实验1:操作系统的引导

实验的准备工作操作

• 解压源码用tar -zxvf hit-oslab-linux-20110823.tar.gz 可以使用-C来指定解压路径，tar -zxvf hit-oslab-linux-20110823.tar.gz -C [path]
• 编译linux-0.11的源码，在linux-0.11的文件夹下运行make all或者make。
• 在oslab文件目录下运行./run运行bochs 中的linux-0.11。
• 访问linux-0.11里面的文件，使用sudo ./mount-hdc来装载硬盘，然后在hdc中访问，卸载硬盘sudo umount hdc。

实验内容

1. 阅读《Linux 内核完全注释》的第 6 章，对计算机和 Linux 0.11 的引导过程进行初步的了解；
2. 按照下面的要求改写 0.11 的引导程序 bootsect.s
3. 有兴趣同学可以做做进入保护模式前的设置程序 setup.s。

改写 bootsect.s 主要完成如下功能：

• bootsect.s 能在屏幕上打印一段提示信息“XXX is booting…”，其中 XXX 是你给自己的操作系统起的名字，也可以显示一个特色 logo，以表示自己操作系统的与众不同。

改写 setup.s 主要完成如下功能：

1. bootsect.s 能完成 setup.s 的载入，并跳转到 setup.s 开始地址执行。而 setup.s 向屏幕输出一行"Now we are in SETUP"。
2. setup.s 能获取至少一个基本的硬件参数（如内存参数、显卡参数、硬盘参数等），将其存放在内存的特定地址，并输出到屏幕上。
3. setup.s 不再加载 Linux 内核，保持上述信息显示在屏幕上即可。

bootsect.s的修改

bootsect.s的功能是将自己从0x7c00处移动到了0x90000处。显示字符loding system ...，然后将磁盘上的setup.s和system模块加载到内存中来，最后跳转到setup.s所在的位置，执行setup.s。

实验内容：

1. bootsect.s 能在屏幕上打印一段提示信息“XXX is booting…”；

2. bootsect.s 能完成 setup.s 的载入，并跳转到 setup.s 开始地址执行。

1. bootsect.s 打印字符

首先使用BIOS0x10号中断的子功能0x03获得光标的位置，然后再利用BIOS0x10号中断的子功能0x13打印字符到屏幕上。代码如下：

entry start
start:	
    mov	ah,#0x03	! read cursor pos
	  xor	bh,bh
	  int	0x10

    mov cx,#26
    mov bl,#07
    mov bp,#msg !寻址es:bp
    mov ax,#0x7c0 !因为bootsect的代码放在0x7c00处
    mov es,ax
    mov ax,#0x1301
    int 0x10 
msg:
    .byte 13,10 	!回车和换行
    .ascii "HaoOS is loading ..."
    .byte 13,10,13,10

.org 510
boot_flag:
    .word 0xAA55

在BIOS中断指令int前面的代码都是为中断设置一些参数。最后的三行是因为bootsect的大小必须为512字节，所以添加到后面使编译后的文件大小为512字节，最后两个字节为0xAA55。

2. 载入setup并跳转

代码如下：

entry start
start:	
    mov	ah,#0x03	! read cursor pos
	  xor	bh,bh
	  int	0x10

    mov cx,#26
    mov bl,#07
    mov bp,#msg !寻址es:bp
    mov ax,#0x7c0 !因为bootsect的代码放在0x7c00处
    mov es,ax
    mov ax,#0x1301
    int 0x10

load_setup:
		mov	dx,#0x0000		! drive 0, head 0
		mov	cx,#0x0002		! sector 2, track 0
		mov	bx,#0x0200		! address = 512, in INITSEG
		mov	ax,#0x0200+4    ! service 2, nr of sectors
		int	0x13			! read it

  	jmpi 0,#0x07e0      ! jump to setup 0x07e0 = 0x07c0 + 0x0200
                        ! there is set cs to 0x07e0, in the setup the cs be used.

msg:
    .byte 13,10 	!回车和换行
    .ascii "HaoOS is loading ..."
    .byte 13,10,13,10

.org 510
boot_flag:
    .word 0xAA55

在第一部分的代码中添加了load_step的部分，这一部分利用BIOS0x13中断读入setup.s然后利用jmpi跳转到setup.s模块开始的地方。

注意：

由于在bootsect中我们并没有移动bootsect的位置，所以在跳转的时候的地址是0x07c0 + 0x0200 = 0x07e0，而不是和linux-0.11中一样跳转到0x90200处。

setup的修改

setup的主要功能是使用BIOS中断读取系统参数，然后放到内存中的指定位置，同时将cpu从实模式转化到保护模式。

实验内容：

1. setup.s 向屏幕输出一行"Now we are in SETUP"。
2. setup.s 能获取至少一个基本的硬件参数（如内存参数、显卡参数、硬盘参数等），将其存放在内存的特定地址，并输出到屏幕上。
3. setup.s 不再加载 Linux 内核，保持上述信息显示在屏幕上即可。

1. setup向屏幕输出字符

这一部分代码和bootsect部分类似。有的部分需要修改，比如es寄存器的指向，还有打印的字符的长度。

2. 获取硬件参数并打印

这里如何获取硬件参数，既可以参考linux-0.11的源码，也可以自己查看BIOS中断的手册。我在这里比较迷惑的是如何将获得的参数打印到屏幕上？看了老师的实现后，发现还是比较简单的，主要问题是自己对汇编语言还是不够熟悉。老师的代码如下(大体的思路是先读参数，然后获取光标，打印，获取光标，打印…)：

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
		! 这里是如何把参数保存到数据段里面的
    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
    mov    ax,#0xe0f
    and    al,dl
    add    al,#0x30
    cmp    al,#0x3a
    jl     outp
    add    al,#0x07
outp:
    int    0x10
    loop   print_digit
    ret
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

这里如何使用的bootsect还是上个实验的代码的话，需要把前面的INITSEG改成0x07e0。

疑问：

在上面代码的获取参数部分，不明白是如何把数据保存到特定位置的？如何循环的？

mov ax,#0x0000
mov ds,ax
lds si,[4*0x41]
mov ax,#INITSEG
mov es,ax
mov di,#0x0004
mov cx,#0x10
rep
movsb

试着解释：在这里是从原地址到目的地址移动1字节的内容，这里设置cs=16，意思是移动16次，共16字节。