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2025-07-05 14:31:39 +09:00
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--- a/docs/SHELL_IMPLEMENTATION.md
+++ b/docs/SHELL_IMPLEMENTATION.md
@ -0,0 +1,378 @@
+# Aios Shell Implementation Guide
+
+## Overview
+
+Aiosのインタラクティブシェル実装についての詳細ガイド。
+
+## Implementation History
+
+### Phase 1: Initial Attempt (Failed)
+
+**実装内容:**
+```rust
+// keyboard.rs - 複雑な実装
+use core::convert::TryFrom;
+
+static SCANCODE_TO_ASCII: [u8; 128] = [
+    // 複雑なマッピングテーブル
+];
+
+unsafe fn inb(port: u16) -> u8 {
+    // 危険なポートアクセス
+}
+```
+
+**問題:**
+- Page table panic (`page_table*.rs:105:25`)
+- ポートI/O競合
+- 配列サイズ不一致
+
+### Phase 2: Safe Approach (Partially Working)
+
+**実装内容:**
+```rust
+// keyboard_safe.rs
+unsafe fn try_inb(port: u16) -> Option<u8> {
+    // 遅延付きアクセス
+    for _ in 0..1000 {
+        core::arch::asm!("nop");
+    }
+    // ... 安全なアクセス
+}
+```
+
+**結果:**
+- パニックは解決
+- キーボード入力が機能しない
+
+### Phase 3: Basic Implementation (Success)
+
+**実装内容:**
+```rust
+// keyboard_basic.rs - シンプルなアプローチ
+pub fn has_key() -> bool {
+    unsafe {
+        let status: u8;
+        core::arch::asm!(
+            "in al, 0x64",
+            out("al") status,
+            options(nomem, nostack, preserves_flags)
+        );
+        (status & 1) != 0
+    }
+}
+```
+
+**結果:**
+- パニック解決
+- キーボード入力動作
+- スキャンコード正常取得
+
+## Architecture
+
+### Keyboard Driver (`keyboard_basic.rs`)
+
+```rust
+/// PS/2キーボードの状態確認
+pub fn has_key() -> bool
+
+/// 生スキャンコードの読み取り
+pub fn read_scancode() -> u8
+
+/// スキャンコードからASCII文字への変換
+pub fn scancode_to_char(scancode: u8) -> Option<char>
+```
+
+**キーマッピング:**
+```rust
+match scancode {
+    0x1E => Some('a'),  // A key
+    0x30 => Some('b'),  // B key
+    0x2E => Some('c'),  // C key
+    // ...
+    0x39 => Some(' '),  // Space
+    0x1C => Some('\n'), // Enter
+    _ => None,
+}
+```
+
+### Shell Core (`main.rs`)
+
+**State Management:**
+```rust
+static mut INPUT_BUFFER: [u8; 64] = [0; 64];
+static mut INPUT_POS: usize = 0;
+static mut CURSOR_ROW: usize = 12;
+static mut CURSOR_COL: usize = 6;
+```
+
+**Input Processing:**
+```rust
+fn process_char(ch: char) {
+    match ch {
+        '\n' => execute_command(),
+        '\u{8}' => handle_backspace(),
+        ' '..='~' => add_char_to_buffer(ch),
+        _ => { /* ignore */ }
+    }
+}
+```
+
+**Command Execution:**
+```rust
+fn execute_command() {
+    let cmd = core::str::from_utf8(&INPUT_BUFFER[..INPUT_POS])?;
+    match cmd {
+        "help" => show_help(),
+        "version" => show_version(),
+        "echo" => echo_test(),
+        "clear" => clear_screen(),
+        _ => show_unknown_command(cmd),
+    }
+}
+```
+
+## Key Features
+
+### 1. Real-time Input
+- キー押下の即座の反映
+- バックスペース対応
+- 文字制限（64文字）
+
+### 2. Command Processing
+- Enter キーでコマンド実行
+- コマンド履歴（将来実装予定）
+- エラーハンドリング
+
+### 3. Available Commands
+
+**help**
+```
+Aios Commands:
+  help    - Show this help
+  version - Show version
+  echo    - Echo test
+  clear   - Clear screen
+```
+
+**version**
+```
+Aios 2.0 - AI Operating System
+Interactive Shell with Keyboard Support
+```
+
+**echo**
+```
+Hello from Aios Interactive Shell!
+```
+
+**clear**
+- 画面全体をクリア
+- カーソル位置をリセット
+
+### 4. Input Handling
+
+**Scancode Processing:**
+```rust
+loop {
+    if keyboard_basic::has_key() {
+        let scancode = keyboard_basic::read_scancode();
+        
+        // キーリリースを除外
+        if scancode != last_scancode && (scancode & 0x80) == 0 {
+            last_scancode = scancode;
+            
+            if let Some(ch) = keyboard_basic::scancode_to_char(scancode) {
+                process_char(ch);
+            }
+        }
+    }
+    
+    // CPU負荷軽減
+    for _ in 0..1000 {
+        unsafe { core::arch::asm!("nop"); }
+    }
+}
+```
+
+## VGA Text Mode Interface
+
+### Screen Layout
+```
+Row 0:  "Aios - AI Operating System"     (Center)
+Row 1:  "Interactive Shell Ready"           (Center)  
+Row 2:  "Type 'help' for commands"          (Center)
+Row 3:  [Empty]
+Row 4:  [Empty]
+Row 5:  aios> [user input]                  (Prompt)
+Row 6+: [Command output]
+```
+
+### Character Display
+```rust
+pub fn print_char(c: u8, x: usize, y: usize) {
+    if x >= 80 || y >= 25 { return; }
+    
+    unsafe {
+        let vga = &mut *VGA_BUFFER;
+        vga.chars[y][x] = (0x0f << 8) | (c as u16);
+        //                 ^^^^         ^^^^^^^^^^
+        //                 Color        Character
+        //                 (White/Black) (ASCII)
+    }
+}
+```
+
+**Color Scheme:**
+- `0x0f` = White text on black background
+- Format: `(color << 8) | character`
+
+## Testing Procedures
+
+### 1. Scancode Debug Test
+```rust
+// 目的: キーボード入力の確認
+// 表示: "Scancode: 0x1E -> 'a'"
+```
+
+### 2. Interactive Shell Test
+```bash
+# テストシーケンス
+1. help <Enter>       # ヘルプ表示確認
+2. version <Enter>    # バージョン情報確認
+3. echo <Enter>       # エコーテスト確認
+4. clear <Enter>      # 画面クリア確認
+5. invalid <Enter>    # エラーハンドリング確認
+```
+
+### 3. Input Edge Cases
+```bash
+# テストケース
+- 空のコマンド (Enter のみ)
+- 長いコマンド (64文字以上)
+- バックスペースの動作
+- 連続入力
+```
+
+## Performance Considerations
+
+### CPU Usage
+```rust
+// 軽量な遅延ループ
+for _ in 0..1000 {
+    unsafe { core::arch::asm!("nop"); }
+}
+```
+
+### Memory Usage
+- Input buffer: 64 bytes
+- VGA buffer: Direct access (no buffering)
+- Static variables: Minimal usage
+
+### Polling Frequency
+- 高頻度ポーリング（遅延1000サイクル）
+- CPU halt命令は使用しない（応答性重視）
+
+## Known Limitations
+
+### 1. Character Set
+- ASCII printable characters only (`' '` to `'~'`)
+- 日本語等のマルチバイト文字は未対応
+- 特殊キー（F1-F12, Arrow keys）は未対応
+
+### 2. Input Features
+- コマンド履歴なし
+- Tab補完なし
+- 行編集機能なし（カーソル移動等）
+
+### 3. Display
+- 80x25 text mode固定
+- スクロール機能なし
+- 色変更機能なし
+
+## Future Enhancements
+
+### 1. Advanced Input
+```rust
+// 計画中の機能
+- Command history (↑/↓ keys)
+- Tab completion
+- Line editing (←/→ keys)
+- Multi-line input
+```
+
+### 2. Extended Commands
+```rust
+// 追加予定のコマンド
+- ls       // File listing
+- cat      // File content
+- mkdir    // Directory creation
+- cd       // Change directory
+- ps       // Process list
+- claude   // AI integration
+```
+
+### 3. Display Improvements
+```rust
+// 計画中の機能
+- Scrolling support
+- Color themes
+- Multiple windows
+- Status bar
+```
+
+## Debugging Tips
+
+### 1. Scancode Debugging
+```rust
+// スキャンコード確認用
+print_str("Raw: 0x", x, y);
+print_hex(scancode);
+```
+
+### 2. Buffer State Debugging
+```rust
+// バッファ状態確認
+print_str("Pos: ", x, y);
+print_number(INPUT_POS);
+```
+
+### 3. QEMU Console Output
+```bash
+# QEMUでの詳細ログ
+qemu-system-x86_64 -kernel kernel.bin -d int,cpu
+```
+
+## Build Configuration
+
+### Cargo.toml
+```toml
+[package]
+name = "aios-kernel"
+version = "0.2.0"
+edition = "2021"
+
+[dependencies]
+bootloader = "0.9.23"
+```
+
+### Build Command
+```bash
+# 開発用
+cargo bootimage --release
+
+# テスト用
+./scpt/bootimage-test.sh
+```
+
+## Success Metrics
+
+実装成功の判定基準：
+
+1. **キーボード入力**: 文字入力が画面に表示される
+2. **コマンド実行**: `help`コマンドが正常動作
+3. **バックスペース**: 文字削除が正常動作
+4. **エラーハンドリング**: 不明コマンドでエラー表示
+5. **画面管理**: `clear`コマンドで画面クリア
+
+全ての機能が正常動作することを確認済み。