linux0.11的bootsect.s和setup.s

Posted 2020-11-21 Ccluck_tian

 1、计算机的启动

 　　1、首先计算机的工作原理可以简单的概述为取指，执行；再取指，再执行；以此类推的过程，cpu就是一个不停取指执行不会休息的机器。
 　　2、那么x86结构的计算机上电后是怎么工作的呢？其实上电后(未加载操作系统代码之前)会先执行内存中一段为Bios固化的区域，这段区域是每次开机都必须执行的，正常情况下不被我们所控，主要作用是对一些硬件环境做出检测，是否有硬件损坏。这段期间cpu处在实模式下工作。在BIOS代码执行完毕后，cpu会去磁盘的0磁道0扇区读取512字节到内存地址的0x7c00处，然后设置cs:ip = 0x7c00，开始取指，执行。。。这512个字节就是今天的重点，操作系统的引导代码bootsect.s就放在其中。
 　　3、bootsect.s就是一个操作系统的引导代码，一个操作系统的起步就从这里开始。因此bootsect.s重要性无可厚非。
2、 bootsect.s
　　bootsect.s的作用：
　　1、bootsect.s在执行时，首先将自身代码内存位置0x7c00开始的512个字节 挪到0x90000开始的内存地址处，然后载入setup.s代码块(又一个重点)到0x90200位置开始的 4*512字节(这是setup.s)的大小。
　　　　mov ax,#BOOTSEG 　　　　　 　!BOOTSEG=0x7c0
　　　　mov ds,ax
　　　　mov ax,#SETUPSEG 　　　　　　!SETUPSEG=0x9000
　　　　mov es,ax
　　　　mov cx,#256
　　　　sub si,si
　　　　sub di,di
　　　　rep
　　　　movs 　　　　　　　　　　　　　! ds:si -->  es:di 
　　　　jmpi load_setup,SETUPSEG  　　 !jmpi是段间跳转，具体跳转的地址为9000:load_setup 
　　   load_setup：　　　

　　　　load_setup:
　　　　mov dx,#0x0000                  
　　　　mov cx,#0x0002　　　　!cl表示从第二个扇区开始读
　　　　mov bx,#0x0200 　　　  !bx表示段内偏移地址 ，读到0x90200
　　　　mov ax,#0x0200+SETUPLEN
　　　　int 0x13                           !0x13号中断开始读磁盘

　　　　jnc ok_load_setup          !读取成功后跳转
　　　　mov dx,#0x0000
　　　　mov ax,#0x0000
　　　　int 0x13
　　　　jmp load_setup
　　ok_load_setup:
　　　　jmpi 0,SETUP   ！SETUP=0x9020  最后执行段间跳转指令，cs:ip-->9020:0

　　2、载入setup程序后bootsect继续执行，先向屏幕打印提示system is loading... 在此的提示就和window开机的窗口是一个原理。最后bootsect在将system模块读入后，完成使命，将执行权交到setup模块。

　　　　mov ah,#0x03   　!功能号ah=0x03
　　　　xor bh,bh　　　　!页号，应该是屏幕位置的页号
　　　　int 0x10　　　　  !读取光标所在的位置 返回参数保存在dx寄存器中
　　　　mov cx,#36 　　　　!设置字符串长度 
　　　　mov bx,#0x0007       !bl = 0x07 表示字符属性为normal
　　　　mov bp,#msg1　　   !设置字符串偏移
　　　　mov ax,#0x07c0　　!7c00是bootsect模块所在首地址
　　　　mov es,ax　　　　  !设置字符串基地址  es:bp 表示要显示字符串的内存地址
　　　　mov ax,#0x1301      !ah = 0x13 表示显示字符功能号，al = 0x01 表示光标的属性在bl保存。
　　　　int 0x10　　　　　 !开启中断，开始从内存中读字符到屏幕中

3、setup.s

　　setup.s的功能：setup的主要功能是首先获得光标，内存，显卡，磁盘等参数存放在0x90000为起始地址的空间中，在这个模块之前放的bootsect.s，现在bootsect.s已经执行完成，这段空间也可以重新可利用了。然后将system模块从起始地址0x10000的所有代码，挪到0x0000(内存的起始地址处，之后system就一直存在于此处)。然后setup会初始化gdt表，idt表等等，最后用一个很酷的指令开启32位寻址方式，进入保护模式(在bootsect和setup执行的过程中cpu一直处于实模式，16位地址模式，最多能寻址1M的空间)。保护模式可以寻址4G的内存空间。

　　　　mov ax,#0x0001

　　　　 mov cr1,ax    !等价于lmsw ax      将cr0寄存器最后一位置1，便进入了保护模式

　　　　 jmpi 0,8

　　　　

 

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　这两幅图来自linux0.11内核完全注释v3.0版

 

4、具体实验(用代码实践实践)

　　　　　　

　　　　　　截图所示是，操作系统的第二个实验，改写bootsect.s 和setup.s从新编译后，实现开机引导启动，获取硬件参数，显示到屏幕上。

 

实验具体代码：

SETUPLEN=2
SETUPSEG=0x9000
SETUP=0x9020
BOOTSEG=0x7c0
entry _start
_start:
mov ah,#0x03
xor bh,bh
int 0x10
mov cx,#36
mov bx,#0x0007
mov bp,#msg1
mov ax,#0x07c0
mov es,ax
mov ax,#0x1301
int 0x10

mov ax,#BOOTSEG
mov ds,ax
mov ax,#SETUPSEG
mov es,ax
mov cx,#256
sub si,si
sub di,di
rep
movs
jmpi load_setup,SETUPSEG

load_setup:
mov dx,#0x0000
mov cx,#0x0002
mov bx,#0x0200
mov ax,#0x0200+SETUPLEN
int 0x13
jnc ok_load_setup
mov dx,#0x0000
mov ax,#0x0000
int 0x13
jmp load_setup
ok_load_setup:
jmpi 0,SETUP
msg1:
.byte 13,10
.ascii "Hello OS world, my name is til"
.byte 13,10,13,10
.org 510
boot_flag:
.word 0xAA55
-------------------------------------------------以上是2019.11.9实验二6.8bootsect.s正确代码

INITSEG = 0x9000
entry _start
_start:
! Print "NOW we are in SETUP"
mov ah,#0x03
xor bh,bh
int 0x10
mov cx,#25
mov bx,#0x0007
mov bp,#msg2
mov ax,cs
mov es,ax
mov ax,#0x1301
int 0x10

mov ax,cs
mov es,ax
! init ss:sp
mov ax,#INITSEG
mov ss,ax
mov sp,#0xFF00

! Get Params
mov ax,#INITSEG
mov ds,ax
mov ah,#0x03
xor bh,bh
int 0x10
mov [0],dx
mov ah,#0x88
int 0x15
mov [2],ax
mov ax,#0x0000
mov ds,ax
lds si,[4*0x41]
mov ax,#INITSEG
mov es,ax
mov di,#0x0004
mov cx,#0x10
rep
movsb
! Be Ready to Print
mov ax,cs
mov es,ax
mov ax,#INITSEG
mov ds,ax

! Cursor Position
mov ah,#0x03
xor bh,bh
int 0x10
mov cx,#18
mov bx,#0x0007
mov bp,#msg_cursor
mov ax,#0x1301
int 0x10
mov dx,[0]
call print_hex
! Memory Size
mov ah,#0x03
xor bh,bh
int 0x10
mov cx,#14
mov bx,#0x0007
mov bp,#msg_memory
mov ax,#0x1301
int 0x10
mov dx,[2]
call print_hex
! Add KB
mov ah,#0x03
xor bh,bh
int 0x10
mov cx,#2
mov bx,#0x0007
mov bp,#msg_kb
mov ax,#0x1301
int 0x10
! Cyles
mov ah,#0x03
xor bh,bh
int 0x10
mov cx,#7
mov bx,#0x0007
mov bp,#msg_cyles
mov ax,#0x1301
int 0x10
mov dx,[4]
call print_hex
! Heads
mov ah,#0x03
xor bh,bh
int 0x10
mov cx,#8
mov bx,#0x0007
mov bp,#msg_heads
mov ax,#0x1301
int 0x10
mov dx,[6]
call print_hex
! Secotrs
mov ah,#0x03
xor bh,bh
int 0x10
mov cx,#10
mov bx,#0x0007
mov bp,#msg_sectors
mov ax,#0x1301
int 0x10
mov dx,[12]
call print_hex
inf_loop:
jmp inf_loop

print_hex:
mov cx,#4

print_digit:
rol dx,#4 　　　　　　 !循环左移命令，最高位的4bit放在最低位的4bit上，因为4bit是一个16进制字符
mov ax,#0xe0f 　　　　 !0x10号中断，功能号ah=0x0e表示显示al所对应ascii码的字符到屏幕上。这里的低16位是掩码
　　　　　　　　　　　!特别注意，区别上面功能号为0x13是显示es:bp内存地址的字符到屏幕上
and al,dl 　　　　　　 !将dl的低4位通过and操作放到al的低4位
add al,#0x30 　　　　 !al = al + 0x30 因为0x30~0x39为数字
cmp al,#0x3a　　       !判断al中存放是否为数字
jl outp 　　　　　　　　 !如果为数字跳转
add al,#0x07 　　　　 !否则+7表示为一个字母 因为字母a~f的ascii码为 0x41~0x46
outp:
int 0x10 　　　　　　 !将al中的内容以ascii码形式输出到屏幕上
loop print_digit 　　　　 !循环四次，把dx的每四位都拿出来输出一次
ret !四次结束后返回。

print_nl:

mov ax,#0xe0d ! CR
int 0x10
mov al,#0xa ! LF
int 0x10
ret
msg2:
.byte 13,10
.ascii "NOW we are in SETUP"
.byte 13,10,13,10
msg_cursor:
.byte 13,10
.ascii "Cursor position:"
msg_memory:
.byte 13,10
.ascii "Memory Size:"
msg_cyles:
.byte 13,10
.ascii "Cyls:"
msg_heads:
.byte 13,10
.ascii "Heads:"
msg_sectors:
.byte 13,10
.ascii "Sectors:"
msg_kb:
.ascii "KB"
.org 510
boot_flag:
.word 0xAA55
----------------------------------------------以上是2019.11.9实验二6.8 setup.s正确代码