挑戰30天寫操作系統-day3-進入32位模式並導入C語言

来源:https://www.cnblogs.com/humbleYL/archive/2022/07/11/16465953.html
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1.製作真正的IPL

IPL：啟動區，啟動程式裝載器
在這裡插入圖片描述
完整代碼：

; haribote-ipl
; TAB=4

CYLS	EQU		10				; 聲明CYLS=10

		ORG		0x7c00			; 指明程式裝載地址

; 標準FAT12格式軟盤專用的代碼 Stand FAT12 format floppy code

		JMP		entry
		DB		0x90
		DB		"HARIBOTE"		; 啟動扇區名稱（8位元組）
		DW		512				; 每個扇區（sector）大小（必須512位元組）
		DB		1				; 簇（cluster）大小（必須為1個扇區）
		DW		1				; FAT起始位置（一般為第一個扇區）
		DB		2				; FAT個數（必須為2）
		DW		224				; 根目錄大小（一般為224項）
		DW		2880			; 該磁碟大小（必須為2880扇區1440*1024/512）
		DB		0xf0			; 磁碟類型（必須為0xf0）
		DW		9				; FAT的長度（必??9扇區）
		DW		18				; 一個磁軌（track）有幾個扇區（必須為18）
		DW		2				; 磁頭數（必??2）
		DD		0				; 不使用分區，必須是0
		DD		2880			; 重寫一次磁碟大小
		DB		0,0,0x29		; 意義不明（固定）
		DD		0xffffffff		; （可能是）捲標號碼
		DB		"HARIBOTEOS "	; 磁碟的名稱（必須為11字?，不足填空格）
		DB		"FAT12   "		; 磁碟格式名稱（必??8字?，不足填空格）
		RESB	18				; 先空出18位元組

; 程式主體

entry:
		MOV		AX,0			; 初始化寄存器
		MOV		SS,AX
		MOV		SP,0x7c00
		MOV		DS,AX

; 讀取磁碟

		MOV		AX,0x0820
		MOV		ES,AX
		MOV		CH,0			; 柱面0
		MOV		DH,0			; 磁頭0
		MOV		CL,2			; 扇區2

readloop:
		MOV		SI,0			; 記錄失敗次數寄存器

retry:
		MOV		AH,0x02			; AH=0x02 : 讀入磁碟
		MOV		AL,1			; 1個扇區
		MOV		BX,0
		MOV		DL,0x00			; A驅動器
		INT		0x13			; 調用磁碟BIOS
		JNC		next			; 沒出錯則跳轉到next
		ADD		SI,1			; 往SI加1
		CMP		SI,5			; 比較SI與5
		JAE		error			; SI >= 5 跳轉到error
		MOV		AH,0x00
		MOV		DL,0x00			; A驅動器
		INT		0x13			; 重置驅動器
		JMP		retry
next:
		MOV		AX,ES			; 把記憶體地址後移0x200（512/16十六進位轉換）
		ADD		AX,0x0020
		MOV		ES,AX			; ADD ES,0x020因為沒有ADD ES，只能通過AX進行
		ADD		CL,1			; 往CL裡面加1
		CMP		CL,18			; 比較CL與18
		JBE		readloop		; CL <= 18 跳轉到readloop
		MOV		CL,1
		ADD		DH,1
		CMP		DH,2
		JB		readloop		; DH < 2 跳轉到readloop
		MOV		DH,0
		ADD		CH,1
		CMP		CH,CYLS
		JB		readloop		; CH < CYLS 跳轉到readloop

; 讀取完畢，跳轉到haribote.sys執行！
		MOV		[0x0ff0],CH		; IPLがどこまで読んだのかをメモ
		JMP		0xc200

error:
		MOV		SI,msg

putloop:
		MOV		AL,[SI]
		ADD		SI,1			; 給SI加1
		CMP		AL,0
		JE		fin
		MOV		AH,0x0e			; 顯示一個文字
		MOV		BX,15			; 指定字元顏色
		INT		0x10			; 調用顯卡BIOS
		JMP		putloop

fin:
		HLT						; 讓CPU停止，等待指令
		JMP		fin				; 無限迴圈

msg:
		DB		0x0a, 0x0a		; 換行兩次
		DB		"load error"
		DB		0x0a			; 換行
		DB		0

		RESB	0x7dfe-$		; 填寫0x00直到0x001fe

		DB		0x55, 0xaa

這裡有個JC指令，是有條件跳轉指令
註意到上面有個INT 0x13,這是調用BIOS的0x13號函數
常用的有：
在這裡插入圖片描述
在這裡插入圖片描述
在這裡插入圖片描述
這個進位標誌位是存儲在標誌寄存器裡面。
為了明白今天新加的代碼，需要瞭解磁碟的工作方式
在這裡插入圖片描述
一定記得，磁碟他是實體的，是三維立體的物體，這樣就好理解了
在這裡插入圖片描述
IPL啟動區就在C0-H0-S1(柱面0-磁頭0-扇區1)
接下來，為了介紹緩衝區（cache）的概念，需要再次複習一下，CPU定址方式：段基址+段內地址
在這裡插入圖片描述
上面的說法比較老，最新的指令格式是AT&T格式，但是，基本思想是一致的，可百度。
這次的運行結果將會一閃而過，大家獲取源碼之後可以自行體驗。
這裡有一個報錯：
在這裡插入圖片描述
解決方式如下：
16位不相容解決方案
最好重啟一下！！！！！！！！！！
運行結果解釋漆黑一片：
在這裡插入圖片描述

2.試錯

軟盤不可靠，讀取失敗的情況下，需要多次讀取，考慮極端情況，需要限制讀取次數
在這裡插入圖片描述
在這裡插入圖片描述
這裡兩個新的指令：
JNC：進位標誌為0時跳轉
JAE：大於等於時跳轉
INT 0x13,功能是系統複位

3.讀到18扇區

在這裡插入圖片描述
在這裡插入圖片描述
新的指令：
JBE：小於等於跳轉
在這裡插入圖片描述

4.讀入10個柱面

在這裡插入圖片描述
代碼如下：

; haribote-ipl
; TAB=4

CYLS	EQU		10				; 聲明CYLS=10

		ORG		0x7c00			; 指明程式裝載地址

; 標準FAT12格式軟盤專用的代碼 Stand FAT12 format floppy code

		JMP		entry
		DB		0x90
		DB		"HARIBOTE"		; 啟動扇區名稱（8位元組）
		DW		512				; 每個扇區（sector）大小（必須512位元組）
		DB		1				; 簇（cluster）大小（必須為1個扇區）
		DW		1				; FAT起始位置（一般為第一個扇區）
		DB		2				; FAT個數（必須為2）
		DW		224				; 根目錄大小（一般為224項）
		DW		2880			; 該磁碟大小（必須為2880扇區1440*1024/512）
		DB		0xf0			; 磁碟類型（必須為0xf0）
		DW		9				; FAT的長度（必??9扇區）
		DW		18				; 一個磁軌（track）有幾個扇區（必須為18）
		DW		2				; 磁頭數（必??2）
		DD		0				; 不使用分區，必須是0
		DD		2880			; 重寫一次磁碟大小
		DB		0,0,0x29		; 意義不明（固定）
		DD		0xffffffff		; （可能是）捲標號碼
		DB		"HARIBOTEOS "	; 磁碟的名稱（必須為11字?，不足填空格）
		DB		"FAT12   "		; 磁碟格式名稱（必??8字?，不足填空格）
		RESB	18				; 先空出18位元組

; 程式主體

entry:
		MOV		AX,0			; 初始化寄存器
		MOV		SS,AX
		MOV		SP,0x7c00
		MOV		DS,AX

; 讀取磁碟

		MOV		AX,0x0820
		MOV		ES,AX
		MOV		CH,0			; 柱面0
		MOV		DH,0			; 磁頭0
		MOV		CL,2			; 扇區2

readloop:
		MOV		SI,0			; 記錄失敗次數寄存器

retry:
		MOV		AH,0x02			; AH=0x02 : 讀入磁碟
		MOV		AL,1			; 1個扇區
		MOV		BX,0
		MOV		DL,0x00			; A驅動器
		INT		0x13			; 調用磁碟BIOS
		JNC		next			; 沒出錯則跳轉到next
		ADD		SI,1			; 往SI加1
		CMP		SI,5			; 比較SI與5
		JAE		error			; SI >= 5 跳轉到error
		MOV		AH,0x00
		MOV		DL,0x00			; A驅動器
		INT		0x13			; 重置驅動器
		JMP		retry
next:
		MOV		AX,ES			; 把記憶體地址後移0x200（512/16十六進位轉換）
		ADD		AX,0x0020
		MOV		ES,AX			; ADD ES,0x020因為沒有ADD ES，只能通過AX進行
		ADD		CL,1			; 往CL裡面加1
		CMP		CL,18			; 比較CL與18
		JBE		readloop		; CL <= 18 跳轉到readloop
		MOV		CL,1
		ADD		DH,1
		CMP		DH,2
		JB		readloop		; DH < 2 跳轉到readloop
		MOV		DH,0
		ADD		CH,1
		CMP		CH,CYLS
		JB		readloop		; CH < CYLS 跳轉到readloop

; 讀取完畢，跳轉到haribote.sys執行！
		MOV		[0x0ff0],CH		; IPLがどこまで読んだのかをメモ
		JMP		0xc200

error:
		MOV		SI,msg

putloop:
		MOV		AL,[SI]
		ADD		SI,1			; 給SI加1
		CMP		AL,0
		JE		fin
		MOV		AH,0x0e			; 顯示一個文字
		MOV		BX,15			; 指定字元顏色
		INT		0x10			; 調用顯卡BIOS
		JMP		putloop

fin:
		HLT						; 讓CPU停止，等待指令
		JMP		fin				; 無限迴圈

msg:
		DB		0x0a, 0x0a		; 換行兩次
		DB		"load error"
		DB		0x0a			; 換行
		DB		0

		RESB	0x7dfe-$		; 填寫0x00直到0x001fe

		DB		0x55, 0xaa

新加指令：
JB：如果小於，跳轉
EQU：等價與#define
在這裡插入圖片描述
在這裡插入圖片描述

5.著手開發操作系統

上面已經完成了啟動區的製作
下麵，寫一個最簡單的操作系統
在這裡插入圖片描述
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6.從啟動區執行操作系統

在這裡插入圖片描述
在這裡插入圖片描述

7.確認操作系統的執行情況

在這裡插入圖片描述
在這裡插入圖片描述
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全黑畫面：
在這裡插入圖片描述

8.32位模式前期準備

接下來就要以C語言作為開發語言，彙編語言暫時不用了。
32位模式就不能調用BIOS函數了（16位編寫的）
在這裡插入圖片描述
所以需要使用BIOS的地方，我們需要首先放到前面去載入，在asmhead.nas文件中

; haribote-os boot asm
; TAB=4

BOTPAK	EQU		0x00280000		; 載入bootpack
DSKCAC	EQU		0x00100000		; 磁碟緩存的位置
DSKCAC0	EQU		0x00008000		; 磁碟緩存的位置（實模式）

; BOOT_INFO相關
CYLS	EQU		0x0ff0			; 引導扇區設置
LEDS	EQU		0x0ff1
VMODE	EQU		0x0ff2			; 關於顏色的信息
SCRNX	EQU		0x0ff4			; 解析度X
SCRNY	EQU		0x0ff6			; 解析度Y
VRAM	EQU		0x0ff8			; 圖像緩衝區的起始地址

		ORG		0xc200			;  這個的程式要被裝載的記憶體地址

; 畫面モードを設定

		MOV		AL,0x13			; VGA顯卡，320x200x8bit
		MOV		AH,0x00
		INT		0x10
		MOV		BYTE [VMODE],8	; 屏幕的模式（參考C語言的引用）
		MOV		WORD [SCRNX],320
		MOV		WORD [SCRNY],200
		MOV		DWORD [VRAM],0x000a0000

; 通過BIOS獲取指示燈狀態

		MOV		AH,0x02
		INT		0x16 			; keyboard BIOS
		MOV		[LEDS],AL

; 防止PIC接受所有中斷
;	AT相容機的規範、PIC初始化
;	然後之前在CLI不做任何事就掛起
;	PIC在同意後初始化

		MOV		AL,0xff
		OUT		0x21,AL
		NOP						; 不斷執行OUT指令
		OUT		0xa1,AL

		CLI						; 進一步中斷CPU

; 讓CPU支持1M以上記憶體、設置A20GATE

		CALL	waitkbdout
		MOV		AL,0xd1
		OUT		0x64,AL
		CALL	waitkbdout
		MOV		AL,0xdf			; enable A20
		OUT		0x60,AL
		CALL	waitkbdout

; 保護模式轉換

[INSTRSET "i486p"]				; 說明使用486指令

		LGDT	[GDTR0]			; 設置臨時GDT
		MOV		EAX,CR0
		AND		EAX,0x7fffffff	; 使用bit31（禁用分頁）
		OR		EAX,0x00000001	; bit0到1轉換（保護模式過渡）
		MOV		CR0,EAX
		JMP		pipelineflush
pipelineflush:
		MOV		AX,1*8			;  寫32bit的段
		MOV		DS,AX
		MOV		ES,AX
		MOV		FS,AX
		MOV		GS,AX
		MOV		SS,AX

; bootpack傳遞

		MOV		ESI,bootpack	; 源
		MOV		EDI,BOTPAK		; 目標
		MOV		ECX,512*1024/4
		CALL	memcpy

; 傳輸磁碟數據

; 從引導區開始

		MOV		ESI,0x7c00		; 源
		MOV		EDI,DSKCAC		; 目標
		MOV		ECX,512/4
		CALL	memcpy

; 剩餘的全部

		MOV		ESI,DSKCAC0+512	; 源
		MOV		EDI,DSKCAC+512	; 目標
		MOV		ECX,0
		MOV		CL,BYTE [CYLS]
		IMUL	ECX,512*18*2/4	; 除以4得到位元組數
		SUB		ECX,512/4		; IPL偏移量
		CALL	memcpy

; 由於還需要asmhead才能完成
; 完成其餘的bootpack任務

; bootpack啟動

		MOV		EBX,BOTPAK
		MOV		ECX,[EBX+16]
		ADD		ECX,3			; ECX += 3;
		SHR		ECX,2			; ECX /= 4;
		JZ		skip			; 傳輸完成
		MOV		ESI,[EBX+20]	; 源
		ADD		ESI,EBX
		MOV		EDI,[EBX+12]	; 目標
		CALL	memcpy
skip:
		MOV		ESP,[EBX+12]	; 堆棧的初始化
		JMP		DWORD 2*8:0x0000001b

waitkbdout:
		IN		 AL,0x64
		AND		 AL,0x02
		JNZ		waitkbdout		; AND結果不為0跳轉到waitkbdout
		RET

memcpy:
		MOV		EAX,[ESI]
		ADD		ESI,4
		MOV		[EDI],EAX
		ADD		EDI,4
		SUB		ECX,1
		JNZ		memcpy			; 運算結果不為0跳轉到memcpy
		RET
; memcpy地址首碼大小

		ALIGNB	16
GDT0:
		RESB	8				; 初始值
		DW		0xffff,0x0000,0x9200,0x00cf	; 寫32bit位段寄存器
		DW		0xffff,0x0000,0x9a28,0x0047	; 可執行的文件的32bit寄存器（bootpack用）

		DW		0
GDTR0:
		DW		8*3-1
		DD		GDT0

		ALIGNB	16
bootpack:

在這裡插入圖片描述
在這裡插入圖片描述

9.開始導入C語言

bootpack.c

/* 告訴C編譯器，有一個函數在別的文件里 */

void io_hlt(void);

/* 是函數聲明卻不用{}，而用;，這表示的意思是：
	函數在別的文件中，你自己找一下 */

void HariMain(void)
{

fin:
	io_hlt(); /* 執行naskfunc.nas中的_io_hlt函數 */
	goto fin;

}

這裡goto最終將會被編譯成JMP指令
函數io_hlt()在naskfunc.nas中

; naskfunc
; TAB=4

[FORMAT "WCOFF"]				; 製作目標文件的模式	
[BITS 32]						; 製作32位模式用的機器語言


; 製作目標文件的信息

[FILE "naskfunc.nas"]			; 源文件名信息

		GLOBAL	_io_hlt			; 程式中包含的函數名


; 以下是實際的函數

[SECTION .text]		; 目標文件中寫了這些後再寫程式

_io_hlt:	; void io_hlt(void);
		HLT
		RET

在這裡插入圖片描述
下麵講解彙編語言做目標文件的方法
在這裡插入圖片描述

10.實現HLT（harib00j）

在這裡插入圖片描述
在這裡插入圖片描述
RET:等價與return

11.微信關註公眾號獲取源碼和電子書籍

在這裡插入圖片描述


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