프레임 버퍼의 시작 어드레스 등이 존재한다.

  // VBE에서 정의한 모드 정보 블록 자료구조, 256바이트
  typedef struct VBEInfoBlockStruct{
      //====================================================
      //  모든 VBE 버전에 공통인 부분
      //====================================================
      WORD wModeAttribure     // 모드의 속성
      BYTE bWinAAttribute;    // 윈도우 A의 속성
      BYTE bWinAAttribute;    // 윈도우 B의 속성
      WORD wWinGranulity;     // 윈도우의 가중치(Granularity)
      WORD wWinSize;          // 윈도우의 크기
      WORD wWinASegment;      // 윈도우 A가 시작하는 세그먼트 어드레스
      WORD wWInBSegment;      // 윈도우 B가 시작하는 세그먼트 어드레스
      DWORD dwWinFuncPtr;     // 윈도우 관련 함수의 포인터(리얼모드 용)
      WORD wBytesPerScanLine; // 화면 스캔 라인당 바이트 수
  
      //====================================================
      //  VBE 버전 1,2 이상 공통인 부분
      //====================================================
      WORD wXResolution;          // X축 픽셀 수 또는 문자 수
      WORD wYResolution;          // Y축 픽셀 수 또는 문자 수
      BYTE bXCharSize;            // 한 문자의 X축 픽셀 수
      BYTE bYCharSize;            // 한 문자의 Y축 필세 수
      BYTE bNumberOfPlane;        // 메모리 플레인 수
      BYTE bBitsPerPixel;         // 한 픽셀을 구성하는 비트 수
      BYTE bNumberOfBanks;        // 뱅크 수
      BYTE bMemoryModel;          // 비디오 메모리 구성
      BYTE bBankSize;             // 뱅크의 크기(KB)
      BYTE bNumberOfImagePages;   // 이미지 페이지 개수
      BYTE bReserved;             // 페이지 기능을 위해 예약된 영역
  
      // 다이렉트 컬러(Direct Color)에 관련된 필드
      BYTE bRedMaskSize;           // 빨간색 필드가 차지하는 크기
      BYTE bRedFieldPosition;      // 빨간색 필드의 위치
      BYTE bGreenMaskSize;         // 녹색 필드가 차지하는 크기
      BYTE bGreenFieldPosition;    // 녹색 필드의 위치
      BYTE bBlueMaskSize;          // 파란색 필드가 차지하는 크기
      BYTE bBlueFieldPosition;     // 파란색 필드의 위치
      BYTE bReservedMaskSize;      // 예약된 필드의 크기
      BYTE bReservedFiledPosition; // 예약된 필드의 위치
      BYTE bDirectColorModeInfo;   // 다이렉트 컬러 모드의 정보
  
      //====================================================
      // VBE 버전 2.0 이상 공통인 부분
      //====================================================    
      DWORD dwPhysicalBasePointer;    // 선형 프레임 버퍼 메모리의 시작 어드레스
      DWORD dwReserved1;              // 예약된 필드
      DWORD dwReserved2;             
  
      //====================================================
      // VBE 버전 3.0 이상 공통인 부분
      //====================================================
      WORD wLinearBytesPerScanLine;   // 선형 프레임 버퍼 모드의
                                      // 화면 스캔 라인(Scan Line) 당 바이트 수
      BYTE bBankNumberOfImagePages;   // 뱅크 모드일 때 이미지 페이지 수
      BYTE bLinearNumberOfImagePages; // 선형 프레임 버퍼 모드일 때 이미지 페이지 수
      // 선형 프레임 버퍼 모드일 때 다이렉트 컬러(Direct Color)에 관련된 필드
      BYTE bLinearRedMaskSize;        // 빨간색 필드가 차지하는 크기
      BYTE bLinearRedFiledPosition;   // 빨간색 필드의 위치
      BYTE bLinearGreenMaskSize;      // 녹색 필드가 차지하는 크기
      BYTE bLinearGreenFiledPosition; // 녹색 필드의 위치
      BYTE bLinearBlueMaskSize;       // 파란색 필드가 차지하는 크기
      BYTE bLinearBlueFiledPosition;  // 파란색 필드의 위치
      BYTE bLinearReservedMaskSize;   // 예약된 필드의 크기
      BYTE bLinearReservedFieldPosition; // 예약된 필드의 위치
      DWORD dwMaxPixelClock;          // 픽셀 클록의 최대 값(Hz)
  
      BYTE vbReserved[ 189 ];         // 나머지 영역   
  } VBEMODEINFOBLOCK;
  

• 선형 프레임 버퍼 모드

  ① 비디오 메모리 시작 주소

  • dwPhysicalBasePointer 필드에 시작 주소가 저장되어 있다.
  • 시작 어드레스를 모르면, 화면에 픽셀을 출력할 수 없다.

  ② 화면 해상도

  • X축 픽셀 수를 나타내는 wXResolution 필드와 Y축 픽셀 수를 나타내는 xYResolution 필드로 화면 해상도를 알 수 있다.

  ③ 화면에 표시할 수 있는 색 수

  • bBitsPerPixel필드에 저장되어 있다.

  ④ 모드 정보 블록을 저장할 위치 선정

  • 모드 정보 블록은 BIOS 인터럽트 서비스를 호출해야 구할 수 있으므로, 1MB 이하의 메모리 영역을 사용해야 한다.
  • 0x10000(64KB) 이상의 어드레스는 OS 이미지 저장하는데 사용하고, 부트 로더가 있는 영역을 피해, 0x7E00 ~ 0x10000 중에서 선택해야 한다.
  • IA-32e 모드 커널로 전환 전까지, 스택 어드레스를 0x10000로 지정해서 사용하므로, 부트 로더 뒤쪽 영역인 0x7E00에 모드 정보 블록을 저장한다.

• 모드 정보 블록을 얻는 어셈블리어 코드

  		;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;
      ; VBE 기능 번호 0x4F01을 호출하여, 
      ; 그래픽 모드에 대한 모드 정보 블록을 구함
      ;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;
      mov ax, 0x4F01      ; VBE 기능 번호 0x4F01를 AX 레지스터에 저장
      mov cx, 0x117       ; 1024x768 해상도에 16비트(R(5):G(6):B(5)) 색 모드 지정
      mov bx, 0x07E0      ; BX 레지스터에 0x07E0를 저장
      mov es, bx          ; ES 세그먼트 레지스터에 BX의 값을 설정하고, DI 레지스텅
      mov di, 0x00        ; 0x00을 설정하여 0x07E0:0000(0x7E00) 어드레스에 모드 정보 블록을 저장
      int 0x10            ; 인터럽트 서비스 수행
      cmp ax, 0x004F      ; 에러가 발생했다면 VBERROR로 이동
  		jne VBEERROR
  
  VBEERROR:
      ; ``` 예외 처리 ```
  

3. 그래픽 모드로 전환

• 그래픽 모드로 전환하는 코드

  STARTGRAPHICMODE:   db 0x01     ; 그래픽 모드로 시작하는지 여부
  
      ;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;
      ; VBE 기능 번호 0x4F02을 호출하여 그래픽 모드로 전환
      ;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;
      ; 부트 로더의 그래픽 모드 전환 플랙를 확인하여 1일 때만 그래픽 모드로 전환
      cmp byte [ STRATGRAPHICMODE ], 0x00     ; 그래픽 모드 시작하는지 여부를 0x00과 비교
      je JUMPTOPROTECTEDMODE                  ; 0x00과 같다면 바로 보호 모드로 전환
  
      mov ax, 0x4F02          ; VBE 기능 번호 0x4F02를 AX 레지스터에 저장
      mov bx, 0x4117          ; 1024x768 해상도에 16비트(R(5):G(6):B(5)) 색을 사용하는
                              ; 선형 프레임 버퍼 모드 지정
                              ; VBE 모드 번호(Bit 0 ~ 8) = 0x117,
                              ; 버퍼 모드(비트 14) = 1(선형 프레임 버퍼 모드)
      int 0x10                ; 인터럽트 서비스 수행
      cmp ax, 0x004F          ; 에러가 발생했다면 VBEERROR로 이동
      jne VBERROR
  
  VBEERROR:
      ; ``` 예외 처리 ```
  
  JUMPTOPROTECTEDMODE:
      ; 보호 모드로 전환
  

4. 화면에 색깔 채우기

• Y축을 32등분하여 무작위로 색깔을 출력해주는 함수

  void kStartGraphicModeTest(){
      VBEMODEINFOBLOCK* pstVBEMode;
      WORD* pwFrameBufferAddress;
      WORD wColor = 0;
      int iBandHeight;
      int i;
      int j;
  
      // VBE 모드 정보 블록을 반환하고 선형 프레임 버퍼의 시작 어드레스를 저장
      pstVBEMode = kGetVBEModeInfoBlock();
      pwFrameBufferAddress = ( WORD* ) ((QWORD) pstVBEMode->dwPhysicalBasePointer);
  
      // 화면을 세로로 32 등분하여 색을 칠함
      iBandHeight = pstVBEMode->wYResolution / 32;
      while( 1 ){
          for( j = 0 ; j < pstVBEMode->wYResolution ; j++ ){
              // X축의 크기만큼 프레임 버퍼에 색을 저장
              for( i = 0 ; i < pstVBEMode->wXResolution ; i ++){
                  // 비디오 메모리 오프셋을 계산하는 부분
                  // Y축의 현재 위치(j)에 X축의 크기를 곱하면 Y축의 시작 어드레스를
                  // 계산할 수 있고, 여기에 X축의 오프셋(i)을 더하면 현재 픽셀을 출력할
                  // 어드레스를 구할 수 있음
                  pwFrameBufferAddress[ ( j * pstVBEMode->wXResolution ) + i ] = wColor;
              }
  
              // Y 위치가 32등분한 단위로 나누어 떨어지면 색을 바꿈
              if( (j % iBandHeight ) == 0 ){
                  wColor = kRandom() & 0xFFFF;
              }
          }
          // 키 입력을 대기
          kGetCh();
      }
  }
  

• VBE 모드 정보 블록 자료구조를 반환하는 함수

  // 모드 정보 블록이 저장된 어드레스
  #define VBE_MODEINFOBLOCKADDRESS    0x7E00
  
  // VBE 모드 정보 블록 자료구조의 어드레스
  static VBEMODEINFOBLOCK* gs_pstVBEModeBlockInfo =
          (VBEMODEINFOBLOCK*) VBE_MODEINFOBLOCKADDRESS;
  
  inline VBEMODEINFOBLOCK* kGetVBEModeInfoBlock( void ){
      return gs_pstVBEModeBlockInfo;
  }