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HBOS - He Bit OS

当前版本：0.1 beta2 64-bit 高分辨率图形命令行操作系统，支持多阶段 AI 协同开发

截图

项目目标

HBOS 的目标是在尽量低廉、低配置的电脑上做出足够好的实际体验。开发时优先轻量、稳定、可用，先把小方向打磨顺手，再推进大方向；避免为了“看起来高级”引入过多无用代码、复杂依赖或消耗低配机器资源的设计。

0.1 beta2 更新

  • ✅ 默认构建产物收敛为 BIOS/UEFI 双 ISO：build/hbos-bios.iso 与 build/hbos-uefi.iso
  • ✅ UEFI 启动链路改进，支持生成面向虚拟机使用的 GPT/ESP 安装盘镜像
  • ✅ 新增 HBFS 磁盘文件系统路径，支持从 MBR/GPT 分区挂载
  • ✅ POSIX/ramfs 文件工作流完善：open/read/write/lseek/stat/unlink 等接口可用于 shell 与用户应用
  • ✅ Shell 增加文件、应用、ATA、磁盘管理相关命令
  • ✅ 新增启动自测，POSIX/ramfs 通过时输出 [SELFTEST] POSIX/ramfs: PASS
  • ✅ 新增 ACPI poweroff 路径，poweroff/shutdown 优先走 ACPI，失败后回退到虚拟机端口
  • ✅ 修复 CJK 滚动错位与滚动时光标残影问题
  • ✅ GUI 代码工作台增强鼠标保存/运行/打开、运行输出和错误行提示，保持轻量可用
  • ✅ GUI/代码工作台统一 Shell 输入路径，适配 PS/2 与 USB HID 键盘的 Ctrl+S/R/O、Home/End、PgUp/PgDn、Delete 等常用快捷键
  • ✅ 新增 drivers 命令，便于真机上快速查看输入、USB、块设备、文件系统与网卡驱动状态

beta1 更新

  • ✅ 内核启动横幅与 version 命令显示更新为 beta1
  • ✅ 支持构建时 TTF → HZK16 点阵字体生成，并内嵌 CJK 字库
  • ✅ 支持 UTF-8 中文/CJK 字符输出，应用程序可直接通过控制台 API 输出中文
  • ✅ Shell 基础命令拆分到 src/tools/，按 System/Debug/History/Help 模块化注册
  • ✅ PS/2 键盘支持方向键、Home/End、PgUp/PgDn、小键盘与 NumLock 状态切换
  • ✅ 支持 PgUp/PgDn 浏览终端历史上下文
  • ✅ 初步加入协作式多任务框架和任务上下文切换

功能特性

  • ✅ 64 位长模式 (x86_64) — 启动页表覆盖 0-4GB
  • ✅ BIOS/Multiboot2 + UEFI 双启动
  • ✅ VGA 文本模式 + 高分辨率图形终端 (flanterm) 双输出
  • ✅ ANSI→VGA 颜色转换 (VGA 16 色，支持高亮)
  • ✅ PS/2 键盘驱动 (Shift/CapsLock/NumLock/方向键/Home/End/PgUp/PgDn/小键盘)
  • ✅ USB xHCI/HID 键盘基础路径，按配置描述符识别 boot keyboard/mouse 接口
  • ✅ 交互式 Help 模式 (类似 Python help())
  • ✅ 命令分组管理 (系统/文件/图形/调试/用户)，基础命令已模块化到 src/tools/
  • ✅ 命令历史 / 搜索 / 上下键回滚 / PgUp-PgDn 上下文浏览
  • ✅ UTF-8 中文/CJK 字符显示（构建时 TTF → HZK16 点阵）
  • ✅ gui / startx 图形桌面，包含文件管理、磁盘管理、资源管理器、应用启动器和内置小游戏
  • ✅ 初步协作式多任务框架
  • ✅ 多阶段 AI 开发文档体系
  • ✅ 应用程序 API (硬件抽象层)

快速开始

依赖

sudo apt install build-essential nasm grub-pc-bin grub-efi-amd64-bin xorriso mtools dosfstools qemu-system-x86 qemu-utils ovmf python3 python3-pil

Windows 推荐使用 WSL 构建。先安装 Ubuntu WSL，然后在 WSL 内安装依赖：

sudo apt update
sudo apt install build-essential nasm grub-pc-bin grub-efi-amd64-bin xorriso mtools dosfstools qemu-utils python3 python3-pil

构建与运行

make           # 构建 BIOS/UEFI 双 ISO
make release   # 构建发布产物：ISO + VMware VMDK + VirtualBox VDI
make run       # QEMU BIOS 硬盘启动
make run-uefi  # QEMU UEFI 硬盘启动
make smoke     # 构建并自动验证 BIOS/UEFI ISO/HDD/VMDK 启动

真机优先级

HBOS 优先保证低成本 x86_64 机器上的基础可用性：先让启动、输入、磁盘、文件系统、GUI 和调试信息稳定，再扩展更复杂的桌面体验。当前真机建议优先尝试 BIOS/UEFI ISO 启动；输入路径覆盖 PS/2 键盘与 USB xHCI HID boot keyboard，存储优先 AHCI、回退 ATA PIO，网络以 Intel E1000 路径为主。进入系统后可运行：

drivers
status
gui

drivers 用于确认键盘、USB、块设备、文件系统和网卡是否被识别。未识别的硬件先按该命令输出定位到具体驱动层，不盲目堆 GUI 功能。

Windows PowerShell / CMD 中也可以直接调用：

.\scripts\build-windows.ps1 -Clean

或：

scripts\build-windows.cmd -Clean

构建产物仍在：

  • build/hbos-bios.iso
  • build/hbos-uefi.iso
  • build/hbos_vmware_bios.vmdk（make release / make vmware-bios）
  • build/hbos_vmware_uefi.vmdk（make release / make vmware-uefi）
  • build/hbos_virtualbox_bios.vdi（make release / make vbox-bios）
  • build/hbos_virtualbox_uefi.vdi（make release / make vbox-uefi）

虚拟机使用

VMware Workstation/Player 25H2：

  • BIOS 固件：光盘启动使用 build/hbos-bios.iso，硬盘启动使用 build/hbos_vmware_bios.vmdk
  • UEFI 固件：关闭 Secure Boot，光盘启动使用 build/hbos-uefi.iso，硬盘启动使用 build/hbos_vmware_uefi.vmdk
  • 推荐内存 512 MiB 或更高

VirtualBox：

  • BIOS 固件：不要勾选 Enable EFI，光盘启动使用 build/hbos-bios.iso，硬盘启动使用 build/hbos_virtualbox_bios.vdi
  • UEFI 固件：勾选 Enable EFI，关闭 Secure Boot 相关选项，光盘启动使用 build/hbos-uefi.iso，硬盘启动使用 build/hbos_virtualbox_uefi.vdi

项目结构

hbosv2/
├── src/
│   ├── boot.asm              # Multiboot2 引导 + 4GB 页表
│   ├── kernel.c               # 内核入口（极简，仅调用各子系统初始化）
│   ├── graphics/
│   │   ├── graphics.h         # 图形子系统 API
│   │   ├── graphics.c         # flanterm + VGA 回退 + ANSI→VGA 颜色 + CJK 渲染
│   │   ├── font_cjk.c/.h      # CJK 字库查找与 UTF-8 辅助
│   │   └── cjk_glyph.asm      # 内嵌 build/font_cjk.bin
│   ├── shell/
│   │   ├── shell.h            # Shell/命令系统 API
│   │   └── shell.c            # 历史 + 键盘驱动 + 行编辑 + 命令注册
│   ├── tools/                 # Shell 基础命令模块
│   │   ├── help.c             # help 命令
│   │   ├── system.c           # reboot/poweroff/echo/version/clear/credits
│   │   ├── debug.c            # status 等调试命令
│   │   ├── file.c             # ls/cat/touch/rm/writefile/appendfile
│   │   ├── disk.c             # diskmgr/install/setup 磁盘管理与安装
│   │   ├── gui.c              # gui/startx 图形文件和磁盘控制面板
│   │   └── history.c          # history/clearhistory/search
│   ├── input/
│   │   └── mouse.c/.h         # PS/2 鼠标轮询驱动
│   ├── core/                  # 内核核心框架
│   │   ├── task.c/.h          # 协作式多任务调度
│   │   └── task_switch.asm    # x86_64 上下文切换
│   ├── api/
│   │   └── hal.h              # 硬件抽象层 — 应用程序开发入口
│   ├── fb.c / flanterm.c      # flanterm 高分辨率终端渲染引擎
│   └── fs.c                   # ramfs + HBFS 磁盘文件系统
├── docs/                      # 8 个子目录的完整 AI 开发文档
├── Makefile                   # 构建系统
└── linker_bios.ld             # 链接脚本

Shell 命令

命令 分组 说明
help System 交互式帮助模式（Python 风格）
help <cmd> System 显示单条命令帮助
clear System 清屏
version System 版本信息（0.1 beta2）
echo <text> System 输出文本
reboot System 重启系统
poweroff / shutdown System 关机
credits System 致谢
status Debug 系统状态
history System 命令历史
clearhistory System 清除历史
search <term> System 搜索历史
ls File 列出文件
cat <file> File 输出文件内容
touch <file> File 创建空文件
rm <file> File 删除文件
writefile <file> <text...> File 覆盖写入文本
appendfile <file> <text...> File 追加写入文本
diskmgr / disk File 查看磁盘、分区和 HBFS 占用
install / setup System 显示安装向导
install auto System 自动准备 HBFS 持久化存储
gui / startx Graphics 启动 HBOS 图形桌面，可操作文件、查看资源、打开系统软件和小游戏

应用程序开发 API

示例程序

/* myapp.c — HBOS 应用程序示例 */
#include "api/hal.h"

static void my_handler(int argc, char **argv) {
    console_puts("Hello from my app!\n");
    console_set_fg(0x00FF00);
    console_puts("This is green text\n");
    console_set_fg(0xFFFFFF);
}

void app_main(void) {
    app_register_command("myapp", "My first HBOS app", my_handler);
}

API 参考

函数 类别 说明
console_puts(str) 控制台 输出字符串（自动计算长度）
console_write(str, len) 控制台 输出指定长度的字符串
console_putchar(c) 控制台 输出单字符（自动刷新缓冲区）
console_flush() 控制台 强制刷新输出缓冲区
console_clear() 控制台 清除屏幕
console_set_fg(color) 控制台 设置前景色 (24-bit RGB)
console_set_bg(color) 控制台 设置背景色 (24-bit RGB)
console_get_size(&cols, &rows) 控制台 获取终端字符尺寸
console_is_initialized() 控制台 检查终端是否就绪
kb_get_key() 键盘 阻塞式按键读取
sys_reboot() 系统 重启系统
sys_poweroff() 系统 关闭系统
sys_udelay(us) 系统 微秒级忙等延时
sys_mdelay(ms) 系统 毫秒级忙等延时
app_register_command(name, desc, handler) 命令 注册 Shell 命令

编译应用程序

# 在 Makefile 的 C_SRCS 中添加
C_SRCS += apps/myapp.c

技术架构

启动流程

BIOS → GRUB (Multiboot2) → boot.asm (32-bit)
  ├── CPUID 长模式检测
  ├── 4 级页表 (P4 + P3 + 4×P2 = 6 页，4GB 2MB 大页映射)
  ├── PAE → EFER.LME → CR0.PG
  └── LGDT → 64-bit long_mode
      └── call kmain(mbi)

图形双模式与 CJK 输出

console_puts(str)
  ├── ASCII / ANSI → flanterm_write() → 高分辨率帧缓冲
  ├── UTF-8 CJK    → UTF-8 解码 → HZK16 字形查找 → 像素级绘制
  └── VGA fallback → vga_putc_fallback() → ANSI SGR → VGA 颜色属性

页表布局 (4GB)

页表 映射
p2_0 0GB - 1GB
p2_1 1GB - 2GB
p2_2 2GB - 3GB
p2_3 3GB - 4GB

多阶段计划

Phase 名称 状态
0 引导系统 ✅
1 内核核心 ✅ 初步任务框架
2 图形系统 ✅ CJK/Framebuffer/VGA
3 Shell ✅ 模块化命令/行编辑/历史
4 设备驱动 ✅ PS/2 键盘；ATA 待完善
5 文件系统 ⬜
6 内存管理 ⬜
7 进程管理 ✅ 协作式多任务雏形

许可证

GPL-3.0 ├── Hybrid ISO: 同时包含 BIOS 和 UEFI 部分 └── EFI ISO: (未来支持) 仅包含 UEFI 部分


### VGA 颜色表

| 编号 | 颜色 | 编号 | 颜色 |
|------|------|------|------|
| 0 | 黑 | 8 | 深灰 |
| 1 | 蓝 | 9 | 亮蓝 |
| 2 | 绿 | 10 | 亮绿 |
| 3 | 青 | 11 | 亮青 |
| 4 | 红 | 12 | 亮红 |
| 5 | 紫 | 13 | 亮紫 |
| 6 | 棕 | 14 | 黄 |
| 7 | 浅灰 | 15 | 白 |




## 应用程序开发 API

### 示例程序

```c
/* myapp.c — HBOS 应用程序示例 */
#include "api/hal.h"

static void my_handler(int argc, char **argv) {
    console_puts("Hello from my app!\n");
    console_set_fg(0x00FF00);
    console_puts("This is green text\n");
    console_set_fg(0xFFFFFF);
}

void app_main(void) {
    app_register_command("myapp", "My first HBOS app", my_handler);
}

API 参考

函数 类别 说明
console_puts(str) 控制台 输出字符串 (自动计算长度)
console_write(str, len) 控制台 输出指定长度的字符串
console_putchar(c) 控制台 输出单字符 (自动刷新缓冲区)
console_flush() 控制台 强制刷新输出缓冲区
console_clear() 控制台 清除屏幕
console_set_fg(color) 控制台 设置前景色 (24-bit RGB)
console_set_bg(color) 控制台 设置背景色 (24-bit RGB)
console_get_size(&cols, &rows) 控制台 获取终端字符尺寸
console_is_initialized() 控制台 检查终端是否就绪
kb_get_key() 键盘 阻塞式按键读取
sys_reboot() 系统 重启系统
sys_poweroff() 系统 关闭系统
sys_udelay(us) 系统 微秒级忙等延时
sys_mdelay(ms) 系统 毫秒级忙等延时
app_register_command(name, desc, handler) 命令 注册 Shell 命令

特殊键码：KB_UP KB_DOWN KB_LEFT KB_RIGHT KB_ESC

多阶段开发计划

Phase 名称 状态 说明
Phase 0 引导系统 (BOOT) ✅ Multiboot2, 4GB 页表, 长模式
Phase 1 内核核心 (CORE) ⬜ GDT/IDT, CPU 检测, 中断
Phase 2 图形系统 (GRAPHICS) ✅ flanterm + VGA 颜色回退 + CJK 渲染
Phase 3 Shell 命令系统 (SHELL) ✅ 模块化命令, help, 分组, 历史, 行编辑
Phase 4 设备驱动 (DRIVERS) ✅/⬜ PS/2 键盘、PCI、ATA/AHCI、串口已具备基础能力
Phase 5 文件系统 (FILESYSTEM) ✅/⬜ POSIX fd、ramfs、HBFS、VFS、安装器已接入
Phase 6 内存管理 (MEMORY) ✅/⬜ PMM、VMM、Heap 已接入，仍需继续增强
Phase 7 进程管理 (PROCESS) ✅/⬜ 协作式任务调度与 syscall ABI 已加入

许可证

GPL-3.0 license