Day 03 で動くようになった freestanding C 環境の上に、VGA テキストモードの表示ドライバを実装する。vga_putc / vga_puts / 色指定 / スクリーンクリア / スクロール / ハードウェアカーソル制御を備えた、printf の代替となる出力 API を完成させる。
VGA テキストモードは メモリマップド I/O の最も古典的で分かりしい例です。デバイスの状態を「ポート I/O（outb/inb）」で、データを「メモリへの書き込み」で扱うという 2 種類のハードウェア通信方式が 1 つのデバイスに同居しています。これは Linux の frame buffer ドライバや console サブシステムの原型であり、MMIO（Memory Mapped I/O）の概念を実感を持って理解する最初のステップです。また「1 文字 = 2 バイト（文字コード+属性）」という固定フォーマットのパース/構築は、バイナリプロトコルを扱う SWE に共通の訓練になります。
- Day 03（freestanding C、
kmain、boot/boot.s+boot/kernel_entry.sの分割構成）が完成していること。 - 32 ビット C（ポインタ、配列、ヘッダと実装の分離）の基礎。
- Day 03 の成果物（boot.s / kernel_entry.s / kernel.c / Makefile）を出発点にする。
VGA テキストモードでは、画面の 1 文字が 2 バイトで構成され、画面全体が 0xB8000 から始まる連続メモリ（フレームバッファ）にマップされています。
- 下位 8bit = 文字コード（ASCII）
- 上位 8bit = 属性（下位 4bit=前景色 / 上位 4bit=背景色）
例: 位置 (row, col) のセルは 0xB8000 + 2*(row*80+col) に uint16_t として書き込む。
uint16_t cell = (uint8_t)c | ((attr & 0xFF) << 8);画面上の点滅カーソル位置は VGA の CRTC レジスタ（インデックスポート 0x3D4、データポート 0x3D5）で制御します。インデックス 14/15 に位置の上位/下位バイトを書き込みます。これが初めての ポート I/O（outb） の本格利用です。
完成形は day04_completed/ を参照。以下が構築するレイヤ。
// vga.h — VGAテキストモード制御（C, freestanding）
#pragma once
#include <stdint.h>
#define VGA_WIDTH 80
#define VGA_HEIGHT 25
typedef enum {
VGA_BLACK=0, VGA_BLUE, VGA_GREEN, VGA_CYAN, VGA_RED, VGA_MAGENTA, VGA_BROWN, VGA_LIGHT_GRAY,
VGA_DARK_GRAY, VGA_LIGHT_BLUE, VGA_LIGHT_GREEN, VGA_LIGHT_CYAN, VGA_LIGHT_RED, VGA_PINK, VGA_YELLOW, VGA_WHITE
} vga_color_t;
void vga_init(void);
void vga_clear(void);
void vga_set_color(vga_color_t fg, vga_color_t bg);
void vga_move_cursor(uint16_t x, uint16_t y);
void vga_putc(char c);
void vga_puts(const char* s);vga.h の API を実装する。要点:
vga_entry(c, attr)で文字+属性を 1 ワードに合成。vga_putc: 改行（\n）で次行へ、右端で折り返し、cursor_y >= VGA_HEIGHTで 1 行スクロールアップ。vga_move_cursor: CRTC レジスタへoutbで位置を反映。
void vga_putc(char c) {
if (c == '\n') { /* 改行 + 必要ならスクロール */ }
VGA_MEM[cursor_y * VGA_WIDTH + cursor_x] = vga_entry(c, color);
if (++cursor_x >= VGA_WIDTH) { cursor_x = 0; cursor_y++; /* scroll */ }
vga_move_cursor(cursor_x, cursor_y);
}
void vga_puts(const char* s) { while (*s) vga_putc(*s++); }outb は io.h でインラインアセンブリにより提供する（Day 05 でシリアル制御にも再利用）。
void kmain(void) {
vga_init();
vga_puts("Day 04: C-based VGA driver\n");
vga_set_color(VGA_YELLOW, VGA_BLACK);
vga_puts("Hello from C!\n");
}cd day04_completed
make run # QEMU が起動し、カラフルなテキストとカーソル移動が確認できる- 画面クリア → "Day 04: C-based VGA driver" → 黄色で "Hello from C!" が表示されれば成功。
- QEMU モニタ（
Ctrl+Alt+2）でx/20x 0xB8000を実行すると、書き込んだセルが見える。
🔴 VGA 出力されない
- 原因 1:
0xB8000への書き込み失敗（アドレス間違い）。 - 原因 2: 2 バイト構造を 1 バイトで書いている。
- 解決:
*((uint16_t*)0xB8000) = 'A' | (0x0F << 8);（uint16_tで書く）。
🔴 文字化け / カーソル異常
- null 終端の確認、CRTC レジスタへの書き込み順序（インデックス→データ）の確認。
🔴 implicit declaration of function 'outb'
io.hをインクルード、またはextern void outb(uint16_t,uint8_t);宣言。
- VGA の 1 文字は何バイトで、どういう内訳か？
- ハードウェアカーソルの位置はどの I/O ポートで制御する？
- スクロール時にどのメモリ領域をどう移動する？
- メモリマップド I/O とポート I/O の違いを、VGA のどの機能がそれぞれ使っているかで説明せよ。
VGA で「目に見える出力」ができました。次は Day 05: シリアルポート でポート I/O（outb/inb）を本格的に使い、ホスト側へログを送れる「見えない出力経路」を確立します。これは以降のデバッグ（割り込み・スケジューラの観察）に不可欠な基盤になります。