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            天衣有縫

            冠蓋滿京華,斯人獨憔悴~
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            1課:引導程序

            聲明:轉載請保留

            譯者http://m.shnenglu.com/jinglexy

            原作者:xiaoming.mo at skelix dot org

            MSN & Email: jinglexy at yahoo dot com dot cn


            目標:使"system"從軟盤啟動,并打印"Hello World!" 下載源程序

            內存尋址

            處理器以字節管理和訪問內存,每個字節都有獨立的地址,即物理地址。有兩種地址映射方式:分段和分頁,skelix內核中都用到了。


            段對于我們來說再熟悉不過了,先回顧一下dos時期的段吧。它是一個16位的寄存器,所以最多可以直接訪問2^16字節的內存,即64K。這對應用程序來說太少了,于是Intel使用Segment:Offset結合方式來表示一個虛擬地址。段寄存器左移4位加上偏移就得到實際的物理地址了。例如,0x7c00:0x0189表示物理地址0x7c189,而不是0x7c000189。計算過程如下:

             

             7C000
            + 0189
            -------
             7C189

            現在我們來計算最大可以訪問的地址:FFFF:FFFF

             FFFF0
            + FFFF
            -------
            10FFEF

            這個范圍是1M + 65519 bytes, 因為在80386中使用了20位地址線,所以可以額外多訪問65519個字節虛擬地址,例如地址0x100010被映射到地址0x10,訪問這兩個地址是等價的。

            表示同一個物理地址有多種方式,例如07C0:00000000:7C00 就是一樣的。

             

            另一個概念是線性地址,這個是32位地址,只有當分頁機制開啟時才有效,文章后面會提到它。

             

            引導過程

             

            當系統上電或RESET時,處理器將執行一些列的初始化,寄存器被設置成非預知狀態,并且cpu處于實模式。也許你想知道cpu是怎樣設置segment:offset為物理地址FFFF0的(0xf000:0xfff0就是bios入口地址),這是因為cs寄存器有一個非可見部分,它保存了ffff:0000地址,并且cs在初始化時會被裝入f000值。此后以正常方式使用它。當bois取得控制權后,根據用戶配置(從軟驅,硬盤,或cdrom)中讀取第一個sector00007C00,并跳轉到該地址執行(就是引導程序bootstrap)。在bootstrap中我們可以使用bios中斷,但是進入kernel后就不能再使用了。

             


            程序一:使用asld的范例

             

            你可以在下載源程序的01/first.cry/bootsect.s

             

                    .text              .text表示代碼段
                    .globl             start
            表示start可以用作外部符號
                    .code16            GCC
            默認使用32位地址和操作數,這里告訴它使用16
            start:
                    jmp      start    
            死循環

            .org    0x1fe,   0x90      .org NEW-LC, FILL說明:這里填充0x90,是nop指令的機器碼
            .word   0xaa55

             

            講解:.org指令指示下一個數據地址,為了編譯這個程序,我們寫了一個Makefile,總不能老是敲命令吧,呵呵。

            網絡上可以找到很多寫Makefile的資料,編譯選項才是我們關注的焦點。


            01/first.cry/Makefile

            AS=as                     gcc匯編工具
            LD=ld                     gcc
            連接器

            .s.o:
                ${AS} -a $< -o $*.o >$*.map

            all: final.img

            final.img: bootsect
                mv bootsect final.img

            bootsect: bootsect.o
                ${LD} --oformat binary -N -e start -Ttext 0x7c00 -o bootsect $<

             

            講解:ld可以被配置為支持多于一種的目標文件. binary表示沒有程序頭和其他信息,僅僅是一些裸數據。如果沒有這個選項,將被默認鏈接為elf格式。-Ntextdata節設置為可讀寫。-Ttexttext節起始地址設置為0x7c00(在jmp和數據引用等重定位鏈接時會用到這個參考值),所有的引用地址都是在7c00這個地址上加出來的。-e選項指定程序入口點

            現在我們運行make指令編譯一下:

            [root@root~/source/os/skelix/01/first.cry]$ ls
            bootsect.s  COPYING  Makefile
            [root@root~/source/os/skelix/01/first.cry]$ make
            as -a bootsect.s -o bootsect.o >bootsect.map
            ld --oformat binary -N -e start -Ttext 0x7c00 -o bootsect bootsect.o
            mv bootsect final.img
            [root@root~/source/os/skelix/01/first.cry]$ ls
            bootsect.map  bootsect.o  bootsect.s  COPYING  final.img  Makefile
            [root@root~/source/os/skelix/01/first.cry]$

             

            現在,我們啟動vmware,運行,載入軟驅映象文件"final.img",我們得到一個黑屏,這是正確的,因為我們什么也沒有做。

             

            程序一:顯示 Hello World!

            好了,上面的黑屏程序并不是太好玩,現在我們嘗試在上面打印"Hello World!"

            01/hello.world/bootsect.s

                    .text
                    .globl  start
                    .code16
            start:
                    jmp     code
            msg:                                  
            使用jmp指令跳過該變量,這是我們為什么在Makefile使用-N鏈接選項了
                    .string "Hello World!\x0"
            code:
                    movw    $0xb800,%ax
                    movw    %ax,    %es            es
            段設置成B800,如前所述,segment:offset地址映射方式,它指向B8000

                                                   這意味著第一個字節地址是0(映射到B8000),屬性字節是1(映射到B8001

                                                   B8001值設置為0x07可以將這個byte顏色設置為黑底白字。
                    xorw    %ax,    %ax
                    movw    %ax,    %ds

                    movw    $msg,   %si            movsb指令設置正確的sidi
                    xorw    %di,    %di
                    cld
                    movb    $0x07,  %al            
            字的顏色

            1:
                    cmp     $0,    (%si)
                    je      1f   
                    movsb
                    stosb
                    jmp     1b
            1:      jmp     1b

            .org    0x1fe,  0x90
            .word   0xaa55

             

             

            Feedback

            # re: 自己動手寫內核(第1課:引導程序)(原創)  回復  更多評論   

            2007-06-19 02:15 by 路西菲爾
            問個弱智問題我怎么不能加載引導程序.
            我用vm版本是5.5.3,找不到你文中說的"啟動vmware,運行,載入軟驅映象文件".我只能在虛擬機的屬性設置中找到cd-rom -> 使用ISO鏡像.不過設置以后沒有效果.

            # re: 自己動手寫內核(第1課:引導程序)(原創)  回復  更多評論   

            2007-06-19 17:00 by 天衣有縫
            “編輯虛擬機設置” --> 選項卡:“硬件” --> “添加” --> “軟盤驅動器” ,然后選擇設備設置,“使用軟磁盤映象”

            # re: 自己動手寫內核(第1課:引導程序)(原創)  回復  更多評論   

            2007-06-19 17:37 by 路西菲爾
            感謝你的回復解決了我學習道路上的第一個問題

            # re: 自己動手寫內核(第1課:引導程序)(原創)  回復  更多評論   

            2007-06-19 17:52 by 天衣有縫
            不客氣,如果有什么心得可以郵件聯系,這樣回復可能會快些:)

            # re: 自己動手寫內核(第1課:引導程序)(原創)  回復  更多評論   

            2007-12-19 10:35 by 上海大眾搬場
            我也學習了.謝謝

            # re: 自己動手寫內核(第1課:引導程序)(原創)[未登錄]  回復  更多評論   

            2009-02-06 07:42 by a
            我make沒通過!
            錯誤信息:(環境:cygwin(您老人家的那個版本,MinGW的as和ld+MinGW的Make))
            zjs@ccb-zz /cygdrive/f/sys
            $ make
            ld --oformat binary -N -e start -Ttext 0x7c00 -o bootsect bootsect.o
            ld: PE operations on non PE file.
            f:\mingw\bin\make.exe: *** [bootsect] Error 1
            /cygdrive/f/代表F盤(/dev/hda4)
            我使用網上一個AS+LD(CYG編譯版)錯誤更多!
            錯誤:(make還是MinGWmake)
            zjs@ccb-zz /cygdrive/f/sys
            $ /usr/bin/make
            ld --oformat binary -N -e start -Ttext 0x7c00 -o bootsect bootsect.o
            usage: ld [-03Mimrstz[-]] [-llib_extension] [-o outfile] [-Ccrtfile]
            [-Llibdir] [-Olibfile] [-T textaddr] infile...
            F:\cygwin\bin\make.exe: *** [bootsect] Error 2
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