操作系统实现-boot.asm实现

发布于 2022年 05月 07日 12:07

博客网址:www.shicoder.top
微信:18223081347
欢迎加群聊天 :452380935

这一次我们进入操作系统实现的真实编码, 这一次主要是完善对boot.asm文件的全部实现,开始吧。。。

首先我们先来理一下boot.asm需要干什么

  • 打印出Booting System...
  • 实现磁盘读写
  • 将后续的loader.asm所在的区域读入到0x1000处,然后跳转进入loader.asm程序
  • 开始执行loader.asm程序(这一节我们下次实现)

实模式下的print

在我们平时编写c语言时候,可以直接使用,但是在boot.asm中,完全就没有可以用库函数,因此为了在开始打印处start boot,我们需要自己实现print

先来看下代码把

mov si, booting
call print

print:
    mov ah, 0x0e
.next:
    mov al, [si]
    cmp al, 0
    jz .done
    int 0x10
    inc si
    jmp .next
.done:
    ret
booting:
    db "Booting System...", 10, 13, 0; \n\r

这段程序主要使用使用BIOS的int 10h来实现一个print功能,al寄存器存储要显示的字符串

磁盘读写

因为boot.asm在主引导扇区,磁盘内存太小,不能在boot.asm中实现loader.asm的功能,因此我们将loader.asm保存在磁盘的一个地方,在boot.asm中利用磁盘读的方式,将代码读入到内存的一个区域,然后跳转到那个地方

先来看下磁盘读的功能实现

; 函数参数
; edi 将磁盘内容读到哪里
; ecx 从磁盘哪一个扇区开始 
; bl 要读多少个扇区
read_disk:
    ; 设置读写扇区的数量
    ; 0x1f2 是硬盘控制端口,表示读写扇区的数量
    mov dx, 0x1f2
    mov al, bl
    ; 写端口用OUT指令 将al的值写入到dx端口
    out dx, al

    inc dx; 0x1f3 起始扇区前8位端口
    ; 因为ecx为起始扇区 
    ; ecx中的cl就是0-7位
    mov al, cl; 起始扇区前8位
    out dx, al

    inc dx; 0x1f4 起始扇区中8位端口
    shr ecx, 8 ;右移8位
    mov al, cl; 起始扇区中8位
    out dx, al

    inc dx; 0x1f5 起始扇区高8位端口
    shr ecx, 8 ;右移8位
    mov al, cl; 起始扇区高8位
    out dx, al

    inc dx ;0x1f6
    shr ecx, 8
    and cl, 0b1111 ;将高4位置为0,对应起始扇区的24-27位
    mov al,0b1110_0000 ;第4位为0,表示主盘,第6位为1,表示LBA,5-7位必须为1
    ; 将al和cl合二为一,放在al中
    or al, cl
    out dx, al

    inc dx ;0x1f7
    mov al, 0x20 ;表示读硬盘
    out dx, al

    xor ecx, ecx ;清空ecx
    mov cl, bl ;得到写扇区的数量

    ; loop指令会检查ecx是否为0 cl在ecx里面
    .read:
        push cx ;保存下,因为函数里面使用了
        call .waits ;等待数据准备完毕
        call .reads ;读取一个扇区
        pop cx ;恢复
        loop .read
    ret

    .waits:
        mov dx, 0x1f7 ;读0x1f7端口
        .check:
            in al, dx ;将dx端口的值放入al中
            jmp $+2 ;直接跳转到下一行 其实什么都没做,就是为了延迟一下
            jmp $+2
            jmp $+2

            and al, 0b1000_1000 ;获得al的第3位和第7位
            cmp al, 0b0000_1000 ;测试是否第7位为0,第3位为1 硬盘不繁忙,数据准备完毕
            jnz .check ;数据没准备好
        ret

    .reads:
        mov dx, 0x1f0 ;用于读写数据
        mov cx, 256 ;一个扇区256字节
        ; loop指定会检查ecx cx在ecx里面
        .readw:
            in ax, dx
            jmp $+2 ;直接跳转到下一行 其实什么都没做,就是为了延迟一下
            jmp $+2
            jmp $+2

            ; edi表示读取的目标内存
            mov [edi], ax
            ; 因为ax是16bit,2个字节,所以edi+2
            add edi, 2
            loop .readw
        ret

下面是磁盘的相关端口

Primary 通道 Secondary 通道 in 操作 out 操作
0x1F0 0x170 Data Data
0x1F1 0x171 Error Features
0x1F2 0x172 Sector count Sector count
0x1F3 0x173 LBA low LBA low
0x1F4 0x174 LBA mid LBA mid
0x1F5 0x175 LBA high LBA high
0x1F6 0x176 Device Device
0x1F7 0x177 Status Command
  • 0x1F0:16bit 端口,用于读写数据
  • 0x1F1:检测前一个指令的错误
  • 0x1F2:读写扇区的数量
  • 0x1F3:起始扇区的 0 ~ 7 位
  • 0x1F4:起始扇区的 8 ~ 15 位
  • 0x1F5:起始扇区的 16 ~ 23 位
  • 0x1F6:
    • 0 ~ 3:起始扇区的 24 ~ 27 位
    • 4: 0 主盘, 1 从片
    • 6: 0 CHS, 1 LBA
    • 5 ~ 7:固定为1
  • 0x1F7: out
    • 0xEC: 识别硬盘
    • 0x20: 读硬盘
    • 0x30: 写硬盘
  • 0x1F7: in / 8bit
    • 0 ERR
    • 3 DRQ 数据准备完毕
    • 7 BSY 硬盘繁忙

注意上面的out和in指令

读端口用IN指令,写端口用OUT指令

out a,b 将b的值写入到a端口

in a,b 将b端口的值读到a中

先来看4个起始扇区的寄存器 :0x1F30x1F40x1F50x1F6,假如此时的起始扇区ecx=123456789 ,即32位bit为00000111010110111100110100010101

  • 0-7位:00010101 => 0x1F3

  • 8-15位:11001101 => 0x1F4

  • 16-23位:01011011 => 0x1F5

  • 24-31位:00000111

    • 24-27位:0111 => 0x1F6(0-3)
    • mov al,0b1110_0000
      • 0 => 0x1F6(4) 表示主盘
      • 111 => ox1F6(5-7) 固定为1

再来看0x1F7,值为0x20,表示读磁盘

然后通过mov cl,bl,将扇区数量放在cl中,后面进行循环,汇编中循环的次数和ecx有关。因为是要读磁盘,因此需要先等待磁盘数据处理好,然后才进行读取,.wait便是这个作用,其余的相关解析可以通过代码注释看懂,这里就不赘述了

jmp $+2

可以通过反汇编看到

0000:jmp $+2
0002:xxx

所以这行代码就是跳到下一行,起到等待的作用

经过编写这个函数,我们就可以从磁盘中得到我们想要的代码啦,前面说过,我们本身就想将loader.asm代码放在磁盘的一个地方,然后再读进来,那怎么放呢,这样,我们先简单写一个loader.asm

loader.asm

代码如下

[org 0x1000]

; 打印字符串
mov si, loading
call print

; 阻塞
jmp $

print:
    mov ah, 0x0e
.next:
    mov al, [si]
    cmp al, 0
    jz .done
    int 0x10
    inc si
    jmp .next
.done:
    ret

loading:
    db "Loading System...", 10, 13, 0; \n\r

同样的,我们只是打印出一句话即可,那我们怎么将这些代码复制到磁盘中去呢,下面两行命令

nasm -f bin loader.bin loader.asm
dd if=loader.bin of=master.img bs=512 count=4 seek=2 conv=notrunc

利用dd命令,将bin文件从偏移为2的地方,写入4个到master.img中,这样就可以知道loader.bin在磁盘哪里,就可以读入了

boot.asm中代码如下

; 因为loader.bin是从第2个扇区开始写入,写了4个扇区
mov edi, 0x1000;读取的目标内存
mov ecx, 2 ;起始扇区
mov bl, 4 ;扇区数量
call read_disk

经过上面一番折腾,终于从boot跳转到loader中了,后续我们将对loader.asm进行完善,实现loader所需要的功能,下次见啦。。。

推荐文章