学习操作系统：自己动手写操作系统 ->chapter5_e Loader分析
程序员文章站
2024-03-24 11:46:04
...
boot分析参考:https://blog.csdn.net/jinold/article/details/88210770
loader.asm
;nasm loader.asm -o loader.bin
org 0100h
jmp LABEL_START ; Start
; FAT12 磁盘的头
; ----------------------------------------------------------------------
BS_OEMName DB 'ForrestY' ; OEM String, 必须 8 个字节
BPB_BytsPerSec DW 512 ; 每扇区字节数
BPB_SecPerClus DB 1 ; 每簇多少扇区
BPB_RsvdSecCnt DW 1 ; Boot 记录占用多少扇区
BPB_NumFATs DB 2 ; 共有多少 FAT 表
BPB_RootEntCnt DW 224 ; 根目录文件数最大值
BPB_TotSec16 DW 2880 ; 逻辑扇区总数
BPB_Media DB 0xF0 ; 媒体描述符
BPB_FATSz16 DW 9 ; 每FAT扇区数
BPB_SecPerTrk DW 18 ; 每磁道扇区数
BPB_NumHeads DW 2 ; 磁头数(面数)
BPB_HiddSec DD 0 ; 隐藏扇区数
BPB_TotSec32 DD 0 ; 如果 wTotalSectorCount 是 0 由这个值记录扇区数
BS_DrvNum DB 0 ; 中断 13 的驱动器号
BS_Reserved1 DB 0 ; 未使用
BS_BootSig DB 29h ; 扩展引导标记 (29h)
BS_VolID DD 0 ; 卷***
BS_VolLab DB 'OrangeS0.02'; 卷标, 必须 11 个字节
BS_FileSysType DB 'FAT12 ' ; 文件系统类型, 必须 8个字节
RootDirSectors equ 14 ; 根目录占用空间: RootDirSectors = ((BPB_RootEntCnt * 32) + (BPB_BytsPerSec – 1)) / BPB_BytsPerSec; 但如果按照此公式代码过长
SectorNoOfRootDirectory equ 19 ; Root Directory 的第一个扇区号 = BPB_RsvdSecCnt + (BPB_NumFATs * FATSz)
SectorNoOfFAT1 equ 1 ; FAT1 的第一个扇区号 = BPB_RsvdSecCnt
DeltaSectorNo equ 17 ; DeltaSectorNo = BPB_RsvdSecCnt + (BPB_NumFATs * FATSz) - 2
; 文件的开始Sector号 = DirEntry中的开始Sector号 + 根目录占用Sector数目 + DeltaSectorNo
DA_32 EQU 4000h ; 32 位段
DA_LIMIT_4K EQU 8000h ; 段界限粒度为 4K 字节
DA_DPL3 EQU 60h ; DPL = 3
DA_DRW EQU 92h ; 存在的可读写数据段属性值
DA_CR EQU 9Ah ; 存在的可执行可读代码段属性值
SA_RPL0 EQU 0 ; ┓
SA_RPL1 EQU 1 ; ┣ RPL
SA_RPL2 EQU 2 ; ┃
SA_RPL3 EQU 3 ; ┛
;------------------------------------------------------------------------
; 宏 ------------------------------------------------------------------------------------------------------
;
; 描述符 类型 入参1（%1）, 入参2（%2）, 入参3(%3)
; usage: Descriptor Base, Limit, Attr
; Base: dd
; Limit: dd (low 20 bits available)
; Attr: dw (lower 4 bits of higher byte are always 0)
%macro Descriptor 3
dw %2 & 0FFFFh ; 段界限1（双字节：字节1~字节2）
dw %1 & 0FFFFh ; 段基址1（双字节：字节3~字节4）
db (%1 >> 16) & 0FFh ; 段基址2（单字节：字节5）
dw ((%2 >> 8) & 0F00h) | (%3 & 0F0FFh) ; 属性1 + 段界限2 + 属性2（双字节：字节6~字节7）
db (%1 >> 24) & 0FFh ; 段基址3（单字节：字节8）
%endmacro ; 共 8 字节
;
; 门 类型 入参1, 入参2, 入参3, 入参4
; usage: Gate Selector, Offset, DCount, Attr
; Selector: dw
; Offset: dd
; DCount: db
; Attr: db
%macro Gate 4
dw (%2 & 0FFFFh) ; 偏移 1 (2 字节)
dw %1 ; 选择子 (2 字节)
dw (%3 & 1Fh) | ((%4 << 8) & 0FF00h) ; 属性 (2 字节)
dw ((%2 >> 16) & 0FFFFh) ; 偏移 2 (2 字节)
%endmacro ; 共 8 字节
; ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
BaseOfLoader equ 09000h ; LOADER.BIN 被加载到的位置 ---- 段地址
BaseOfLoaderPhyAddr equ BaseOfLoader * 10h ; LOADER.BIN 被加载到的位置 ---- 物理地址 (= BaseOfLoader * 10h)
BaseOfKernelFile equ 08000h ; KERNEL.BIN 被加载到的位置 ---- 段地址
OffsetOfKernelFile equ 0h ; KERNEL.BIN 被加载到的位置 ---- 偏移地址
BaseOfKernelFilePhyAddr equ BaseOfKernelFile * 10h
KernelEntryPointPhyAddr equ 030400h ; 注意：1、必须与 MAKEFILE 中参数 -Ttext 的值相等!!
; 2、这是个地址而非仅仅是个偏移，如果 -Ttext 的值为 0x400400，则它的值也应该是 0x400400。
PageDirBase equ 200000h ; 页目录开始地址: 2M
PageTblBase equ 201000h ; 页表开始地址: 2M + 4K
;----------------------------------------------------------------------------
; 分页机制使用的常量说明
;----------------------------------------------------------------------------
PG_P EQU 1 ; 页存在属性位
PG_RWR EQU 0 ; R/W 属性位值, 读/执行
PG_RWW EQU 2 ; R/W 属性位值, 读/写/执行
PG_USS EQU 0 ; U/S 属性位值, 系统级
PG_USU EQU 4 ; U/S 属性位值, 用户级
;----------------------------------------------------------------------------
; 下面是 FAT12 磁盘的头, 之所以包含它是因为下面用到了磁盘的一些信息
; GDT ------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
; 段基址 段界限 , 属性
LABEL_GDT: Descriptor 0, 0, 0 ; 空描述符
LABEL_DESC_FLAT_C: Descriptor 0, 0fffffh, DA_CR |DA_32|DA_LIMIT_4K ; 0 ~ 4G
LABEL_DESC_FLAT_RW: Descriptor 0, 0fffffh, DA_DRW|DA_32|DA_LIMIT_4K ; 0 ~ 4G
LABEL_DESC_VIDEO: Descriptor 0B8000h, 0ffffh, DA_DRW|DA_DPL3 ; 显存首地址
; GDT ------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
GdtLen equ $ - LABEL_GDT
GdtPtr dw GdtLen - 1 ; 段界限
dd BaseOfLoaderPhyAddr + LABEL_GDT ; 基地址
; GDT 选择子 ----------------------------------------------------------------------------------
SelectorFlatC equ LABEL_DESC_FLAT_C - LABEL_GDT
SelectorFlatRW equ LABEL_DESC_FLAT_RW - LABEL_GDT
SelectorVideo equ LABEL_DESC_VIDEO - LABEL_GDT + SA_RPL3
; GDT 选择子 ----------------------------------------------------------------------------------
BaseOfStack equ 0100h
LABEL_START: ; <--- 从这里开始 *************
mov ax, cs
mov ds, ax
mov es, ax
mov ss, ax
mov sp, BaseOfStack
mov dh, 0 ; "Loading "
call DispStrRealMode ; 显示字符串
; 得到内存数
mov ebx, 0 ; ebx = 后续值, 开始时需为 0
mov di, _MemChkBuf ; es:di 指向一个地址范围描述符结构（Address Range Descriptor Structure）
.MemChkLoop:
mov eax, 0E820h ; eax = 0000E820h
mov ecx, 20 ; ecx = 地址范围描述符结构的大小
mov edx, 0534D4150h ; edx = 'SMAP'
int 15h ; int 15h
jc .MemChkFail
add di, 20
inc dword [_dwMCRNumber] ; dwMCRNumber = ARDS 的个数
cmp ebx, 0
jne .MemChkLoop
jmp .MemChkOK
.MemChkFail:
mov dword [_dwMCRNumber], 0
.MemChkOK:
; 下面在 A 盘的根目录寻找 KERNEL.BIN
mov word [wSectorNo], SectorNoOfRootDirectory
xor ah, ah ; ┓
xor dl, dl ; ┣ 软驱复位
int 13h ; ┛
LABEL_SEARCH_IN_ROOT_DIR_BEGIN:
cmp word [wRootDirSizeForLoop], 0 ; ┓
jz LABEL_NO_KERNELBIN ; ┣ 判断根目录区是不是已经读完, 如果读完表示没有找到 KERNEL.BIN
dec word [wRootDirSizeForLoop] ; ┛
mov ax, BaseOfKernelFile
mov es, ax ; es <- BaseOfKernelFile
mov bx, OffsetOfKernelFile ; bx <- OffsetOfKernelFile 于是, es:bx = BaseOfKernelFile:OffsetOfKernelFile = BaseOfKernelFile * 10h + OffsetOfKernelFile
mov ax, [wSectorNo] ; ax <- Root Directory 中的某 Sector 号
mov cl, 1
call ReadSector
mov si, KernelFileName ; ds:si -> "KERNEL BIN"
mov di, OffsetOfKernelFile ; es:di -> BaseOfKernelFile:???? = BaseOfKernelFile*10h+????
cld
mov dx, 10h
LABEL_SEARCH_FOR_KERNELBIN:
cmp dx, 0 ; ┓
jz LABEL_GOTO_NEXT_SECTOR_IN_ROOT_DIR ; ┣ 循环次数控制, 如果已经读完了一个 Sector, 就跳到下一个 Sector
dec dx ; ┛
mov cx, 11
LABEL_CMP_FILENAME:
cmp cx, 0 ; ┓
jz LABEL_FILENAME_FOUND ; ┣ 循环次数控制, 如果比较了 11 个字符都相等, 表示找到
dec cx ; ┛
lodsb ; ds:si -> al
cmp al, byte [es:di] ; if al == es:di
jz LABEL_GO_ON
jmp LABEL_DIFFERENT
LABEL_GO_ON:
inc di
jmp LABEL_CMP_FILENAME ; 继续循环
LABEL_DIFFERENT:
and di, 0FFE0h ; else┓ 这时di的值不知道是什么, di &= e0 为了让它是 20h 的倍数
add di, 20h ; ┃
mov si, KernelFileName ; ┣ di += 20h 下一个目录条目
jmp LABEL_SEARCH_FOR_KERNELBIN; ┛
LABEL_GOTO_NEXT_SECTOR_IN_ROOT_DIR:
add word [wSectorNo], 1
jmp LABEL_SEARCH_IN_ROOT_DIR_BEGIN
LABEL_NO_KERNELBIN:
mov dh, 2 ; "No KERNEL."
call DispStrRealMode ; 显示字符串
jmp $ ; 没有找到 KERNEL.BIN, 死循环在这里
LABEL_FILENAME_FOUND: ; 找到 KERNEL.BIN 后便来到这里继续
mov ax, RootDirSectors
and di, 0FFF0h ; di -> 当前条目的开始
push eax
mov eax, [es : di + 01Ch] ; ┓
mov dword [dwKernelSize], eax ; ┛保存 KERNEL.BIN 文件大小
pop eax
add di, 01Ah ; di -> 首 Sector
mov cx, word [es:di]
push cx ; 保存此 Sector 在 FAT 中的序号
add cx, ax
add cx, DeltaSectorNo ; 这时 cl 里面是 LOADER.BIN 的起始扇区号 (从 0 开始数的序号)
mov ax, BaseOfKernelFile
mov es, ax ; es <- BaseOfKernelFile
mov bx, OffsetOfKernelFile ; bx <- OffsetOfKernelFile 于是, es:bx = BaseOfKernelFile:OffsetOfKernelFile = BaseOfKernelFile * 10h + OffsetOfKernelFile
mov ax, cx ; ax <- Sector 号
LABEL_GOON_LOADING_FILE:
push ax ; ┓
push bx ; ┃
mov ah, 0Eh ; ┃ 每读一个扇区就在 "Loading " 后面打一个点, 形成这样的效果:
mov al, '.' ; ┃
mov bl, 0Fh ; ┃ Loading ......
int 10h ; ┃
pop bx ; ┃
pop ax ; ┛
mov cl, 1
call ReadSector
pop ax ; 取出此 Sector 在 FAT 中的序号
call GetFATEntry
cmp ax, 0FFFh
jz LABEL_FILE_LOADED
push ax ; 保存 Sector 在 FAT 中的序号
mov dx, RootDirSectors
add ax, dx
add ax, DeltaSectorNo
add bx, [BPB_BytsPerSec]
jmp LABEL_GOON_LOADING_FILE
LABEL_FILE_LOADED:
call KillMotor ; 关闭软驱马达
mov dh, 1 ; "Ready."
call DispStrRealMode ; 显示字符串
; 下面准备跳入保护模式 -------------------------------------------
; 加载 GDTR
lgdt [GdtPtr]
; 关中断
cli
; 打开地址线A20
in al, 92h
or al, 00000010b
out 92h, al
; 准备切换到保护模式
mov eax, cr0
or eax, 1
mov cr0, eax
; 真正进入保护模式
jmp dword SelectorFlatC:(BaseOfLoaderPhyAddr+LABEL_PM_START)
;============================================================================
;变量
;----------------------------------------------------------------------------
wRootDirSizeForLoop dw RootDirSectors ; Root Directory 占用的扇区数
wSectorNo dw 0 ; 要读取的扇区号
bOdd db 0 ; 奇数还是偶数
dwKernelSize dd 0 ; KERNEL.BIN 文件大小
;============================================================================
;字符串
;----------------------------------------------------------------------------
KernelFileName db "KERNEL BIN", 0 ; KERNEL.BIN 之文件名
; 为简化代码, 下面每个字符串的长度均为 MessageLength
MessageLength equ 9
LoadMessage: db "Loading "
Message1 db "Ready. "
Message2 db "No KERNEL"
;============================================================================
;----------------------------------------------------------------------------
; 函数名: DispStrRealMode
;----------------------------------------------------------------------------
; 运行环境:
; 实模式（保护模式下显示字符串由函数 DispStr 完成）
; 作用:
; 显示一个字符串, 函数开始时 dh 中应该是字符串序号(0-based)
DispStrRealMode:
mov ax, MessageLength
mul dh
add ax, LoadMessage
mov bp, ax ; ┓
mov ax, ds ; ┣ ES:BP = 串地址
mov es, ax ; ┛
mov cx, MessageLength ; CX = 串长度
mov ax, 01301h ; AH = 13, AL = 01h
mov bx, 0007h ; 页号为0(BH = 0) 黑底白字(BL = 07h)
mov dl, 0
add dh, 3 ; 从第 3 行往下显示
int 10h ; int 10h
ret
;----------------------------------------------------------------------------
; 函数名: ReadSector
;----------------------------------------------------------------------------
; 作用:
; 从序号(Directory Entry 中的 Sector 号)为 ax 的的 Sector 开始, 将 cl 个 Sector 读入 es:bx 中
ReadSector:
; -----------------------------------------------------------------------
; 怎样由扇区号求扇区在磁盘中的位置 (扇区号 -> 柱面号, 起始扇区, 磁头号)
; -----------------------------------------------------------------------
; 设扇区号为 x
; ┌ 柱面号 = y >> 1
; x ┌ 商 y ┤
; -------------- => ┤ └ 磁头号 = y & 1
; 每磁道扇区数 │
; └ 余 z => 起始扇区号 = z + 1
push bp
mov bp, sp
sub esp, 2 ; 辟出两个字节的堆栈区域保存要读的扇区数: byte [bp-2]
mov byte [bp-2], cl
push bx ; 保存 bx
mov bl, [BPB_SecPerTrk] ; bl: 除数
div bl ; y 在 al 中, z 在 ah 中
inc ah ; z ++
mov cl, ah ; cl <- 起始扇区号
mov dh, al ; dh <- y
shr al, 1 ; y >> 1 (其实是 y/BPB_NumHeads, 这里BPB_NumHeads=2)
mov ch, al ; ch <- 柱面号
and dh, 1 ; dh & 1 = 磁头号
pop bx ; 恢复 bx
; 至此, "柱面号, 起始扇区, 磁头号" 全部得到 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
mov dl, [BS_DrvNum] ; 驱动器号 (0 表示 A 盘)
.GoOnReading:
mov ah, 2 ; 读
mov al, byte [bp-2] ; 读 al 个扇区
int 13h
jc .GoOnReading ; 如果读取错误 CF 会被置为 1, 这时就不停地读, 直到正确为止
add esp, 2
pop bp
ret
;----------------------------------------------------------------------------
; 函数名: GetFATEntry
;----------------------------------------------------------------------------
; 作用:
; 找到序号为 ax 的 Sector 在 FAT 中的条目, 结果放在 ax 中
; 需要注意的是, 中间需要读 FAT 的扇区到 es:bx 处, 所以函数一开始保存了 es 和 bx
GetFATEntry:
push es
push bx
push ax
mov ax, BaseOfKernelFile ; ┓
sub ax, 0100h ; ┣ 在 BaseOfKernelFile 后面留出 4K 空间用于存放 FAT
mov es, ax ; ┛
pop ax
mov byte [bOdd], 0
mov bx, 3
mul bx ; dx:ax = ax * 3
mov bx, 2
div bx ; dx:ax / 2 ==> ax <- 商, dx <- 余数
cmp dx, 0
jz LABEL_EVEN
mov byte [bOdd], 1
LABEL_EVEN:;偶数
xor dx, dx ; 现在 ax 中是 FATEntry 在 FAT 中的偏移量. 下面来计算 FATEntry 在哪个扇区中(FAT占用不止一个扇区)
mov bx, [BPB_BytsPerSec]
div bx ; dx:ax / BPB_BytsPerSec ==> ax <- 商 (FATEntry 所在的扇区相对于 FAT 来说的扇区号)
; dx <- 余数 (FATEntry 在扇区内的偏移)。
push dx
mov bx, 0 ; bx <- 0 于是, es:bx = (BaseOfKernelFile - 100):00 = (BaseOfKernelFile - 100) * 10h
add ax, SectorNoOfFAT1 ; 此句执行之后的 ax 就是 FATEntry 所在的扇区号
mov cl, 2
call ReadSector ; 读取 FATEntry 所在的扇区, 一次读两个, 避免在边界发生错误, 因为一个 FATEntry 可能跨越两个扇区
pop dx
add bx, dx
mov ax, [es:bx]
cmp byte [bOdd], 1
jnz LABEL_EVEN_2
shr ax, 4
LABEL_EVEN_2:
and ax, 0FFFh
LABEL_GET_FAT_ENRY_OK:
pop bx
pop es
ret
;----------------------------------------------------------------------------
;----------------------------------------------------------------------------
; 函数名: KillMotor
;----------------------------------------------------------------------------
; 作用:
; 关闭软驱马达
KillMotor:
push dx
mov dx, 03F2h
mov al, 0
out dx, al
pop dx
ret
;----------------------------------------------------------------------------
; 从此以后的代码在保护模式下执行 ----------------------------------------------------
; 32 位代码段. 由实模式跳入 ---------------------------------------------------------
[SECTION .s32]
ALIGN 32
[BITS 32]
LABEL_PM_START:
mov ax, SelectorVideo
mov gs, ax
mov ax, SelectorFlatRW
mov ds, ax
mov es, ax
mov fs, ax
mov ss, ax
mov esp, TopOfStack
push szMemChkTitle
call DispStr
add esp, 4
call DispMemInfo
call SetupPaging
mov ah, 0Fh ; 0000: 黑底 1111: 白字
mov al, 'P'
mov [gs:((80 * 0 + 39) * 2)], ax ; 屏幕第 0 行, 第 39 列。
call InitKernel
;jmp $
;***************************************************************
jmp SelectorFlatC:KernelEntryPointPhyAddr ; 正式进入内核 *
;***************************************************************
; 内存看上去是这样的：
; ┃ ┃
; ┃ . ┃
; ┃ . ┃
; ┃ . ┃
; ┣━━━━━━━━━━━━━━━━━━┫
; ┃■■■■■■■■■■■■■■■■■■┃
; ┃■■■■■■Page Tables■■■■■■┃
; ┃■■■■■(大小由LOADER决定)■■■■┃
; 00101000h ┃■■■■■■■■■■■■■■■■■■┃ PageTblBase
; ┣━━━━━━━━━━━━━━━━━━┫
; ┃■■■■■■■■■■■■■■■■■■┃
; 00100000h ┃■■■■Page Directory Table■■■■┃ PageDirBase <- 1M
; ┣━━━━━━━━━━━━━━━━━━┫
; ┃□□□□□□□□□□□□□□□□□□┃
; F0000h ┃□□□□□□□System ROM□□□□□□┃
; ┣━━━━━━━━━━━━━━━━━━┫
; ┃□□□□□□□□□□□□□□□□□□┃
; E0000h ┃□□□□Expansion of system ROM □□┃
; ┣━━━━━━━━━━━━━━━━━━┫
; ┃□□□□□□□□□□□□□□□□□□┃
; C0000h ┃□□□Reserved for ROM expansion□□┃
; ┣━━━━━━━━━━━━━━━━━━┫
; ┃□□□□□□□□□□□□□□□□□□┃ B8000h ← gs
; A0000h ┃□□□Display adapter reserved□□□┃
; ┣━━━━━━━━━━━━━━━━━━┫
; ┃□□□□□□□□□□□□□□□□□□┃
; 9FC00h ┃□□extended BIOS data area (EBDA)□┃
; ┣━━━━━━━━━━━━━━━━━━┫
; ┃■■■■■■■■■■■■■■■■■■┃
; 90000h ┃■■■■■■■LOADER.BIN■■■■■■┃ somewhere in LOADER ← esp
; ┣━━━━━━━━━━━━━━━━━━┫
; ┃■■■■■■■■■■■■■■■■■■┃
; 80000h ┃■■■■■■■KERNEL.BIN■■■■■■┃
; ┣━━━━━━━━━━━━━━━━━━┫
; ┃■■■■■■■■■■■■■■■■■■┃
; 30000h ┃■■■■■■■■KERNEL■■■■■■■┃ 30400h ← KERNEL 入口 (KernelEntryPointPhyAddr)
; ┣━━━━━━━━━━━━━━━━━━┫
; ┃ ┃
; 7E00h ┃ F R E E ┃
; ┣━━━━━━━━━━━━━━━━━━┫
; ┃■■■■■■■■■■■■■■■■■■┃
; 7C00h ┃■■■■■■BOOT SECTOR■■■■■■┃
; ┣━━━━━━━━━━━━━━━━━━┫
; ┃ ┃
; 500h ┃ F R E E ┃
; ┣━━━━━━━━━━━━━━━━━━┫
; ┃□□□□□□□□□□□□□□□□□□┃
; 400h ┃□□□□ROM BIOS parameter area □□┃
; ┣━━━━━━━━━━━━━━━━━━┫
; ┃◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇┃
; 0h ┃◇◇◇◇◇◇Int Vectors◇◇◇◇◇◇┃
; ┗━━━━━━━━━━━━━━━━━━┛ ← cs, ds, es, fs, ss
;
;
; ┏━━━┓ ┏━━━┓
; ┃■■■┃ 我们使用 ┃□□□┃ 不能使用的内存
; ┗━━━┛ ┗━━━┛
; ┏━━━┓ ┏━━━┓
; ┃ ┃ 未使用空间 ┃◇◇◇┃ 可以覆盖的内存
; ┗━━━┛ ┗━━━┛
;
; 注：KERNEL 的位置实际上是很灵活的，可以通过同时改变 LOAD.INC 中的
; KernelEntryPointPhyAddr 和 MAKEFILE 中参数 -Ttext 的值来改变。
; 比如把 KernelEntryPointPhyAddr 和 -Ttext 的值都改为 0x400400，
; 则 KERNEL 就会被加载到内存 0x400000(4M) 处，入口在 0x400400。
;
; ------------------------------------------------------------------------
; 显示 AL 中的数字
; ------------------------------------------------------------------------
DispAL:
push ecx
push edx
push edi
mov edi, [dwDispPos]
mov ah, 0Fh ; 0000b: 黑底 1111b: 白字
mov dl, al
shr al, 4
mov ecx, 2
.begin:
and al, 01111b
cmp al, 9
ja .1
add al, '0'
jmp .2
.1:
sub al, 0Ah
add al, 'A'
.2:
mov [gs:edi], ax
add edi, 2
mov al, dl
loop .begin
mov [dwDispPos], edi
pop edi
pop edx
pop ecx
ret
; DispAL 结束-------------------------------------------------------------
; ------------------------------------------------------------------------
; 显示一个整形数
; ------------------------------------------------------------------------
DispInt:
mov eax, [esp + 4]
shr eax, 24
call DispAL
mov eax, [esp + 4]
shr eax, 16
call DispAL
mov eax, [esp + 4]
shr eax, 8
call DispAL
mov eax, [esp + 4]
call DispAL
mov ah, 07h ; 0000b: 黑底 0111b: 灰字
mov al, 'h'
push edi
mov edi, [dwDispPos]
mov [gs:edi], ax
add edi, 4
mov [dwDispPos], edi
pop edi
ret
; DispInt 结束------------------------------------------------------------
; ------------------------------------------------------------------------
; 显示一个字符串
; ------------------------------------------------------------------------
DispStr:
push ebp
mov ebp, esp
push ebx
push esi
push edi
mov esi, [ebp + 8] ; pszInfo
mov edi, [dwDispPos]
mov ah, 0Fh
.1:
lodsb
test al, al
jz .2
cmp al, 0Ah ; 是回车吗?
jnz .3
push eax
mov eax, edi
mov bl, 160
div bl
and eax, 0FFh
inc eax
mov bl, 160
mul bl
mov edi, eax
pop eax
jmp .1
.3:
mov [gs:edi], ax
add edi, 2
jmp .1
.2:
mov [dwDispPos], edi
pop edi
pop esi
pop ebx
pop ebp
ret
; DispStr 结束------------------------------------------------------------
; ------------------------------------------------------------------------
; 换行
; ------------------------------------------------------------------------
DispReturn:
push szReturn
call DispStr ;printf("\n");
add esp, 4
ret
; DispReturn 结束---------------------------------------------------------
; ------------------------------------------------------------------------
; 内存拷贝，仿 memcpy
; ------------------------------------------------------------------------
; void* MemCpy(void* es:pDest, void* ds:pSrc, int iSize);
; ------------------------------------------------------------------------
MemCpy:
push ebp
mov ebp, esp
push esi
push edi
push ecx
mov edi, [ebp + 8] ; Destination
mov esi, [ebp + 12] ; Source
mov ecx, [ebp + 16] ; Counter
.1:
cmp ecx, 0 ; 判断计数器
jz .2 ; 计数器为零时跳出
mov al, [ds:esi] ; ┓
inc esi ; ┃
; ┣ 逐字节移动
mov byte [es:edi], al ; ┃
inc edi ; ┛
dec ecx ; 计数器减一
jmp .1 ; 循环
.2:
mov eax, [ebp + 8] ; 返回值
pop ecx
pop edi
pop esi
mov esp, ebp
pop ebp
ret ; 函数结束，返回
; MemCpy 结束-------------------------------------------------------------
; 显示内存信息 --------------------------------------------------------------
DispMemInfo:
push esi
push edi
push ecx
mov esi, MemChkBuf
mov ecx, [dwMCRNumber] ;for(int i=0;i<[MCRNumber];i++) // 每次得到一个ARDS(Address Range Descriptor Structure)结构
.loop: ;{
mov edx, 5 ; for(int j=0;j<5;j++) // 每次得到一个ARDS中的成员，共5个成员
mov edi, ARDStruct ; { // 依次显示：BaseAddrLow，BaseAddrHigh，LengthLow，LengthHigh，Type
.1: ;
push dword [esi] ;
call DispInt ; DispInt(MemChkBuf[j*4]); // 显示一个成员
pop eax ;
stosd ; ARDStruct[j*4] = MemChkBuf[j*4];
add esi, 4 ;
dec edx ;
cmp edx, 0 ;
jnz .1 ; }
call DispReturn ; printf("\n");
cmp dword [dwType], 1 ; if(Type == AddressRangeMemory) // AddressRangeMemory : 1, AddressRangeReserved : 2
jne .2 ; {
mov eax, [dwBaseAddrLow] ;
add eax, [dwLengthLow] ;
cmp eax, [dwMemSize] ; if(BaseAddrLow + LengthLow > MemSize)
jb .2 ;
mov [dwMemSize], eax ; MemSize = BaseAddrLow + LengthLow;
.2: ; }
loop .loop ;}
;
call DispReturn ;printf("\n");
push szRAMSize ;
call DispStr ;printf("RAM size:");
add esp, 4 ;
;
push dword [dwMemSize] ;
call DispInt ;DispInt(MemSize);
add esp, 4 ;
pop ecx
pop edi
pop esi
ret
; ---------------------------------------------------------------------------
; 启动分页机制 --------------------------------------------------------------
SetupPaging:
; 根据内存大小计算应初始化多少PDE以及多少页表
xor edx, edx
mov eax, [dwMemSize]
mov ebx, 400000h ; 400000h = 4M = 4096 * 1024, 一个页表对应的内存大小
div ebx
mov ecx, eax ; 此时 ecx 为页表的个数，也即 PDE 应该的个数
test edx, edx
jz .no_remainder
inc ecx ; 如果余数不为 0 就需增加一个页表
.no_remainder:
push ecx ; 暂存页表个数
; 为简化处理, 所有线性地址对应相等的物理地址. 并且不考虑内存空洞.
; 首先初始化页目录
mov ax, SelectorFlatRW
mov es, ax
mov edi, PageDirBase ; 此段首地址为 PageDirBase
xor eax, eax
mov eax, PageTblBase | PG_P | PG_USU | PG_RWW
.1:
stosd
add eax, 4096 ; 为了简化, 所有页表在内存中是连续的.
loop .1
; 再初始化所有页表
pop eax ; 页表个数
mov ebx, 1024 ; 每个页表 1024 个 PTE
mul ebx
mov ecx, eax ; PTE个数 = 页表个数 * 1024
mov edi, PageTblBase ; 此段首地址为 PageTblBase
xor eax, eax
mov eax, PG_P | PG_USU | PG_RWW
.2:
stosd
add eax, 4096 ; 每一页指向 4K 的空间
loop .2
mov eax, PageDirBase
mov cr3, eax
mov eax, cr0
or eax, 80000000h
mov cr0, eax
jmp short .3
.3:
nop
ret
; 分页机制启动完毕 ----------------------------------------------------------
; InitKernel ---------------------------------------------------------------------------------
; 将 KERNEL.BIN 的内容经过整理对齐后放到新的位置
; 遍历每一个 Program Header，根据 Program Header 中的信息来确定把什么放进内存，放到什么位置，以及放多少。
; --------------------------------------------------------------------------------------------
InitKernel:
xor esi, esi
mov cx, word [BaseOfKernelFilePhyAddr+2Ch];`. ecx <- pELFHdr->e_phnum
movzx ecx, cx ;/
mov esi, [BaseOfKernelFilePhyAddr + 1Ch] ; esi <- pELFHdr->e_phoff
add esi, BaseOfKernelFilePhyAddr;esi<-OffsetOfKernel+pELFHdr->e_phoff
.Begin:
mov eax, [esi + 0]
cmp eax, 0 ; PT_NULL
jz .NoAction
push dword [esi + 010h] ;size ;`.
mov eax, [esi + 04h] ; |
add eax, BaseOfKernelFilePhyAddr; | memcpy((void*)(pPHdr->p_vaddr),
push eax ;src ; | uchCode + pPHdr->p_offset,
push dword [esi + 08h] ;dst ; | pPHdr->p_filesz;
call MemCpy ; |
add esp, 12 ;/
.NoAction:
add esi, 020h ; esi += pELFHdr->e_phentsize
dec ecx
jnz .Begin
ret
; InitKernel ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
; SECTION .data1 之开始 ---------------------------------------------------------------------------------------------
[SECTION .data1]
ALIGN 32
LABEL_DATA:
; 实模式下使用这些符号
; 字符串
_szMemChkTitle: db "BaseAddrL BaseAddrH LengthLow LengthHigh Type", 0Ah, 0
_szRAMSize: db "RAM size:", 0
_szReturn: db 0Ah, 0
;; 变量
_dwMCRNumber: dd 0 ; Memory Check Result
_dwDispPos: dd (80 * 6 + 0) * 2 ; 屏幕第 6 行, 第 0 列。
_dwMemSize: dd 0
_ARDStruct: ; Address Range Descriptor Structure
_dwBaseAddrLow: dd 0
_dwBaseAddrHigh: dd 0
_dwLengthLow: dd 0
_dwLengthHigh: dd 0
_dwType: dd 0
_MemChkBuf: times 256 db 0
;
;; 保护模式下使用这些符号
szMemChkTitle equ BaseOfLoaderPhyAddr + _szMemChkTitle
szRAMSize equ BaseOfLoaderPhyAddr + _szRAMSize
szReturn equ BaseOfLoaderPhyAddr + _szReturn
dwDispPos equ BaseOfLoaderPhyAddr + _dwDispPos
dwMemSize equ BaseOfLoaderPhyAddr + _dwMemSize
dwMCRNumber equ BaseOfLoaderPhyAddr + _dwMCRNumber
ARDStruct equ BaseOfLoaderPhyAddr + _ARDStruct
dwBaseAddrLow equ BaseOfLoaderPhyAddr + _dwBaseAddrLow
dwBaseAddrHigh equ BaseOfLoaderPhyAddr + _dwBaseAddrHigh
dwLengthLow equ BaseOfLoaderPhyAddr + _dwLengthLow
dwLengthHigh equ BaseOfLoaderPhyAddr + _dwLengthHigh
dwType equ BaseOfLoaderPhyAddr + _dwType
MemChkBuf equ BaseOfLoaderPhyAddr + _MemChkBuf
; 堆栈就在数据段的末尾
StackSpace: times 1000h db 0
TopOfStack equ BaseOfLoaderPhyAddr + $ ; 栈顶
; SECTION .data1 之结束 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^