06 突破512字节的限制 上

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前几节我们介绍了FAT12文件系统，制作了虚拟软盘文件a.img，并在Qt Creater中进行了文件内容的读取实验。那些读取都是使用外部的程序实现的，实际应用中，我们需要用主引导程序来实现文件的读写，主引导程序存在于主引导扇区MBR中，也就是说程序和文件是存在一张盘上的，而且这些主引导程序需要使用汇编语言实现。接下来，我们就来实现具有读取功能的主引导程序。

　　为了验证文件读取的正确性，我们需要在主引导程序中先实现一个字符串打印函数。BIOS已经将中断向量写到了内存的指定位置处，这其中就有能实现字符串打印的函数，我们需要做的就是配置一些参数，需要配置的参数和配置步骤如下：

　　1、指定打印参数（AX=0x1301 ， BX = 0x0007）

　　2、指定字符串的内存地址（ES:BP  = 字符串地址）

　　3、指定字符串的长度（CX = 字符串长度）

　　4、中断调用（int 0x10）

示例如下：

　　需要用到的汇编语言的知识点如下：

                                

　　下面直接给出打印字符串的汇编程序：

org 0x7c00

jmp short start
nop

define:
    BaseOfStack equ 0x7c00

header:
    BS_OEMName     db "D.T.Soft"
    BPB_BytsPerSec dw 512
    BPB_SecPerClus db 1
    BPB_RsvdSecCnt dw 1
    BPB_NumFATs    db 2
    BPB_RootEntCnt dw 224
    BPB_TotSec16   dw 2880
    BPB_Media      db 0xF0
    BPB_FATSz16    dw 9
    BPB_SecPerTrk  dw 18
    BPB_NumHeads   dw 2
    BPB_HiddSec    dd 0
    BPB_TotSec32   dd 0
    BS_DrvNum      db 0
    BS_Reserved1   db 0
    BS_BootSig     db 0x29
    BS_VolID       dd 0
    BS_VolLab      db "D.T.OS-0.01"
    BS_FileSysType db "FAT12   "

start:
    mov ax, cs
    mov ss, ax
    mov ds, ax
    mov es, ax
    mov sp, BaseOfStack

       mov ax, MsgStr
       mov bp, ax

       mov ax, ds
       mov es, ax

       mov cx, 6
    call Print

last:
    hlt
    jmp last

; es:bp --> string address
; cx    --> string length
Print:
    mov ax, 0x1301
    mov bx, 0x0007
    int 0x10
    ret

MsgStr db  "Hello, DTOS!"
MsgLen equ ($-MsgStr)
Buf:
    times 510-($-$$) db 0x00
    db 0x55, 0xaa

我们的虚拟软盘文件a.img已经格式化好了，现在要修改的只是第一个扇区即主引导扇区，所以我们要按照FAT12的格式来填充第一个扇区，因此，上面的程序中，第10到28行是FAT12的引导扇区的信息，它前面还有三个字节，其中前两个字节是跳转指令jmp short start，第三个字节为空指令nop。从start开始是我们的可执行程序，BaseOfStack是定义的栈底地址。

　　汇编程序我们需要编译成二进制可执行程序，然后写入a.img虚拟软盘的第一个扇区中，每次都执行这个过程很麻烦，我们将这个过程写成makefile，如下所示：

.PHONY : all clean rebuild

SRC := boot.asm
OUT := boot.bin
IMG := a.img

RM := rm -fr

all : $(OUT) $(IMG)
    dd if=$(OUT) of=$(IMG) bs=512 count=1 conv=notrunc
    @echo "Success!"

$(IMG) :
    bximage $@ -q -fd -size=1.44

$(OUT) : $(SRC)
    nasm $^ -o $@

clean :
    $(RM) $(IMG) $(OUT)

rebuild :
    @$(MAKE) clean
    @$(MAKE) all

bochs的启动文件修改成如下内容：

###############################################################
# Configuration file for Bochs
###############################################################

# how much memory the emulated machine will have
megs: 32

# filename of ROM images
romimage: file=/usr/share/bochs/BIOS-bochs-latest
vgaromimage: file=/usr/share/vgabios/vgabios.bin

# what disk images will be used
floppya: 1_44=a.img, status=inserted
# choose the boot disk.
boot: a

# where do we send log messages?
# log: bochsout.txt

# disable the mouse
mouse: enabled=0

# enable key mapping, using US layout as default.
keyboard_mapping: enabled=1, map=/usr/share/bochs/keymaps/x11-pc-us.map

启动bochs，即可得到运行结果，如下所示：

　　可见，hello已经成功打印出来了。

 　　接下来，我们开始读取文件，假如我们知道了数据所在的扇区，那么怎么将它读出来呢？先来看一下软盘的构造，如下所示：

　　3.5寸软盘的特性如下：

　　根据逻辑扇区号计算磁头号、柱面号、物理扇区号的方法如下：

　　软盘复位和软驱数据读取的参数如下：

　　整体的读取流程如下：

　　需要用到的汇编知识点如下：

　　

 下面直接给出汇编程序：

org 0x7c00

jmp short start
nop

define:
    BaseOfStack equ 0x7c00

header:
    BS_OEMName     db "D.T.Soft"
    BPB_BytsPerSec dw 512
    BPB_SecPerClus db 1
    BPB_RsvdSecCnt dw 1
    BPB_NumFATs    db 2
    BPB_RootEntCnt dw 224
    BPB_TotSec16   dw 2880
    BPB_Media      db 0xF0
    BPB_FATSz16    dw 9
    BPB_SecPerTrk  dw 18
    BPB_NumHeads   dw 2
    BPB_HiddSec    dd 0
    BPB_TotSec32   dd 0
    BS_DrvNum      db 0
    BS_Reserved1   db 0
    BS_BootSig     db 0x29
    BS_VolID       dd 0
    BS_VolLab      db "D.T.OS-0.01"
    BS_FileSysType db "FAT12   "

start:
    mov ax, cs
    mov ss, ax
    mov ds, ax
    mov es, ax
    mov sp, BaseOfStack
    
    mov ax, 34
    mov cx, 1
    mov bx, Buf
    
    call ReadSector
    
    mov bp, Buf
    mov cx, 29
    
    call Print
    
last:
    hlt
    jmp last    

; es:bp --> string address
; cx    --> string length
Print:
    mov ax, 0x1301
    mov bx, 0x0007
    int 0x10
    ret

; no parameter
ResetFloppy:
    push ax
    push dx
    
    mov ah, 0x00
    mov dl, [BS_DrvNum]
    int 0x13
    
    pop dx
    pop ax
    
    ret

; ax    --> logic sector number
; cx    --> number of sector
; es:bx --> target address
ReadSector:
    push bx
    push cx
    push dx
    push ax
    
    call ResetFloppy
    
    push bx
    push cx
    
    mov bl, [BPB_SecPerTrk]
    div bl
    mov cl, ah
    add cl, 1
    mov ch, al
    shr ch, 1
    mov dh, al
    and dh, 1
    mov dl, [BS_DrvNum]
    
    pop ax
    pop bx
    
    mov ah, 0x02

read:    
    int 0x13
    jc read
    
    pop ax
    pop dx
    pop cx
    pop bx
    
    ret

MsgStr db  "Hello, DTOS!"    
MsgLen equ ($-MsgStr)
Buf:
    times 510-($-$$) db 0x00
    db 0x55, 0xaa

　　

我们将虚拟软盘文件a.img用VS2013打开，查看其中的内容，截取片段如下：

　　可以看到，a.txt文件的起始地址为0x4400，也就是第34个扇区开始，而内容的大小为24字节，这两个参数分别体现在汇编程序中的第37和44行。下面，启动bochs，运行结果如下：

打印出了this is a floppy file.，我们成功读取了指定扇区的数据。

      若有问题，可以使用bochs环境进行汇编代码调试，具体通过反汇编，结合运行地址和断点调试来进行，可以观察指令执行情况

及相关寄存器的值，可参考本节相关教程。

小结
1.当汇编代码中定义了函数，那么需要定义栈空间
2.读取数据前，逻辑扇区号需要转化为磁盘的物理位置
3.物理软盘上的数据位置由磁头号，柱面号，扇区唯一确定
4.软盘数据以扇区512为单位进行读取