上次的文章结束的时候把一大段我的Boot Loader贴出来了,可能会让人迷惑.这里我又写了个小小的微缩版的16位实模式下的Boot Loader,大家看看吧.
这里我再次说明一下,这个文章只是记录我自己做16位OS的经验,绝不是什么标准的教程.但是我也不会像其它的文章讲个boot loader就结束了.后面我还会做到kernel以及文件系统等很多东西
BITS 16
org 0x7c00
entry:
mov ax, 0
mov ds, ax
mov si, WelcomeMsg
call putstr
hang:
jmp hang
WelcomeMsg db 'Welcome to My Operating System',0
putstr:
lodsb
or al, al
jz putstrd
mov ah, 0x0e
mov bx, 0x0007
int 0x10
jmp putstr
putstrd:
retn
size equ $ - entry
%if size+2 > 512
%error "code is too large for boot sector"
%endif
times (512 - size - 2) db 0
db 0x55, 0xAA
其中显示为深红色的才是真正的汇编代码,而显示为蓝色的是nasm的宏或一些控制语句.
首 先是BITS 16,这个说明是要把我们这个程序编译成16位的代码,org 0x7c00则是告诉编译器我们的这段代码将从0x7c00这个地址开始执 行(由于汇编编译器对于静太变量的引用都是使用绝对地址,所以一定要设置好你程序运行开始的地址.比如DOS下.com文件就要设置org 0x100也 是一个道理.否则你的
数据地址会出现错误)
entry:
mov ax, 0
mov ds, ax
mov si, WelcomeMsg
call putstr
程序中entry开始进入执行.下面的汇编代码就用不着我解释了吧.首先把0x0000传到ds去.因为我们这个程序是在0x0000:0x7c00执行,那么段地址应该是0x0000,否则后面我们的WelcomeMsg就显示不出来了.
然 后调用一个子程序putstr.它的功能就是显示一个字符串.参数是放在SI寄存器中的,我把WelcomeMsg的地址传给SI,然后调用 call putstr,就可以显示出来Welcome to My Operating System.看到这里,很多人都会兴奋不已的.毕竟看到自己 的"操作系统"为自己打印出来一句话,确实让人高兴!但是没有完,这个Boot Loader程序连个真正的Boot Loader程序都算不上,怎么能 说是操作系统.
putstr:
lodsb
or al, al
jz putstrd
mov ah, 0x0e
mov bx, 0x0007
int 0x10
jmp putstr
putstrd:
retn
这个子程序就不讲了吧,很简单,就是调用BIOS 10h显示字符的中断.需要注意的是,不要使用21h DOS中断来显示字符哦!因为那是DOS的东西,这里是在启动另外一个"操作系统",怎么用得了DOS的中断,是不是?
size equ $ - entry
%if size+2 > 512
%error "code is too large for boot sector"
%endif
times (512 - size - 2) db 0
这段蓝色的代码不是我们程序的,只是为了控制我们的这个程序大小为512个字节而显示的.因为这个程序是放在软盘的第一个扇区里,是为软盘的第一个扇区量身打造的,所以大小一定要是512字节,也既是一个扇区的大小.
db 0x55, 0xAA
这里有点奇怪,为什么要在程序的最后加上0x55,0xAA?这个也是计算机BIOS规定的东西.前面不是说了,BIOS会
自动读取软盘的第一个扇区并执行吗?当BIOS读到这里0x55,0xAA的时候,它就知道该读的扇区的信息已经结束了,然后
自动去执行刚读取的代码.所以我们必须把这个0x55,0xAA加上去.
好 了,这个微型的Boot Loader的介绍算完毕了.但是这个Boot Loader Program功能还不齐全呢.因为 Boot Loader Program最重要的功能就是把OS的kernel导出来运行.我们总不可能把OS最到 boot loader program里嘛,boot loader program最大只能有512,怎么写?
把kernel导出来的方法应是很简单的.特别是我们选择的软盘作为我们OS的存储介质,那么读取
数据是轻松加愉快的事情了.BIOS中有个13h的磁盘管理方面的中断程序为我们提供了很多方面.这里我不再仔细介绍这个中断了,你可以去参考一下汇编语言方面的书籍,上面应该给出详细的介绍
我的OS很小,而且是16位实模式下的,所以kernel(内核)也很小.我规定为8K,恰好16个扇区的大小.1.44MB软盘一个磁道(柱面)共18个扇区.我的kernel加上我的boot loader共17个扇区的大小.好!刚好能够在一个盘面的一个磁道装下.
对了,我还忘了介绍怎么把我们boot loader program写到磁盘上.
很 多方法,特别对于软盘来说.你去找个已经注册了的WinHex的软件,上面支持对磁盘扇区的读写,而且很方便.另一种方法就是到前面我介绍的那个网站去下 载一个PartCopy的程序,不过我从来没有用过这个东西.因为我的WinHex功能已经很全面了而且使用很方面很直观,用剪贴板就就可以把文件上
数据复制到磁盘上任何一个扇区中了.对于老dos下的debug工具也可以来写磁盘.
比如你的boot loader program名字叫boot.asm.然后用nasm来编译
nasmw boot.asm -o boot.bin
debug
-n boot.bin
-l 0
-w 0 0 0 1
-q
在你的dos下打入上面黄色的命令就可以把boot.asm编译并写入磁盘了.虽然看起来用debug十分方便,但是我觉得还是WinHex这个软件好.
前面不是说了我们这个boot loader 功能不全吗?现在我们把它功能加全吧.对于16实模式下的O很简单,我们用BIOS 13h中断把磁盘后面16个扇区的
数据读 出来就是了.至于读到内存中什么位置就由你来决定了.有的人喜欢读到0x800:0x0000,我的这个OS是读到0x500:0x0000.可能你把 kernel读到其它地方会出现无法预料的错误出现,那么你就读到0x500:0x0000吧.我的OS的kernel就是在那里运行的,而且运行正常.
前一篇文章中的Boot Loader中已经给出来读kernel的代码.你也可以去看看<<关于16位OS的尝试(1)>>.
这里给出的只是调用13h读kernel的代码
mov ax, 0x500 ; 先将扇区01的
数据存放的缓冲段地址传递给AX
mov es, ax ; 通过AX,再缓冲段地址传递给ES
mov bx, 0 ; 缓冲偏移地址为0
mov dl, 0 ; 要读取的驱动器号为0h,为A软驱
mov dh, 0 ; 要读取的磁头号为0
mov ch, 0 ; 要读取的磁道号为0
mov cl, 2 ; 要读取的扇区号为2
mov al, 16 ; 要读取的扇区数为16,因为我的kernel共16个扇区大
mov ah, 2 ; 调用读磁盘的中断程序
int 13h
好了.读完kernel到0x500:0x0000后,就应该去执行kernel.
这个在汇编语言中很容易实现,用个jmp指令不就OK了吗?
但是除了在用jmp的时候需要注意一些细节问题
mov ax, 0x500 ; 跳转指令到0x500:0000,并把es,ds都改到0x500,但是注意,在jmp指令前不能改cs
mov es, ax
mov ds, ax
jmp 0x0500:0x0000
上 面红色的就是boot loader的跳转到kernel的代码.可以看出,我们除了jmp 0x0500:0x0000外,还需要把es,ds等寄存器 设置对.上面绿色的注释记录了我曾犯过的一个小错误.当时我除了把es,ds设置成0x500外,还把cs都该成0x500了. cs是记录我当前代码的 段地址的,我们用jmp 0x500:0x0000的时候,cs会
自动变成 0x500.所以我们在jmp之前绝不能改变cs.一旦改变了cs,那么计算机执行的代码就会跳到0x500的段地址去执行.这些话说起来就点绕,不知道 我说清楚了没有.我们计算机的CPU执行代码是按CS:IP中指到的顺序来执行的,每执行一条指令,IP就移动到下一条.所以一旦CS或者IP变了,那么 我们的执行顺序也就变了.所以一般我们是不能碰CS和IP的.
好了,当你的boot loader编译成功后,写到磁盘上去,放入计算机,重新启动计算机,并以软盘启动,你就可以看到你的OS的boot loader的运行效果了.
如果我们每次都要重新启动计算机才能看到我们的OS运行结果,这样会很麻烦的.还好,老外们写了很多很好的模拟器,可以来模拟计算机启动运行我们的OS的情景.
bochs- 2.0就是一个很好的80x86的模拟器.同样的,你可以到http://osdev.neopages.net/index.php去下载这个软件.它 的功能很多,除了模拟软盘启动计算,还可以模拟硬盘和光盘启动计算机呢.最开始我拿到它的时候我不知道怎么用呢.它的使用需要设置一些参数.我现在就直接 把它的使用方法说了吧.
首先解压后,进入bochs-2.0,里面已经有一个dlxlinux的使用范例.我直接拿它来修改一下就可以用了.打开start.bat,加入
SET BXSHARE=F:\bochs-2.0
..\bochs
不知道怎么的,它的环境目录BXSHARE没有设置,所以我们需要在start.bat设置一下,我的bochs-2.0是安装在F:\bochs-2.0中的,所以设置成SET BXSHARE=F:\bochs-2.0
然后打开bochstr.txt,找到
# choose the boot disk.
boot: a
把boot修改成a:,这样bochs-2.0就会模拟从A:启动
# what disk images will be used
floppya: 1_44=floppya.img, status=inserted
floppyb: 1_44=floppyb.img, status=inserted
floppya: 1_44=floppya.img说明了我们的A盘景象文件是floppya.img
这里又涉及到了一个如何创建floppya.img景象文件的问题.boch的景象文件很简单,就是一个完全的1.44MB的文件.你把软盘上的每个扇区的
数据按顺序把复制到这个文件里去就可以了.
在boch中有个程序bximage.exe可以帮你创建floppya.img景象文件
然后把你的boot loader编译后的boot.bin复制到floppya.img头512字节中去就可以了.你可以用WinHex来复制,很方便,直接用剪贴板复制都可以.所以我一直说WinHex真的是个很好的东西呢!
好了,一切工作都做好了.运行start.bat,出现了个选择,不用管它,我们的参数设置都设置好了,直接"模拟运行"就可以了.紧接着boch弹出个窗口,那个就是我们boch模拟运行OS的画面了.
好累,讲了这么多.连kernel都还没有开始呢.下一节我们就开始进入kernel的部分吧!