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Deshab 桌面环境架构设计
1. 概述
Deshab 桌面环境(Deshab Desktop Environment, DDE)是基于 UTSM/DSK 内核的图形桌面系统, 运行在 SAS-R0(单地址空间 Ring0)任务模型上,使用 "Sealed Arc" 视觉风格系统。
设计原则:
- SAS-R0 适配:无内存隔离,所有应用共享地址空间,信任模型为 Ring0 全信任
- 单屏幕协作:初期采用"多窗口前台 + 桌面后台"模式,桌面管理器始终驻留
- 应用独立开发:内置应用使用回调模式;未来工具应用为独立 .elf,通过 ELF 加载方式载入
- 帧缓冲直绘:无 GPU 加速,所有渲染通过 du_context 直接写 framebuffer
当前实现状态:desktop.elf 已实现完整的桌面管理器框架,包括窗口管理、事件路由、 PS/2 鼠标初始化+轮询、光标 save/restore、任务栏、桌面图标和 3 个内置应用。
2. 系统架构
┌─────────────────────────────────────────────────────┐
│ Framebuffer │
│ ┌─────────────────────────────────────────────┐ │
│ │ Desktop Manager (desktop.elf) │ │
│ │ ┌──────────┐ ┌──────────┐ ┌──────────┐ │ │
│ │ │ Window 1 │ │ Window 2 │ │ Window 3 │ │ │
│ │ │ (bash) │ │ (editor) │ │ (calc) │ │ │
│ │ └──────────┘ └──────────┘ └──────────┘ │ │
│ │ │ │
│ │ ┌─────────────────────────────────────────┐│ │
│ │ │ Taskbar (40px) ││ │
│ │ └─────────────────────────────────────────┘│ │
│ └─────────────────────────────────────────────┘ │
└─────────────────────────────────────────────────────┘
3. 启动流程
UEFI → Limine → utsm.elf → DKM 驱动加载
→ deshab.elf (DSK) → spinner → firstInit.txt 检查
→ mouseInit.elf → netman.elf → [首次] FirstInit.elf
→ desktop.elf ← 桌面管理器
DSK 在 FirstInit 完成或 firstInit=1 时,加载 desktop.elf。
desktop.elf 通过 dsk_entry(dsk_boot_context *ctx) 入口接收系统上下文,
自行初始化 PS/2 鼠标、注册应用、进入主事件循环。
4. Desktop Manager 核心设计
4.1 窗口模型
typedef struct desktop_window {
int id; /* 窗口 ID(自增分配) */
int x, y, w, h; /* 窗口位置和尺寸 */
int visible; /* 可见性 */
int focused; /* 焦点 */
int minimized; /* 最小化 */
char title[48]; /* 窗口标题 */
/* 应用关联 */
int app_id; /* 关联的应用 ID(g_apps 索引) */
void *app_state; /* 应用私有状态(on_create 返回值) */
int closing; /* 关闭中标记 */
int dirty; /* 脏标记(需要重绘) */
} desktop_window;
Z 序:窗口按数组顺序排列,数组末尾的窗口在最上层。win_bring_to_front() 将窗口移到数组末尾。
窗口限制:最多 8 个窗口(MAX_WINDOWS)。
固定地址分配:当前内置应用使用固定地址分配状态结构,避免堆依赖:
0x4000000— bash_state(终端)0x5000000— editor_state(编辑器)0x6000000— calc_state(计算器)
4.2 事件系统
typedef enum {
EV_MOUSE_MOVE = 1,
EV_MOUSE_DOWN,
EV_MOUSE_UP,
EV_KEY_DOWN,
EV_KEY_UP,
} ev_type;
typedef struct {
ev_type type;
int mx, my; /* 鼠标全局坐标 */
int button; /* 0=左, 1=右 */
u8 scancode;
int shift, ctrl, alt;
} desktop_event;
事件路由:
- 鼠标事件 → 从后往前命中测试 → 找到目标窗口 → 检查关闭按钮/标题栏/客户区 → 路由到窗口回调
- 键盘事件 → 当前焦点窗口的
on_event回调 - 任务栏点击 → 桌面管理器直接处理(快速启动/窗口按钮)
- 桌面图标点击 → 桌面管理器处理(
launch_app())
拖拽机制:
- 鼠标按下 + 命中标题栏 → 进入拖拽模式(
g_dragging=1) - 拖拽期间鼠标移动 → 更新窗口位置(
w->x = mouse_x - offset) - 鼠标释放 → 退出拖拽模式
关闭机制:
- 鼠标点击窗口右上角红色 X 按钮(24×20 圆角矩形,DP_ERROR 底色)
win_destroy()调用应用的on_destroy,从窗口数组移除,焦点转移到最后一个窗口
4.3 应用 ABI(回调模式)
typedef struct app_ctx {
du_context *fb; /* 全局帧缓冲渲染上下文 */
desktop_win *win; /* 关联窗口 */
int client_x, client_y, client_w, client_h; /* 客户区坐标 */
int should_exit; /* 退出标志 */
desktop_block_read_fn block_read; /* FAT32 块读取函数 */
const void *kernel_api; /* DKM kernel_api 分发表 */
} app_ctx;
typedef void *(*app_create_fn)(app_ctx *ctx);
typedef void (*app_event_fn)(void *state, app_ctx *ctx, desktop_event *ev);
typedef void (*app_draw_fn)(void *state, app_ctx *ctx);
typedef void (*app_destroy_fn)(void *state);
typedef struct {
const char *name; /* 应用标识名 */
const char *display_name; /* UI 显示名 */
u32 default_w, default_h; /* 默认窗口尺寸 */
app_create_fn on_create;
app_event_fn on_event;
app_draw_fn on_draw;
app_destroy_fn on_destroy;
} app_descriptor;
应用生命周期:
- 用户点击桌面图标或快速启动 →
launch_app(app_id) - 创建窗口 → 构建
app_ctx→ 调用on_create(ctx)→ 返回app_state - 事件循环中:
on_event(state, ctx, ev)处理输入 - 绘制时:
on_draw(state, ctx)渲染客户区 - 关闭窗口 →
on_destroy(state)清理
当前注册的应用:
| app_id | name | display_name | 默认尺寸 | 状态 |
|---|---|---|---|---|
| 0 | bash | Terminal | 640×440 | 已实现 |
| 1 | editor | Editor | 600×450 | 已实现 |
| 2 | fileman | Files | 500×400 | 占位(无回调) |
| 3 | calc | Calculator | 280×400 | 已实现 |
4.4 任务栏 (Taskbar)
位置:屏幕底部,高度 40px。
布局:
┌──────────────────────────────────────────────────────────┐
│ [D] │ 🖥️ 📝 📁 🧮 │ │ 12:34 │
│Start│ 快速启动(4图标) │ 窗口按钮 │ RTC时钟 │
└──────────────────────────────────────────────────────────┘
分区:
- Start 按钮(48×32,DP_ABYSS_600 圆角矩形):显示 "D" 字符(DS_DARK_ACCENT_LIGHT)
- 快速启动(4 图标 × 40px):按 app_id 顺序绘制程序化图标(终端/编辑器/文件夹/计算器)
- 窗口按钮区:每个打开窗口一个 100×32 按钮,焦点窗口用 DS_DARK_ACCENT 底色,其余用 DP_ABYSS_600
- RTC 时钟(右侧 80px 区域):通过 CMOS I/O(端口 0x70/0x71)读取 BCD 时分,转换为 HH:MM 格式
4.5 桌面图标
位置:桌面右侧垂直排列。
参数:
- 列宽 80px(
DESKTOP_ICON_W),行高 72px(DESKTOP_ICON_H) - 左边距 16px(
ICON_GUTTER_X),上边距 16px(ICON_GUTTER_Y) - 起始 X =
fb_width - 80 - 16
图标:32×32 像素,程序化生成(无需位图文件),通过 draw_icon_* 函数绘制:
- 终端图标:DP_ABYSS_700 圆角矩形 + DP_SEAL_300 的 >_ 符号 + DP_SEAL_500 边框
- 编辑器图标:DP_ABYSS_700 圆角矩形 + DP_SEAL_500 文本行 + DP_SEAL_300 边框
- 文件夹图标:DP_ARC_500 圆角矩形 + DP_ARC_300 文件夹形状 + DP_ARC_700 边框
- 计算器图标:DP_ABYSS_700 圆角矩形 + DP_WARNING 按键 + DP_NEUTRAL_400 网格
标签:图标下方 36px 处,居中绘制应用 display_name,使用 DS_DARK_TEXT_PRIMARY 颜色。
4.6 窗口装饰
标题栏(28px,TITLEBAR_H):
- 焦点窗口:DP_ABYSS_600 背景
- 非焦点窗口:DP_ABYSS_800 背景
- 标题文字:左侧 DU_SPACE_SM 偏移,DS_DARK_TEXT_PRIMARY 颜色
- 关闭按钮:右上角,窗口右边 -28px 处,24×20 圆角矩形,DP_ERROR (红色) 底色 + 白色 "X"
边框(2px,BORDER_W):
- 焦点窗口:DS_DARK_BORDER(Seal Cyan 发光效果)
- 非焦点窗口:DS_DARK_BORDER
- 焦点发光:
du_rect_glow()3px 扩展范围,10px 衰减
标题栏底线:1px 分隔线,颜色同边框色。
圆角:窗口主体使用 DU_RADIUS_LG 圆角,关闭按钮使用 DU_RADIUS_SM 圆角。
4.7 应用加载模型
方式一:回调式(当前实现)
应用编译进 desktop.elf 内部,通过 app_descriptor 注册回调函数。
桌面管理器在事件循环中调用 on_event()/on_draw(),应用通过 app_ctx 访问系统服务。
特点:
- 应用与桌面管理器在同一 ELF 中,共享代码和全局变量
- 应用状态使用固定地址分配(避免堆依赖)
- 应用可以直接访问 g_fb 全局帧缓冲
方式二:独立 ELF 加载式(未来实现)
工具应用独立开发为单独 .elf 文件(如 CODE/tools/bash/),通过 DSK 的 FAT32 + ELF loader 加载。
独立工具实现 dsk_entry(dsk_boot_context *ctx) 入口点,接收与 DSK 相同的系统上下文。
未来桌面管理器将通过 ELF 加载方式载入工具 .elf,需要实现:
- ELF 加载到内存 + PIE 重定位
- 传入 dsk_boot_context(framebuffer、kernel_api、block_read 等)
- 返回机制(在 ELF 入口点保存返回地址)
- 独立工具的公共辅助代码(
CODE/tools/desktop_app.h)
5. 渲染管线
redraw_all() 完整管线:
1. 渐变背景(du_fill_bg_gradient: DP_ABYSS_900 → DP_ABYSS_800)
2. 桌面图标(draw_desktop_icons)
3. 窗口循环(从底到顶):
a. 应用 on_draw() 绘制客户区内容
b. draw_window_frame() 绘制窗口装饰(在应用内容之上)
4. 任务栏(draw_taskbar)
5. 鼠标光标(cursor_save_bg + cursor_draw)
渲染策略:
- 每帧全屏重绘(无增量更新)
- 鼠标光标使用 save/restore 机制:移动前恢复旧位置背景,重绘后保存新位置背景
- 应用直接写入全局 framebuffer(无窗口后缓冲),窗口装饰在应用内容之上绘制
- 重绘触发:鼠标移动/点击、键盘事件、窗口状态变化
6. 像素格式
与现有 framebuffer 一致:32bpp ARGB(0xAARRGGBB),小端存储。 所有颜色值使用 deshab_ui.h 中的语义色令牌。
7. 鼠标光标
24×24 像素箭头光标:
- 热点在左上角 (0,0)
- 形状定义:
cursor_shape[24][24]位图数组(1=前景,0=透明) - 前景色:DS_DARK_TEXT_PRIMARY
- save/restore 实现无闪烁移动:
cursor_save_bg(): 保存光标位置 24×24 像素到g_cursor_save[]cursor_restore_bg(): 恢复上次保存的像素- 每帧重绘时:先 restore 旧位置 → 全屏绘制 → save + draw 新位置
- 边界限制:光标不超出屏幕范围(减去 CURSOR_SIZE)
8. 输入处理
8.1 PS/2 鼠标
初始化(ps2_mouse_init()):
- 启用 AUX 设备(命令 0xA8 → 0x64)
- 读取控制器配置字节(0x20 → 0x64),设置 bit1(AUX IRQ12)+ 清除 bit5(AUX clock)
- 写回配置(0x60 → 0x64)
- 复位鼠标(0xD4 → 0x64,0xFF → 0x60)
- 启用 streaming(0xD4 → 0x64,0xF4 → 0x60)
轮询(ps2_mouse_poll()):
- 读取端口 0x64 状态,检查 bit0(数据就绪)和 bit5(AUX 标记)
- 读取 0x60 数据,累积 3 字节组成一个鼠标包
- 校验 byte0 bit3 同步位
- 解析 X/Y 位移(带符号扩展)和左键状态(byte0 bit0)
- Y 轴翻转处理(鼠标 Y 向上为正,屏幕 Y 向下为正)
- 边界裁剪:光标限制在屏幕范围内
8.2 PS/2 键盘
- IRQ1 → scan code set 1
- 扩展键 E0 前缀追踪(
g_e0标记) - Shift 修饰键追踪(0x2A/0x36 按下,0xAA/0xB6 释放)
scan_to_ascii()映射:normal[58] + shifted[58] 查找表- 键盘事件发送到焦点窗口的
on_event回调
全局快捷键(规划中):
- Alt+Tab:窗口切换
- Alt+F4:关闭窗口
9. 文件系统接口
工具应用通过 app_ctx.block_read 访问 FAT32 文件系统。
block_read 函数类型:
typedef int (*desktop_block_read_fn)(void *ctx, unsigned long long lba, unsigned int count, void *buffer);
从 dkm_kernel_api + 0xA8 偏移处获取函数指针。
暂不实现 VFS 系统调用——所有文件操作通过直接 FAT32 路径解析完成。
10. 网络接口
网络工具(curl、ping、browser)依赖 netman 已实现的:
- DHCP 客户端
- ARP 解析
- DNS 查询
- e1000/virtio_net TX/RX
工具应用通过 kernel_api.net 访问网络功能。
11. 内置应用详情
11.1 终端 (Bash)
- 状态结构:
bash_state@ 0x4000000 - 终端缓冲:80 列 × 40 行(TERM_MAX_COLS × TERM_MAX_ROWS)
- 每格存储:字符(u8) + 前景色(u32)
- 输入缓冲:256 字节,支持插入模式和光标移动
- 提示符:
deshab# - 命令:help, clear, echo, version/ver, uname, date, about, reboot, halt, pwd, whoami, id
- 渲染:先绘制历史内容,再绘制当前输入行+光标
- 光标:2px 高下划线,DS_DARK_CURSOR 颜色
- 配色:DS_DARK_* 暗色主题
11.2 文本编辑器 (Editor)
- 状态结构:
editor_state@ 0x5000000 - 文本缓冲:65536 字节(EDITOR_BUF_SIZE)
- 编辑操作:插入/删除字符、换行、方向键移动、Home/End
- 行号:3 位数字 + 分隔线(DS_DARK_TEXT_DIM 颜色)
- 自动滚动:光标超出可视区域时调整 scroll_y
- 状态栏:底部 20px,显示 L:行 C:列 + 修改标记(*)
- 光标:2px 宽竖线,DS_DARK_CURSOR 颜色
- 编辑区背景:DS_DARK_BG_SECONDARY
- 窗口标题:
Editor - untitled
11.3 计算器 (Calculator)
- 状态结构:
calc_state@ 0x6000000 - 运算:四则运算(+/-/×/÷),i64 精度
- 显示屏:圆角矩形,右对齐数字
- 按钮网格:4×5 布局(C/+/-/%/÷, 7/8/9/×, 4/5/6/-, 1/2/3/+, 0/./=)
- 按键颜色:功能键 DP_ABYSS_600,运算符 DS_DARK_ACCENT,等号 DP_SUCCESS
- 输入:键盘数字键 + 运算符,C 清零,Enter/= 计算
12. 分阶段实现计划
Phase 1 — 桌面基础(已完成)
- ✅ Desktop Manager 核心框架
- ✅ 任务栏 + 时钟 + 桌面图标
- ✅ 窗口管理(创建/销毁/移动/焦点/拖拽)
- ✅ 事件路由系统
- ✅ PS/2 鼠标初始化 + 轮询
- ✅ 光标 save/restore
- ✅ 终端应用(Bash)
- ✅ 文本编辑器(Editor)
- ✅ 计算器(Calculator)
Phase 2 — 文件操作与独立应用
- 工具应用独立开发框架(CODE/tools/ + desktop_app.h)
- FAT32 路径解析增强(目录遍历)
- 文件管理器(独立 .elf)
- 编辑器独立化(从内置 → 独立 tools/editor/)
- 文件打开器(关联 .txt → 编辑器)
- Ctrl+S 保存(需 FAT32 write API)
Phase 3 — 网络
- TCP/IP 最小实现(基于 e1000/virtio_net)
- ping 工具(ICMP Echo)
- curl 工具(HTTP GET)
Phase 4 — 高级应用
- 浏览器(HTTP + 简单 HTML 渲染)
- Bash 增强版(命令历史↑↓、ls、cat、Tab 补全)
- 更多系统工具
13. 目录结构
CODE/
desktop/ 桌面管理器(当前实现)
main.c 主循环、事件路由、compositing、3个内置应用
linker.ld PIE 链接脚本
MAKEFILE 构建脚本(输出 desktop.elf)
tools/ 独立工具应用(未来实现)
desktop_app.h 公共辅助头文件
bash/ 独立终端
main.c
MAKEFILE
linker.ld
editor/ 独立文本编辑器
main.c
MAKEFILE
linker.ld
fileman/ 文件管理器
main.c
MAKEFILE
linker.ld
browser/ 浏览器
main.c
MAKEFILE
linker.ld
curl/ HTTP 客户端
main.c
MAKEFILE
linker.ld
ping/ ICMP 工具
main.c
MAKEFILE
linker.ld
14. 构建与打包
当前构建
desktop.elf 编译输出到 SYSTEM/system/deshab64/desktop.elf。
编译参数(与 DSK / shell / FirstInit 一致):
clang -target x86_64-unknown-none -std=c11 -ffreestanding -fno-builtin
-fno-stack-protector -fpie -mno-red-zone -mno-sse -mno-sse2
-mno-mmx -msoft-float -m64 -Wall -Wextra -I../UTSM/include -O2
ld.lld -nostdlib -static -pie -z max-page-size=0x1000 -T linker.ld
未来工具应用构建
独立工具 .elf 将输出到 SYSTEM/system/deshab64/tools/,构建集成:
- 每个工具有独立 MAKEFILE(与 desktop 相同模式)
- build.ps1 中添加工具构建步骤
- mkfat32.c 中添加工具 .elf 入口
SYSTEM/system/deshab64/
desktop.elf ← 桌面管理器
tools/
bash.elf ← 独立终端
editor.elf ← 独立文本编辑器
fileman.elf ← 文件管理器
browser.elf ← 浏览器
curl.elf ← HTTP 客户端
ping.elf ← ICMP 工具
DSK 启动流程:
- 首次启动:mouseInit → netman → FirstInit → desktop
- 非首次启动:mouseInit → netman → desktop