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自己动手写内核（第1课：引导程序）
目标：使"system"从软盘启动，并打印"Hello World!"
内存寻址
处理器以‘字节’管理和访问内存，每个字节都有独立的地址，即物理地址。有两种地址映射方式：分段和分页，skelix内核中都用到了。
段对于我们来说再熟悉不过了，先回顾一下dos时期的段吧。它是一个16位的寄存器，所以最多可以直接访问2^16字节的内存，即64K。这对应用程序来说太少了，于是Intel使用Segment:Offset结合方式来表示一个虚拟地址。段寄存器左移4位加上偏移就得到实际的物理地址了。例如，0x?>7c00:0x0189表示物理地址0x7c189，而不是0x7c000189。计算过程如下：
7C000
+ 0189
-------
7C189
现在我们来计算最大可以访问的地址：FFFF:FFFF
FFFF0
+ FFFF
-------
10FFEF
这个范围是1M + 65519 bytes, 因为在80386中使用了20位地址线，所以可以额外多访问65519个字节虚拟地址，例如地址0x100010被映射到地址0x10，访问这两个地址是等价的。
表示同一个物理地址有多种方式，例如07C0:0000和0000:7C00 就是一样的。
另一个概念是线性地址，这个是32位地址，只有当分页机制开启时才有效，文章后面会提到它。
引导过程
当系统上电或RESET时，处理器将执行一些列的初始化，寄存器被设置成非预知状态，并且cpu处于实模式。也许你想知道cpu是怎样设置segment ffset为物理地址FFFF0的（0xf000:0xfff0就是bios入口地址），这是因为cs寄存器有一个非可见部分，它保存了ffff:0000地址，并且cs在初始化时会被装入f000值。此后以正常方式使用它。当bois取得控制权后，根据用户配置（从软驱，硬盘，或cdrom）中读取第一个sector到00007C00，并跳转到该地址执行（就是引导程序bootstrap）。在bootstrap中我们可以使用bios中断，但是进入kernel后就不能再使用了。
程序一：使用as和ld的范例
你可以在下载源程序的
.text .text表示代码段
.globl start表示start可以用作外部符号
.code16 GCC默认使用32位地址和操作数，这里告诉它使用16位
start:
jmp start 死循环
.org 0x1fe, 0x90 .org NEW-LC, FILL，说明：这里填充0x90，是nop指令的机器码
.word 0xaa55
讲解：.org指令指示下一个数据地址，为了编译这个程序，我们写了一个Makefile，总不能老是敲命令吧，呵呵。
网络上可以找到很多写Makefile的资料，编译选项才是我们关注的焦点。
AS=as gcc汇编工具
LD=ld gcc连接器
.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 $<
讲解：ld可以被配置为支持多于一种的目标文件. binary表示没有程序头和其他信息，仅仅是一些裸数据。如果没有这个选项，将被默认链接为elf格式。-N把text和data节设置为可读写。-Ttext将text节起始地址设置为0x7c00（在jmp和数据引用等重定位链接时会用到这个参考值），所有的引用地址都是在7c00这个地址上加出来的。-e选项指定程序入口点
现在我们运行make指令编译一下：
[root@root~/source/os/skelix/01/first.cry]$ 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]$
现在，我们启动vmware，运行，载入软驱映象文件"final.img"，我们得到一个黑屏，这是正确的，因为我们什么也没有做。
程序一：显示 Hello World!
好了，上面的黑屏程序并不是太好玩，现在我们尝试在上面打印"Hello World!"
.text
.globl start
.code16
start:
jmp code
msg: 使用jmp指令跳过该变量，这是我们为什么在Makefile使用-N链接选项了
.string "Hello World!\x0"
code:
movw $0xb800,%ax
movw %ax, %es
0xb800是显存的开始地址。$表明其后是一个立即数。执行语句
ax寄存器的值就变为0xb800，这就是显存的地址。下面再将这个值移至es寄存 器，es是附加段寄存器。请记住8086有一个分段的体系结构。它的各段寄存器为代码段、数据段、堆栈段和附加段，对应的寄存器名称分别为cs、ds、ss和es。事实上，我们把显存地址送入了附加段，因此，任何送入附加段的东西都会被送到显存中。
xorw %ax, %ax
movw %ax, %ds
movw $msg, %si 为movsb指令设置正确的si和di
xorw %di, %di
cld
movb $0x07, %al 字的颜色
1:
cmp $0, (%si)
比较si指向的 地址内容和0
je 1f
相同
跳转到下一个 1处
movsb
stosb
jmp 1b
1: jmp 1b
跳转到上一个 1处 死循环
.org 0x1fe, 0x90填充字符
.word 0xaa55以aa55为结尾 |
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发表于 2007-04-22 13:02
