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IPL(Initial Program Loader),启动程序装载器,但是之前并没有实质性的装载任何程序,这次作者要开始装载程序了。
虽然现在开发的操作系统啥功能也没有,作者说轻轻松松做。
起始我觉得吧,有了启动程序加载器之后,相当于给了我们一个给CPU传送指令的入口,我们想让CPU干啥,就给它传指令和数据就可以啦。操作系统嘛,就是一个启动程序装载器调用的一个很大的、很复杂的函数而已,突然感觉自己有些升华了( ^_^ )。
CPU就是一个干活很快的家伙,但是智商基本为0,现在我们已经牵住了CPU的牛鼻子了。
这里还是磁盘的第一个扇区,也就是512字节,然后作者又修改了以下程序,加了点东西。
看到读盘这一块,我突然有点明白了,为啥要从扇区2,开始读盘,第一块扇区的index其实是0,所以1去哪儿了呢?
参考上一篇:30天自制操作系统(二)汇编语言学习与Makefile入门
JC指令
JC即"jump if carry"的缩写,意思是,如果进位标志(carry flag)是1的话,就跳转。
AH=0x02,INT 0x13是读盘的意思,这个可以查找BIOS的调用可知。
Flags标志寄存器
从软盘的哪儿读数据
软盘的磁头有两个Head:磁头0,读正面;磁头1,读反面
一共80个柱面Cylinder:柱面0,柱面1,...,柱面79
一共18个扇区Sector:扇区1,扇区2,...,扇区18(╥﹏╥...),mlgb,为啥不是从0开始,所以上面的解释,不好意思我错了,直接读了启动扇区的下一个扇区。
含IPL的启动区就是C0-H0-S1,那么下一个扇区就是C0-H0-S2,这个扇区就是我们想装载的扇区了。
用一个寄存器来表示地址的话,例如BX,只能表示0~0xffff的值,也就是0~65535,最大64KB。
为了解决这个问题,首先考虑到的是段寄存器,后来就是想EBX这样的扩展寄存器,可以处理4GB的内存。
使用段寄存器的方式是ES:BX。
作者把第二个扇区读到了0x0820,因为0x7c00到~0x7dff用于启动区,0x8000~0x81ff这512字节也是留给启动区的,要将启动区的内容读到这里。
但是为啥又说0x7e00以后直至0x9fbff为止的区域都没有特别的用途。
说说为什么会有0x8000这一说:是有些操作系统会把操作系统的代码放到0x8000,这是因为BIOS读完启动扇区以后,会跳转到0x7C00启动,占用0x7C00-0x7DFF这一段(512字节),而一般bootloader还需要一个栈空间或者读磁盘的交换空间,一般是放到0x7E00-0x7FFF这512字节里,所以有些操作系统的镜像起点是0x8000。但是BIOS里读取启动扇区都是加载到0x7C00上的。
我一直疑惑一个问题,每个磁道的扇区一样,那为什么每个扇区的字节数还一样多捏?欲知详情,请戳此处。
不管要怎么处理内存看,都必须同时指定段寄存器,如果省略的话,会把"DS:"作为默认的段寄存器。
MOV CX, [1234]的意思,其实是MOV CX, [DS:1234]。
因为有这样的规则,所以DS必须预先指定为0,否则地址的值就要加上这个数的16倍,就会读到其他地方。
就是读失败了之后就多读几次
; hello-os ; TAB=4 ORG 0x7c00 ; 指明程序的装载地址 ; 以下这部分记录的是FAT12格式的软盘 JMP entry DB 0x90 DB "HELLOIPL" ; 启动扇区的名称可以是任意的字符串 (8字节) DW 512 ; 每个扇区(sector)的大小(必须是512字节) DB 1 ; 簇(cluster)的大小 (必须为512字节) DW 1 ; FAT的起始位置 (一般从第一个扇区开始) DB 2 ; FAT的个数 (必须为2) DW 224 ; 根目录的大小(一般设成224项) DW 2880 ; 该磁盘的大小(必须是2880扇区) DB 0xf0 ; 磁盘的种类 (必须是0xf0) DW 9 ; FAT的长度 (必须是9扇区) DW 18 ; 1个磁道(track)有几个扇区(必须是18) DW 2 ; 磁头数 (必须是2) DD 0 ; 不使用分区, 必须是0 DD 2880 ; 重写一次磁盘大小 DB 0,0,0x29 ; 意义不明, 固定 DD 0xffffffff ; (可能是)卷标号码 DB "HELLO-OS " ; 磁盘的名称(11字节) DB "FAT12 " ; 磁盘格式名称 (8字节) RESB 18 ; 先空出18字节 ; 程序主体 entry: MOV AX,0 ; 初始化寄存器 MOV SS,AX MOV SP,0x7c00 MOV DS,AX ; 新加了一部分读盘 MOV AX,0x0820 MOV ES,AX MOV CH,0 ; 柱面0 MOV DH,0 ; 磁头0 MOV CL,2 ; 扇区2 MOV SI,0 ; 记录失败次数的计数器 retry: MOV AH,0x02 ; AH=0x02 : 读入磁盘 MOV AL,1 ; 1个扇区 MOV BX,0 MOV DL,0x00 ; A驱动器 INT 0x13 ; 调用磁盘BIOS JNC fin ; 没错的话跳转到fin ADD SI,1 ; 否则给SI加1 CMP SI,5 ; 比较SI与5 JAE error ; SI >= 5 跳转到error MOV AH,0x00 ; AH和INT指令配合使用 MOV DL,0x00 ; A驱动器 INT 0x13 ; 重置驱动器 JMP retry fin: HLT ; 让CPU停止等待指令 JMP fin ; 无限循环 error: MOV SI,msg putloop: MOV AL,[SI] ADD SI,1 ; 给SI加1 CMP AL,0 JE fin MOV AH,0x0e ; 显示一个文字 MOV BX,15 ; 指定字符颜色 INT 0x10 ; 调用显卡BIOS JMP putloop msg: DB 0x0a, 0x0a ; 换行2次 DB "load error" DB 0x0a ; 换行 DB 0 RESB 0x7dfe-$ ; 填写0x00, 直到0x7dfe DB 0x55, 0xaa
下面这个就是试错的部分
JNC是"Jump if not carry"的缩写,也就是进位标志还是0的话就跳转。
JAE也是条件跳转,是"Jump if above or equal"的缩写,意思是大于或等于就跳转。
AH=0x00, DL=0x00, INT 0x13是BIOS的"系统复位",是用来复位软盘的状态,再读一次。
突然想到软盘就18个扇区,这不就是都读完么?(我错了,一个柱面就有10个扇区)
; hello-os ; TAB=4 ORG 0x7c00 ; 指明程序的装载地址 ; 以下这部分记录的是FAT12格式的软盘 JMP entry DB 0x90 DB "HELLOIPL" ; 启动扇区的名称可以是任意的字符串 (8字节) DW 512 ; 每个扇区(sector)的大小(必须是512字节) DB 1 ; 簇(cluster)的大小 (必须为512字节) DW 1 ; FAT的起始位置 (一般从第一个扇区开始) DB 2 ; FAT的个数 (必须为2) DW 224 ; 根目录的大小(一般设成224项) DW 2880 ; 该磁盘的大小(必须是2880扇区) DB 0xf0 ; 磁盘的种类 (必须是0xf0) DW 9 ; FAT的长度 (必须是9扇区) DW 18 ; 1个磁道(track)有几个扇区(必须是18) DW 2 ; 磁头数 (必须是2) DD 0 ; 不使用分区, 必须是0 DD 2880 ; 重写一次磁盘大小 DB 0,0,0x29 ; 意义不明, 固定 DD 0xffffffff ; (可能是)卷标号码 DB "HELLO-OS " ; 磁盘的名称(11字节) DB "FAT12 " ; 磁盘格式名称 (8字节) RESB 18 ; 先空出18字节 ; 程序主体 entry: MOV AX,0 ; 初始化寄存器 MOV SS,AX MOV SP,0x7c00 MOV DS,AX ; 新加了一部分读盘 MOV AX,0x0820 MOV ES,AX MOV CH,0 ; 柱面0 MOV DH,0 ; 磁头0 MOV CL,2 ; 扇区2 readloop: MOV SI,0 ; 记录失败次数的计数器 retry: MOV AH,0x02 ; AH=0x02 : 读入磁盘 MOV AL,1 ; 1个扇区 MOV BX,0 MOV DL,0x00 ; A驱动器 INT 0x13 ; 调用磁盘BIOS JNC next ; 没出错时跳转到next ADD SI,1 ; 往SI加1 CMP SI,5 ; 比较SI和5 JAE error ; SI >= 5时, 跳转到error MOV AH,0x00 MOV DL,0x00 ; A驱动器 INT 0x13 ; 重置驱动器 JMP retry next: MOV AX,ES ; 把内存地址往后移0x200=512字节 ADD AX,0x0020 MOV ES,AX ; 因为没有ADD ES, 0x20指令, 所以这里稍微绕个弯 ADD CL,1 ; 往CL里加1 CMP CL,18 ; CL和18比较 JBE readloop ; CL <= 18 则跳转到readloop fin: HLT ; 让CPU停止等待指令 JMP fin ; 无限循环 error: MOV SI,msg putloop: MOV AL,[SI] ADD SI,1 ; 给SI加1 CMP AL,0 JE fin MOV AH,0x0e ; 显示一个文字 MOV BX,15 ; 指定字符颜色 INT 0x10 ; 调用显卡BIOS JMP putloop msg: DB 0x0a, 0x0a ; 换行2次 DB "load error" DB 0x0a ; 换行 DB 0 RESB 0x7dfe-$ ; 填写0x00, 直到0x7dfe DB 0x55, 0xaa
起始感觉做的事情也很简单,每读一个扇区,就把软盘加载到内存中的位置往后挪,直到18个扇区全部读完了。
JBE是"jump if below or equal"的缩写,就是小于等于则跳转
给ES加上0x20就行,0x20是十六进制下,512除以16的结果,或者ADD AX, 512/16也行,或则往BX里加上512也可以。
后来读者又解释了为啥要循环来读的原因:
虽然在调用读盘函数的INT 0x13处,将AL设置为17就行,这样,程序一下子能将扇区2~18共17个扇区的数据完整读出来,但是BIOS读盘有补充说明:指定处理的扇区数,范围在0x01~0xff【指定0x02以上的数值时,要特别注意能够连续处理多个扇区的条件,如果是FD(Floppy Disk),似乎不能跨多个磁道,也不能超过64KB的界限。】
现在已经将磁盘上的C0-H0-S2到C0-H0-S18的512x17=8704字节的内容,装载到了内存的0x8200~0xa3ff处。
; hello-os ; TAB=4 CYLS EQU 10 ; 读取的柱面数 ORG 0x7c00 ; 指明程序的装载地址 ; 以下这部分记录的是FAT12格式的软盘 JMP entry DB 0x90 DB "HELLOIPL" ; 启动扇区的名称可以是任意的字符串 (8字节) DW 512 ; 每个扇区(sector)的大小(必须是512字节) DB 1 ; 簇(cluster)的大小 (必须为512字节) DW 1 ; FAT的起始位置 (一般从第一个扇区开始) DB 2 ; FAT的个数 (必须为2) DW 224 ; 根目录的大小(一般设成224项) DW 2880 ; 该磁盘的大小(必须是2880扇区) DB 0xf0 ; 磁盘的种类 (必须是0xf0) DW 9 ; FAT的长度 (必须是9扇区) DW 18 ; 1个磁道(track)有几个扇区(必须是18) DW 2 ; 磁头数 (必须是2) DD 0 ; 不使用分区, 必须是0 DD 2880 ; 重写一次磁盘大小 DB 0,0,0x29 ; 意义不明, 固定 DD 0xffffffff ; (可能是)卷标号码 DB "HELLO-OS " ; 磁盘的名称(11字节) DB "FAT12 " ; 磁盘格式名称 (8字节) RESB 18 ; 先空出18字节 ; 程序主体 entry: MOV AX,0 ; 初始化寄存器 MOV SS,AX MOV SP,0x7c00 MOV DS,AX ; 新加了一部分读盘 MOV AX,0x0820 MOV ES,AX MOV CH,0 ; 柱面0 MOV DH,0 ; 磁头0 MOV CL,2 ; 扇区2 readloop: MOV SI,0 ; 记录失败次数的计数器 retry: MOV AH,0x02 ; AH=0x02 : 读入磁盘 MOV AL,1 ; 1个扇区 MOV BX,0 MOV DL,0x00 ; A驱动器 INT 0x13 ; 调用磁盘BIOS JNC next ; 没出错时跳转到next ADD SI,1 ; 往SI加1 CMP SI,5 ; 比较SI和5 JAE error ; SI >= 5时, 跳转到error MOV AH,0x00 MOV DL,0x00 ; A驱动器 INT 0x13 ; 重置驱动器 JMP retry next: MOV AX,ES ; 把内存地址往后移0x200 ADD AX,0x0020 MOV ES,AX ; 因为没有ADD ES, 0x20指令, 所以这里稍微绕个弯 ADD CL,1 ; 往CL里加1 CMP CL,18 ; CL和18比较 JBE readloop ; CL <= 18 则跳转到readloop MOV CL,1 ADD DH,1 CMP DH,2 JB readloop ; 如果DH<2, 则跳转到readloop MOV DH,0 ADD CH,1 CMP CH,CYLS JB readloop ; 如果CH<CYLS, 则跳转到readloop fin: HLT ; 让CPU停止等待指令 JMP fin ; 无限循环 error: MOV SI,msg putloop: MOV AL,[SI] ADD SI,1 ; 给SI加1 CMP AL,0 JE fin MOV AH,0x0e ; 显示一个文字 MOV BX,15 ; 指定字符颜色 INT 0x10 ; 调用显卡BIOS JMP putloop msg: DB 0x0a, 0x0a ; 换行2次 DB "load error" DB 0x0a ; 换行 DB 0 RESB 0x7dfe-$ ; 填写0x00, 直到0x7dfe DB 0x55, 0xaa
注意前面定义了一个变量,读完这10个柱面之后,最初的10x2x18x512=180KB的内容就都读到内存中了。
这个就是最简单的操作系统了
fin: HLT JMP fin
我有点疑惑,之前的文件中不都有这个么?
这里作者将将启动区编译成了.img镜像文件,然后将上面两行代码编译成了.sys文件,然后再用工具将.sys文件写入到了.img文件。
最终我们要从启动区执行这个.sys文件,至于.sys还将可以写啥,你懂的?!
总结:向一个空的软盘保存文件时:
(1)文件名会写到0x002600的地方
(2)文件的内容会写到0x004200的地方
现在作者想要执行的是软盘0x004200的代码,但是又说磁盘上的内容装载到了0x8000号地址,老子无语了不是读到了0x8200么,怎么又要跑到了0x8000,启动程序不是在0x7c00的地方装着的么,刚开始没想通。
说说为什么会有0x8000这一说:是有些操作系统会把操作系统的代码放到0x8000,这是因为BIOS读完启动扇区以后,会跳转到0x7C00启动,占用0x7C00-0x7DFF这一段(512字节),而一般bootloader还需要一个栈空间或者读磁盘的交换空间,一般是放到0x7E00-0x7FFF这512字节里,所以有些操作系统的镜像起点是0x8000。但是BIOS里读取启动扇区都是加载到0x7C00上的。
后来明白了,第二个扇区是从0x8200开始的,所以,磁盘的首地址在0x8000没毛病,真是扎心了,老铁
下面的就好说了,那么软盘0x4200的就是内存的0x8000+0x4200=0xc200的位置了。
这样的话在我们要执行的那个最简单的操作系统加上一个ORG 0xc200,然后再启动装载程序读完软盘之后,加一个JMP 0xc200不就好了?
为了让它表现,作者弄了一个开机画面,不好意思,都是黑屏的。
这个是读盘结束,然后跳转到"操作系统的一段代码"
CMP CH,CYLS JB readloop ; CH < CYLS 则跳转到readloop ; 已完成读盘,准备运行haribote.sys! MOV [0x0ff0],CH ; 请注意IPL已经读取了多远 JMP 0xc200 error: MOV SI,msg
不知道为什么要存到0xff0处这个位置?
接下来是"操作系统"
; haribote-os ; TAB=4 ORG 0xc200 ; 这个程序要被装载到内存的什么地方呢 MOV AL,0x13 ; VGA显卡, 320x200x8位彩色 MOV AH,0x00 INT 0x10 fin: HLT JMP fin
AL中存放的是VGA的模式。
上面这个读盘的只能读10个柱面,同时还想把磁盘装载内容结束的地址告诉.sys文件,所以在JMP 0xc200之前加了一条将CYLS的值写到内存地址0x0ff0中。
这就清楚了撒,然后作者让"make run"就行了,系统启动
标签:模式 back 最简 img 条件 跳转 efi 变量 补充
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