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