關于從保護模式切換到實模式的相關說明
參考于淵的《自己動手寫操作系統》第三章中從實模式切換到保護模式，最后有重新切回實模式的代碼（代碼如下），其中有幾點不太明白的，參考其他文章之后在此記錄一下。
其中還有不太明白的地方，希望大家能在下面 留個言幫我講明白，謝謝。
下面代碼有些宏定義沒貼出來，應該能看明白。
1
; ==========================================
2; pmtest2.asm
3; 編譯方法：nasm pmtest2.asm -o pmtest2.com
4; ==========================================
5
6%include "pm.inc" ; 常量, 宏, 以及一些說明
7
8org 0100h
9 jmp LABEL_BEGIN
10
11[SECTION .gdt]
12; GDT
13; 段基址, 段界限 , 屬性
14LABEL_GDT: Descriptor 0, 0, 0 ; 空描述符
15LABEL_DESC_NORMAL: Descriptor 0, 0ffffh, DA_DRW ; ***注意此處為Normal 描述符*****
16LABEL_DESC_CODE32: Descriptor 0, SegCode32Len - 1, DA_C + DA_32 ; 非一致代碼段, 32
17LABEL_DESC_CODE16: Descriptor 0, 0ffffh, DA_C ; 非一致代碼段, 16
18LABEL_DESC_DATA: Descriptor 0, DataLen - 1, DA_DRW ; Data
19LABEL_DESC_STACK: Descriptor 0, TopOfStack, DA_DRWA + DA_32 ; Stack, 32 位
20LABEL_DESC_TEST: Descriptor 0500000h, 0ffffh, DA_DRW
21LABEL_DESC_VIDEO: Descriptor 0B8000h, 0ffffh, DA_DRW ; 顯存首地址
22; GDT 結束
23
24GdtLen equ $ - LABEL_GDT ; GDT長度
25GdtPtr dw GdtLen - 1 ; GDT界限
26 dd 0 ; GDT基地址
27
28; GDT 選擇子
29SelectorNormal equ LABEL_DESC_NORMAL - LABEL_GDT
30SelectorCode32 equ LABEL_DESC_CODE32 - LABEL_GDT
31SelectorCode16 equ LABEL_DESC_CODE16 - LABEL_GDT
32SelectorData equ LABEL_DESC_DATA - LABEL_GDT
33SelectorStack equ LABEL_DESC_STACK - LABEL_GDT
34SelectorTest equ LABEL_DESC_TEST - LABEL_GDT
35SelectorVideo equ LABEL_DESC_VIDEO - LABEL_GDT
36; END of [SECTION .gdt]
37
38[SECTION .data1] ; 數據段
39ALIGN 32
40[BITS 32]
41LABEL_DATA:
42SPValueInRealMode dw 0
43; 字符串
44PMMessage: db "In Protect Mode now. ^-^", 0 ; 進入保護模式后顯示此字符串
45OffsetPMMessage equ PMMessage - $$
46StrTest: db "ABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZ", 0
47OffsetStrTest equ StrTest - $$
48DataLen equ $ - LABEL_DATA
49; END of [SECTION .data1]
50
51
52; 全局堆棧段
53[SECTION .gs]
54ALIGN 32
55[BITS 32]
56LABEL_STACK:
57 times 512 db 0
58
59TopOfStack equ $ - LABEL_STACK - 1
60
61; END of [SECTION .gs]
62
63
64[SECTION .s16]
65[BITS 16]
66LABEL_BEGIN:
67 mov ax, cs
68 mov ds, ax
69 mov es, ax
70 mov ss, ax
71 mov sp, 0100h
72
73 mov [LABEL_GO_BACK_TO_REAL+3], ax
74 mov [SPValueInRealMode], sp
75
76 ; 初始化 16 位代碼段描述符
77 mov ax, cs
78 movzx eax, ax
79 shl eax, 4
80 add eax, LABEL_SEG_CODE16
81 mov word [LABEL_DESC_CODE16 + 2], ax
82 shr eax, 16
83 mov byte [LABEL_DESC_CODE16 + 4], al
84 mov byte [LABEL_DESC_CODE16 + 7], ah
85
86 ; 初始化 32 位代碼段描述符
87 xor eax, eax
88 mov ax, cs
89 shl eax, 4
90 add eax, LABEL_SEG_CODE32
91 mov word [LABEL_DESC_CODE32 + 2], ax
92 shr eax, 16
93 mov byte [LABEL_DESC_CODE32 + 4], al
94 mov byte [LABEL_DESC_CODE32 + 7], ah
95
96 ; 初始化數據段描述符
97 xor eax, eax
98 mov ax, ds
99 shl eax, 4
100 add eax, LABEL_DATA
101 mov word [LABEL_DESC_DATA + 2], ax
102 shr eax, 16
103 mov byte [LABEL_DESC_DATA + 4], al
104 mov byte [LABEL_DESC_DATA + 7], ah
105
106 ; 初始化堆棧段描述符
107 xor eax, eax
108 mov ax, ds
109 shl eax, 4
110 add eax, LABEL_STACK
111 mov word [LABEL_DESC_STACK + 2], ax
112 shr eax, 16
113 mov byte [LABEL_DESC_STACK + 4], al
114 mov byte [LABEL_DESC_STACK + 7], ah
115
116 ; 為加載 GDTR 作準備
117 xor eax, eax
118 mov ax, ds
119 shl eax, 4
120 add eax, LABEL_GDT ; eax <- gdt 基地址
121 mov dword [GdtPtr + 2], eax ; [GdtPtr + 2] <- gdt 基地址
122
123 ; 加載 GDTR
124 lgdt [GdtPtr]
125
126 ; 關中斷
127 cli
128
129 ; 打開地址線A20
130 in al, 92h
131 or al, 00000010b
132 out 92h, al
133
134 ; 準備切換到保護模式
135 mov eax, cr0
136 or eax, 1
137 mov cr0, eax
138
139 ; 真正進入保護模式
140 ;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;在此由實模式切進保護模式;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;
141 jmp dword SelectorCode32:0 ; 執行這一句會把 SelectorCode32 裝入 cs, 并跳轉到 Code32Selector:0 處
142
143;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;
144
145LABEL_REAL_ENTRY: ; 從保護模式跳回到實模式就到了這里
146 mov ax, cs
147 mov ds, ax
148 mov es, ax
149 mov ss, ax
150
151 mov sp, [SPValueInRealMode]
152
153 in al, 92h ; ┓
154 and al, 11111101b ; ┣ 關閉 A20 地址線
155 out 92h, al ; ┛
156
157 sti ; 開中斷
158
159 mov ax, 4c00h ; ┓
160 int 21h ; ┛回到 DOS
161; END of [SECTION .s16]
162
163
164[SECTION .s32]; 32 位代碼段. 由實模式跳入.
165[BITS 32]
166
167LABEL_SEG_CODE32:
168 mov ax, SelectorData
169 mov ds, ax ; 數據段選擇子
170 mov ax, SelectorTest
171 mov es, ax ; 測試段選擇子
172 mov ax, SelectorVideo
173 mov gs, ax ; 視頻段選擇子
174
175 mov ax, SelectorStack
176 mov ss, ax ; 堆棧段選擇子
177
178 mov esp, TopOfStack
179
180
181 ; 下面顯示一個字符串
182 mov ah, 0Ch ; 0000: 黑底 1100: 紅字
183 xor esi, esi
184 xor edi, edi
185 mov esi, OffsetPMMessage ; 源數據偏移
186 mov edi, (80 * 10 + 0) * 2 ; 目的數據偏移。屏幕第 10 行, 第 0 列。
187 cld
188.1:
189 lodsb
190 test al, al
191 jz .2
192 mov [gs:edi], ax
193 add edi, 2
194 jmp .1
195.2: ; 顯示完畢
196
197 call DispReturn
198
199 call TestRead
200 call TestWrite
201 call TestRead
202
203 ; 到此停止
204 ;**********注意在此由32位代碼段跳至16位代碼段**********************
205 jmp SelectorCode16:0
206
207; ------------------------------------------------------------------------
208TestRead:
209 xor esi, esi
210 mov ecx, 8
211.loop
212 mov al, [es:esi]
213 call DispAL
214 inc esi
215 loop .loop
216
217 call DispReturn
218
219 ret
220; TestRead 結束-----------------------------------------------------------
221
222
223; ------------------------------------------------------------------------
224TestWrite:
225 push esi
226 push edi
227 xor esi, esi
228 xor edi, edi
229 mov esi, OffsetStrTest ; 源數據偏移
230 cld
231.1:
232 lodsb
233 test al, al
234 jz .2
235 mov [es:edi], al
236 inc edi
237 jmp .1
238.2:
239
240 pop edi
241 pop esi
242
243 ret
244; TestWrite 結束----------------------------------------------------------
245
246
247; ------------------------------------------------------------------------
248; 顯示 AL 中的數字
249; 默認地:
250; 數字已經存在 AL 中
251; edi 始終指向要顯示的下一個字符的位置
252; 被改變的寄存器:
253; ax, edi
254; ------------------------------------------------------------------------
255DispAL:
256 push ecx
257 push edx
258
259 mov ah, 0Ch ; 0000: 黑底 1100: 紅字
260 mov dl, al
261 shr al, 4
262 mov ecx, 2
263.begin:
264 and al, 01111b
265 cmp al, 9
266 ja .1
267 add al, '0'
268 jmp .2
269.1:
270 sub al, 0Ah
271 add al, 'A'
272.2:
273 mov [gs:edi], ax
274 add edi, 2
275
276 mov al, dl
277 loop .begin
278 add edi, 2
279
280 pop edx
281 pop ecx
282
283 ret
284; DispAL 結束-------------------------------------------------------------
285
286
287; ------------------------------------------------------------------------
288DispReturn:
289 push eax
290 push ebx
291 mov eax, edi
292 mov bl, 160
293 div bl
294 and eax, 0FFh
295 inc eax
296 mov bl, 160
297 mul bl
298 mov edi, eax
299 pop ebx
300 pop eax
301
302 ret
303; DispReturn 結束---------------------------------------------------------
304
305SegCode32Len equ $ - LABEL_SEG_CODE32
306; END of [SECTION .s32]
307
308
309; 16 位代碼段. 由 32 位代碼段跳入, 跳出后到實模式
310[SECTION .s16code]
311ALIGN 32
312[BITS 16]
313LABEL_SEG_CODE16:
314 ; 跳回實模式:
315 ;****************注意在此用normal選擇子對段寄存器進行填充******************************
316 mov ax, SelectorNormal
317 mov ds, ax
318 mov es, ax
319 mov fs, ax
320 mov gs, ax
321 mov ss, ax
322
323 mov eax, cr0
324 and al, 11111110b
325 mov cr0, eax
326
327;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;在此由保護模式切進實模式;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;
328LABEL_GO_BACK_TO_REAL:
329 jmp 0:LABEL_REAL_ENTRY ; 段地址會在程序開始處被設置成正確的值
330
331Code16Len equ $ - LABEL_SEG_CODE16
332
333; END of [SECTION .s16code]
334
注意一．在由保護模式切換到實模式之前，用normal選擇子對段寄存器進行填充。
原因：
在切換到實模式之前，把一個指向似乎沒有用的數據段的描述符Normal的選擇子裝載到DS和ES。這是為什么呢?
|
實模
式下
段描
述符
高速
緩沖
寄存
器的
內容
|
段寄存器
|
段基地址
|
段界限(固定)
|
段屬性(固定)
|
|
存在性
|
特權級
|
已存取
|
粒度
|
擴展方向
|
可讀性
|
可寫性
|
可執行
|
堆棧大小
|
一致特權
|
|
CS
|
當前CS*16
|
0000FFFFH
|
Y
|
0
|
Y
|
B
|
U
|
Y
|
Y
|
Y
|
-
|
N
|
|
SS
|
當前SS*16
|
0000FFFFH
|
Y
|
0
|
Y
|
B
|
U
|
Y
|
Y
|
N
|
W
|
-
|
|
DS
|
當前DS*16
|
0000FFFFH
|
Y
|
0
|
Y
|
B
|
U
|
Y
|
Y
|
N
|
-
|
-
|
|
ES
|
當前ES*16
|
0000FFFFH
|
Y
|
0
|
Y
|
B
|
U
|
Y
|
Y
|
N
|
-
|
-
|
|
FS
|
當前FS*16
|
0000FFFFH
|
Y
|
0
|
Y
|
B
|
U
|
Y
|
Y
|
N
|
-
|
-
|
|
GS
|
當前GS*16
|
0000FFFFH
|
Y
|
0
|
Y
|
B
|
U
|
Y
|
Y
|
N
|
-
|
-
|
在分段管理機制中，每個段寄存器都配有段描述符高速緩沖寄存器，這些高速緩沖寄存器在實方式下仍發揮作用，只是內容上與保護模式下有所不同。如上表所示，其中“Y”表示“是”； “N”表示“否”；“B”表示字節；“U”表示向上擴展，“W”表示以字方式操作堆棧。段基地址仍是 32位，其值是相應段寄存器值(段值)乘以16，在把段值裝載到段寄存器時刷新。由于其值是16位段值乘上16，所以在實模式下基地址實際上有效位只有20位。每個段的32位段界限都固定為0FFFFH，段屬性的許多位也是固定的。所謂固定是指在實方式下不可設置這些屬性值，只能繼續沿用保護方式下所設置的值。因此，在準備結束保護模式回到實模式之前，要通過加載一個合適的描述符選擇子（如實例代碼中的Normal選擇子）到有關段寄存器，以使得對應段描述符高速緩沖寄存器中含有合適的段界限和屬性。
也就是說，在實模式下裝載段寄存器并不會影響段告訴緩沖寄存器的值，比如段界限（其實在實模式也沒有必要改變，應為段界限一直都是0ffffh），這也就是為甚麼所有講保護模式的樹在講到有保護模式切換到實模式時都要加載一個normal選擇子的原因了。
應為必須在保護模式下設置好段高速緩沖寄存器的值，因為一旦到了實模式下就不能在改變了。
經我試驗，對于normal的描述符，其最重要是段界限一定要設置為0ffffh，如果不是這樣，那莫在由保護模式跳轉到實模式后會發生錯誤（對于上述代碼如果把normal描述符的段界限改為別的的話，在跳轉后會產生死循環的現象，具體是什么原因現在還不明確，哪位高人知道一定要告訴我啊~~）。其次就是屬性的設置一定要設置為可讀可寫的，否則也會發生錯誤.
注意二：不能從32位代碼段返回實模式,而只能從16位代碼段返回。
原因：（書中說的）因為無法實現從32位代碼段返回時CS高速緩沖寄存器中的屬性符合實模式的要求(實模式不能改變段屬性)
對于這個解釋還是不太明確，如果哪位高人明白其中的來龍去脈的話，請一定在下面留個言，給我解釋一下，不勝感激.
posted on 2008-10-07 17:22
楊彬彬 閱讀(8070)
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