1、第六讲 VGA 图形控制器直接编程技术使用 VGA 图形控制器直接编程，可以突破 C 语言提供的图形函数只能实现 16 色的限制，还可以在同一屏幕中控制图像的灰度，做出许多特技效果。学习目标 VGA 卡的结构原理 调用 BIOS 中断设置图形方式 灰度级别的应用VGA 卡的概念VGA 图形控制器位于 CPU 和 Video RAM(视频存储器)的通路之间，主要用来对 CPU 写入Video RAM 的数据进行各种操作和处理。它由算术逻辑部件(ALU)、位平面读出暂存器及一些控制寄存器组成。在初始状态下它是透明的。即 CPU 向 Video RAM 读出时它对数据不作任何修改。当直接对图形控制器
2、进行控制时，它能协助我们完成一些原来要由 CPU 执行的任务。在图形模式下，它对于绘图算法的快速实现提供了一定的硬件支持。特别是在对像素操作时，直接使用图形控制器是最快捷的方法。在 VGA 卡上，是不能直接对 Video RAM 的内容进行读写的，必须通过特殊硬件作界面。VGA 的 Video RAM 被分成四个独立的位平面(Bit plane)的形式。在图形方式下的位平面地址方式是水平的，各位平面具有相同的空间地址，其首地址入口为 A000：000H。每个位平面的读写操作均可独立地进行。通常，屏幕上第五个像素的颜色用 4 个二进制位表示，它的像素值被划分到 4 个位平面上，分别占用 4 个位
3、平面的一位。所以，当 CPU 要读写 VideoRAM 地址时，并不是只用到一个字节，而是同时用到 4 个字节，分别在每一个位平面上。图形控制器有四个读出数据暂存器(Latch)，从 Video RAM 的 4 个位平面读出的数据都同时暂存在其中，直到下一次再更新它们的内容。每一个 Latch 对应于一个位平面，当 CPU要用到 Video RAM 的地址时，读取操作会更新 Latch 中的值，写入操作会更新位平面的值。由于 VGA 与 CPU 之间的数据通路是单字节宽，只有 8 个 Bit，但内部却有 32 位的数据通路，因此，从 CPU 送来的一个字节，在一个写周期内，可以同时向 4 个位
4、平面写入。图形控制器的逻辑运算部件主要对 CPU 与入 Video RAM 的数据执行与、或、异或、循环等操作，由于可以对像素的颜色进行逻辑运算，可以大大简化绘图操作，获得一些特殊的效果。在 VGA 卡中，与图形控制器工作状态相关的另一个物理器件是操作定序控制器，它是VGA 各种寄存器操作和数据传送操作的顺序控制器，起着控制 Video RAM 或图形控制器到属性控制器之间的数据流动的作用。在下面所涉及的各种位平面写入操作中，最终对哪些平面有效，还要受到操作定序控制器中的位平面屏蔽寄存储的影响。图形控制寄存器访问对图形控制器的访问必须通过寄存器的读写操作来完成。图形控制器有 9 个可定址的寄存
5、器，这些寄存器均为一个字节宽。由于系统分配给显示器端口地址的数量有限，在访问寄存器时采用了间址选择的方法，即预先将这些寄存器编号(称之为索引号)，并添加一个索引寄存器和一个数据寄存器。它们的存取操作均须通过地址索引寄存器(输出地址为 3CEH)和数据寄存器(输入输出地址为 3CFH)，前者存放索引号，后者存放索 SI 号所指定的寄存器写入或读出的数据。索引寄存器的内容起着控制数据寄存器的功能，所以可将地址为3CFH 的数据寄存器看作 9 个不同的寄存器来使用。为了访问图形控制器的功能，对图形控制器寄存器的存取操作均须分两步进行：首先应当把索引号(即功能号)作为寄存器的内容输出到索引寄存器端口
6、3CEH 中，然后再对数据寄存器进行读写操作。图形控制器寄存器的参数及功能为了实现对图形控制器的直接编程，必须掌握各个寄存器的含义及其用法。在 VGABIDS 中，这些寄存器都有其初值，当然，这些值都是可以修改的。下表列出这 9 个寄存器的名称和系统初始值。ROMBIOS 中 VGA 图形控制器所设置的初始值功能索引号 寄存器名称及作用 系统初值0 SetReset(置位复位寄存器) 01 Enable Set(置位复位允许寄存器) 02 Color Compare=x%8;dummy=*base;OUTINDEX(0,color);/*设定额色*/OUTINDEX(1,ENABLE);/*启
7、动位平面*/OUTINDEX(3,how); /*确定逻辑操作方式*/OUTINDEX(8,mask);/*设置屏蔽位*/*base=1;OUTINDEX(0,0);/*寄存器复位*/OUTINDEX(1,0);OUTINDEX(3,0);OUTINDEX(8,0xff);TVGA 显示原理SuperVGA 是目前微机上显示方式极为普遍的配置，但 SuperVGA 并无统一标准，各种高级语言不支持 SuperVGA 方式的显示。要实现高分辨多色彩图形显示，必须清楚 SuperVGA 的显示原理。Windows 是目前受人们欢迎的操作系统，位图(BMP)文件是它图形文件的标准格式，但用户在用 T
8、urboC 开发图形图像程序时，不能直接取用BMP 位图文件，这不能不说是一件遗憾之事。下面就针对以上问题提出解决的方法。这里只讨论 256 色下的图形显示技术。1内存映射关系TVGA8900 卡有 512KB 和 1024KB 显示缓冲区 1 种(512KB VRAM 不支持 1034X768 的 256 色模式)。DOS 环境从 A0000HBFYFFH 共有 128KB 的存储空间留给显示器，分为 64KB 的 A0000H久 1TFPH 和 128KB 的页方式映射到 TVGA 的 VRAM 来实现显示的。2寻址技术要实现 Super VGA 的显示，首先是将图形缓冲区中数据送到 CP
9、U RAM，然后映射到TVGAVRAM 中实现。对于 256 色模式来说，屏幕上的一点占 8 位(28=256)1 字节，VRAM 中的数据从 0KBdl024KB，每个字节顺序在对应屏幕中按行逐点对应。CPU RAM 只有 64KB，而VRAM 有 1024KB，要使图形数据缓冲区中的数据通过 CPURAM 和 TVGAVRAM 建立一一对应关系实现显示，关键是 CPU RAM 如何映射到 VRAM。分析 TVGA 结构可以得到，TVGA(1024KB)VRAM 被分成 16 个段，每段 64KB，通过访问 3C4H 定序器地址寄存器来实现 A0000HAFFFFH 64KB 对应于 TVG
10、AVRAM 不同的段，这样就得到了屏幕上一点(x，y)与 CPURAM 和 TVGAVRAM的寻址关系：xy=x+y*MAXX(MAXX 为每行的最大值)其中，xy 为点(x，y)在 VRAM 中的线性地址SEG：xy10000H=xy65536=xy16其中，SEG 为点(x，y)在 VRAM 中的段号。OFF：xy MODE=显示模式INT l0H(2)设置页方式，如下为选择 64KB 方式MOV DX，3C4HMOV AL，OBHOUT DX，ALIN AL，DXMOV DX，3CEHMOV AX，506HOUT DX，AX(3)切换视频内存MOV DX，3C4HMOV AL，0EHOU
11、T DX，ALMOV DX，3C5HIN AL，DXXOR AL，2OUT DX，AL4点(x，y)在屏幕上显示依据前面的分析，可以得到点(x，y)在屏幕上显示过程：设置显示模式计算点的线性地址计算在 VRAM 中的段号计算在 RAM 中的地址及偏移量建立 CPU RAM 与点在 VRAM 段的映射向 CPU RAM 中地址写点(x，y)的颜色值。TVGA 方式下灰度的实现1位图 BMP 文件格式分析Paintbrush 的BMP 位图共有 1 位、4 位、8 位、24 位(即单色、1彩色)4 种位映像，结构都基本相同，现仅以 256 色为例说明。256 色BMP 位图文件格式分为三部分：文件
12、头、调色板和图形数据文件头的结构分析文件头占用位图的前 54 个字节12 字节 文件类型标志47 字节 文件的长度821 字节 图形的宽度2225 字节 图形的高度调色板的结构分析从 55 到 1078 的 1024 个字节为调色板值，每 4 个字节为一种颜色的 RGB 值，依次分别存放 B，G，R(O#include#include#includeunsigned long pre_cale_y2480;typedef unsigned char byte;union REGS reg;struct SREGS inreg;typedef structbyte red;byte grn;by
13、te blu;rgb;typedef rgb palette_Register256;void set_palette(palette_Register hue)reg.x.ax=0x1012;segread(inreg.es=inreg.ds;reg.x.bx=0;reg.x.cx=256;reg.x.dx=(int)int86x(0x10,void init_palette_2(palette_Register color)int i;for(i=0;i16);offset=L_offsetoutportb(0x3c4,0xe);outportb(0x3c5,(pageaddress=(char far *)(0xa0000000L+offset);*address=color;void put_pix(int x,int y,char color,char inten)char col;col=(35+1)*(color-1)+inten)plot(x,y,col);
