自己写操作系统---bootsector篇

Posted 2021-01-06 xiongwei

其实博主本来想在寒假自己写一个OSkernal的，高高兴兴的影印了本《一个操作系统的实现》。

然后又去图书馆借来《30天自制操作系统》和《X86/X64体系探索编程》，结果还是被自己的懒惰给打败了。。。

原本我感觉自制力还不错的，好歹春节前也看了很多东西，但是过了一个春节就懒散了。。

当然也有一部分原因是因为《30天》写的实在是太乱了。。缺少一个理论的上的指导和概括，看的云里雾里。

再就是汇编。。。博主原来只学过8086和AT&T汇编啊。。。这下又来个nasm汇编。。这学期还开了个ARM汇编。。Orz。。。

不过nasm汇编真的是很好用，它还有类似c++默认构造的宏指令，很强大啊！

当然了，如果我不是一个喜欢深究的人，也可以用《30天》提供的工具也能很快的写出来。但我毕竟还是有点追求的。。

废话了这么多，开始进入主题吧。。

 

首先，bootsector是个什么东西呢？其实就是个引导的作用，引导到bootloader或者是操作系统上。

注意，bootsector不是双系统的那种引导，而是在它之前的程序。

 

那么bootsector程序是如何发挥作用的呢？这得从计算机的开机流程讲起。

还记得学校上的操作系统教材上面说，计算机开机加电直接就去读取硬盘上的操作系统。（但其实漏掉了好些东西啊！！国产教材误人子弟啊！！！！）

其实一开机，并不是直接读硬盘，而是从主板的Bios启动。

（BIOS不知道可以自己百度，它还把一些自带的中断加载到了内存中）

上电后，BIOS的ROM中程序通过硬件加载到内存。

根据BIOS的ROM中的程序，来检测相关硬件是否安装正确。然后才是寻找操作系统。

完整流程如下：

bios->bootsector->bootloader->kernel（后面两个以后再说）

这样就有问题了，BIOS怎么知道操作系统放在哪呢？

这需要了解通用计算机所遵循的规范了，bios只从硬盘的第一个扇区读取并加载程序。

 

扇区又是什么呢？这里我简单的带着你联想一下.

由于原来32位地址总线只能寻址4G的大小。那么硬盘不断发展，64位总线还没出现，但是硬盘大小超过4g。

所以多出来的部分就没有用了！但是工程师很聪明，所以就让每个地址存储的内容更多吧！（自己回顾组成原理）

所以，硬盘就出现了所谓的扇区！一般一个扇区的大小为512b。4G*512b=2t的样子。

这样来算，现在的发展已经够用了，以后换到64位系统就不用担心地址不够了。

 

回到正题。由于BIOS只能自动读一个扇区，512b的大小。

这么点大小肯定装不下操作系统～所以只好用bootsector来转让计算机使用的权力了。

于是我们就清楚了bootsector的作用----读入硬盘上的其他程序，并将cpu交给它。

 

下面是我写的bootsector。由于没有文件系统也不想用fat12，所以读取loader的位置是我自己随便定的。

如果fat12那一段不注释的话，U盘就可以被识别了，但是U盘中的内容都是乱的～～～

linux下可以用dd命令直接写到你的U盘中去。

dd if=$(OBOOT) of=$(DEVICE) bs=512 count=1 conv=notrunc
OBOOT表示生成文件，直接用nasm汇编生成.bin文件即可。

DEVICE就是你U盘在linux下的路径了。

然后就可以通过U盘启动，来执行你的bootsector了～

 

1.  
   %include "boot.inc"
2.  
   %ifdef DEBUG
3.  
   org 0100h ;07c00h 0100
4.  
   %else
5.  
   org 07c00h
6.  
   %endif
7.  
   jmp short LABEL_START
8.  
   nop
9.  
    
10.  
    ;head of FAT12
11.  
    ; BS_OEMName DB ‘meiboyu ‘ ; OEM String, 必须 8 个字节
12.  
    ; BPB_BytsPerSec DW 512 ; 每扇区字节数
13.  
    ; BPB_SecPerClus DB 1 ; 每簇多少扇区
14.  
    ; BPB_RsvdSecCnt DW 1 ; Boot 记录占用多少扇区
15.  
    ; BPB_NumFATs DB 2 ; 共有多少 FAT 表
16.  
    ; BPB_RootEntCnt DW 224 ; 根目录文件数最大值
17.  
    ; BPB_TotSec16 DW 2880 ; 逻辑扇区总数
18.  
    ; BPB_Media DB 0xF0 ; 媒体描述符
19.  
    ; BPB_FATSz16 DW 9 ; 每FAT扇区数
20.  
    ; BPB_SecPerTrk DW 18 ; 每磁道扇区数
21.  
    ; BPB_NumHeads DW 2 ; 磁头数(面数)
22.  
    ; BPB_HiddSec DD 0 ; 隐藏扇区数
23.  
    ; BPB_TotSec32 DD 0 ; wTotalSectorCount为0时这个值记录扇区数
24.  
    ; BS_DrvNum DB 0 ; 中断 13 的驱动器号
25.  
    ; BS_Reserved1 DB 0 ; 未使用
26.  
    ; BS_BootSig DB 29h ; 扩展引导标记 (29h)
27.  
    ; BS_VolID DD 0 ; 卷序列号
28.  
    ; BS_VolLab DB ‘MOS by mby ‘; 卷标, 必须 11 个字节
29.  
    ; BS_FileSysType DB ‘FAT12 ‘ ; 文件系统类型, 必须 8个字节
30.  
     
31.  
    times 18 db 0
32.  
    LABEL_START:
33.  
    mov ax, cs
34.  
    mov ds, ax
35.  
    mov es, ax ;make all pointer point null place
36.  
     
37.  
    mov dx,0
38.  
    mov ax,BootMessage
39.  
    mov cx,BMlength
40.  
    mov dh,0
41.  
     
42.  
    call showStr ;show string function
43.  
     
44.  
    call Loader ;Loader getting loading
45.  
    jmp fin ;while(1)
46.  
     
47.  
    Loader:
48.  
    mov ax,4200h
49.  
    mov dl,0x80
50.  
    mov cx,0
51.  
    mov ds,cx
52.  
    mov si,DAP
53.  
    int 0x13
54.  
    jc LoaderError
55.  
     
56.  
    mov ax,0 ;clean es register
57.  
    mov es,ax
58.  
     
59.  
    mov dx,0
60.  
    mov ax,LSuccess
61.  
    mov cx,LSlength
62.  
    mov dh,1
63.  
    call showStr
64.  
     
65.  
    jmp BaseOffLoader:SetOffLoader ;jump to Loader !
66.  
     
67.  
    LoaderError:
68.  
    mov ax,0
69.  
    mov es,ax
70.  
    mov ax,LError
71.  
    mov cx,LElength
72.  
    mov dh,1
73.  
    call showStr
74.  
    fin:
75.  
    hlt
76.  
    jmp fin
77.  
     
78.  
    showStr:
79.  
    mov bp,ax
80.  
    mov ax,01301h
81.  
    mov bx,000Fh
82.  
    mov dl,0
83.  
    int 10h
84.  
    ret
85.  
     
86.  
    LSuccess: db "Loader OK!"
87.  
    LSlength equ $-LSuccess
88.  
     
89.  
    LError: db "Booting Loader get wrong!"
90.  
    LElength equ $-LError
91.  
     
92.  
    BootMessage: db "Boot Sector Start!"
93.  
    BMlength equ $-BootMessage
94.  
     
95.  
    DAP:
96.  
    db 16 ;packet size
97.  
    db 0 ;must 0
98.  
    dw 100 ;number of block need to read
99.  
    dw 0 ;the offset
100.  
     dw 8000h ;the segment address
101.  
     dw 1h ;start block
102.  
     dw 0
103.  
     dw 0
104.  
     dw 0
105.  
      
106.  
      
107.  
     times 510-($-$$) db 0
108.  
     dw 0xaa55

 

 

程序短，所以懒得用宏了。。这样对于新手看着也方便。

具体汇编的内容很简单，我就不讲了，这里说一下我写这个遇到的个坑。。。

使用BIOS的int 13h+al=02h的时候，在真机上是无法加载loader的！！软盘跟U盘还是有区别的！

我看《一个操作系统 的实现》和《30天》的时候，就是这里。。他们都使用的是软盘，但是用U盘就有问题！！

于是发现要用扩展BIOS中断，详细的可以去google扩展BIOS中断。（我记得我是在wiki上看到的，但是现在找不到了）

当然看我的代码也可以～

 

bootsector就介绍到这里了。过几天我再来写loader的部分～

恩。。现在正在写，并且写图形化界面的时候又遇到坑了。。

 

PS:

装过win+linux双系统的知道，得先装windows再装linux。

我估计就是windows直接重写bootsetor，然后直接引导到他的loader了，而linux的引导程序grub会识别原来的系统。