/* * linux/boot/head.s * * (C) 1991 Linus Torvalds */ /* * head.s contains the 32-bit startup code. * * NOTE!!! Startup happens at absolute address 0x00000000, which is also where * the page directory will exist. The startup code will be overwritten by * the page directory. */ /* * head.s 含有32 位启动代码。 * 注意!!! 32 位启动代码是从绝对地址0x00000000 开始的，这里也同样是页目录将存在的地方， * 因此这里的启动代码将被页目录覆盖掉。 */ .text .globl _idt,_gdt,_pg_dir,_tmp_floppy_area _pg_dir: # 页目录将会存放在这里。 startup_32: # 18-22 行设置各个数据段寄存器。 movl $0x10,%eax # 对于GNU 汇编来说，每个直接数要以'$'开始，否则是表示地址。 # 每个寄存器名都要以'%'开头，eax 表示是32 位的ax 寄存器。 # 再次注意!!! 这里已经处于32 位运行模式，因此这里的$0x10 并不是把地址0x10 装入各个 # 段寄存器，它现在其实是全局段描述符表中的偏移值，或者更正确地说是一个描述符表项 # 的选择符。有关选择符的说明请参见setup.s 中193 行下的说明。这里$0x10 的含义是请求 # 特权级0(位0-1=0)、选择全局描述符表(位2=0)、选择表中第2 项(位3-15=2)。它正好指 在当前的Linux 操作系统中，gas 和gld 已经分别更名为as 和ld。 # 向表中的数据段描述符项。（描述符的具体数值参见前面setup.s 中212，213 行） # 下面代码的含义是：置ds,es,fs,gs 中的选择符为setup.s 中构造的数据段（全局段描述符表 # 的第2 项）=0x10，并将堆栈放置在数据段中的_stack_start 数组内，然后使用新的中断描述 # 符表和全局段描述表.新的全局段描述表中初始内容与setup.s 中的完全一样。 mov %ax,%ds mov %ax,%es mov %ax,%fs mov %ax,%gs lss _stack_start,%esp # 表示_stack_start??ss:esp，设置系统堆栈。 # stack_start 定义在kernel/sched.c，69 行。 call setup_idt # 调用设置中断描述符表子程序。 call setup_gdt # 调用设置全局描述符表子程序。 movl $0x10,%eax # reload all the segment registers mov %ax,%ds # after changing gdt. CS was already mov %ax,%es # reloaded in 'setup_gdt' mov %ax,%fs # 因为修改了gdt，所以需要重新装载所有的段寄存器。 mov %ax,%gs # CS 代码段寄存器已经在setup_gdt 中重新加载过了。 lss _stack_start,%esp # 32-36 行用于测试A20 地址线是否已经开启。采用的方法是向内存地址0x000000 处写入任意 # 一个数值，然后看内存地址0x100000(1M)处是否也是这个数值。如果一直相同的话，就一直 # 比较下去，也即死循环、死机。表示地址A20 线没有选通，结果内核就不能使用1M 以上内存。 xorl %eax,%eax 1: incl %eax # check that A20 really IS enabled movl %eax,0x000000 # loop forever if it is not cmpl %eax,0x100000 je 1b # '1b'表示向后(backward)跳转到标号1 去（33 行）。 # 若是'5f'则表示向前(forward)跳转到标号5 去。 /* * NOTE! 486 should set bit 16, to check for write-protect in supervisor * mode. Then it would be unnecessary with the "verify_area()"-calls. * 486 users probably want to set the NE (#5) bit also, so as to use * int 16 for math errors. */ /* * 注意! 在下面这段程序中，486 应该将位16 置位，以检查在超级用户模式下的写保护, * 此后"verify_area()"调用中就不需要了。486 的用户通常也会想将NE(#5)置位，以便 * 对数学协处理器的出错使用int 16。 */ # 下面这段程序（43-65）用于检查数学协处理器芯片是否存在。方法是修改控制寄存器CR0，在 # 假设存在协处理器的情况下执行一个协处理器指令，如果出错的话则说明协处理器芯片不存在， # 需要设置CR0 中的协处理器仿真位EM（位2），并复位协处理器存在标志MP（位1）。 movl %cr0,%eax # check math chip andl $0x80000011,%eax # Save PG,PE,ET /* "orl $0x10020,%eax" here for 486 might be good */ orl $2,%eax # set MP movl %eax,%cr0 call check_x87 jmp after_page_tables # 跳转到135 行。 /* * We depend on ET to be correct. This checks for 287/387. */ /* * 我们依赖于ET 标志的正确性来检测287/387 存在与否。 */ check_x87: fninit fstsw %ax cmpb $0,%al je 1f /* no coprocessor: have to set bits */ movl %cr0,%eax # 如果存在的则向前跳转到标号1 处，否则改写cr0。 xorl $6,%eax /* reset MP, set EM */ movl %eax,%cr0 ret .align 2 # 这里".align 2"的含义是指存储边界对齐调整。"2"表示调整到地址最后2 位为零， # 即按4 字节方式对齐内存地址。 1: .byte 0xDB,0xE4 /* fsetpm for 287, ignored by 387 */ # 287 协处理器码。 ret /* * setup_idt * * sets up a idt with 256 entries pointing to * ignore_int, interrupt gates. It then loads * idt. Everything that wants to install itself * in the idt-table may do so themselves. Interrupts * are enabled elsewhere, when we can be relatively * sure everything is ok. This routine will be over- * written by the page tables. */ /* * 下面这段是设置中断描述符表子程序 setup_idt * * 将中断描述符表idt 设置成具有256 个项，并都指向ignore_int 中断门。然后加载中断 * 描述符表寄存器(用lidt 指令)。真正实用的中断门以后再安装。当我们在其它地方认为一切 * 都正常时再开启中断。该子程序将会被页表覆盖掉。 */ # 中断描述符表中的项虽然也是8 字节组成，但其格式与全局表中的不同，被称为门描述符 # (Gate Descriptor)。它的0-1,6-7 字节是偏移量，2-3 字节是选择符，4-5 字节是一些标志。 setup_idt: lea ignore_int,%edx # 将ignore_int 的有效地址（偏移值）值??edx 寄存器 movl $0x00080000,%eax # 将选择符0x0008 置入eax 的高16 位中。 movw %dx,%ax /* selector = 0x0008 = cs */ # 偏移值的低16 位置入eax 的低16 位中。此时eax 含有 #门描述符低4 字节的值。 movw $0x8E00,%dx /* interrupt gate - dpl=0, present */ # 此时edx 含有门描述符高4 字节的值。 lea _idt,%edi # _idt 是中断描述符表的地址。 mov $256,%ecx rp_sidt: movl %eax,(%edi) # 将哑中断门描述符存入表中。 movl %edx,4(%edi) addl $8,%edi # edi 指向表中下一项。 dec %ecx jne rp_sidt lidt idt_descr # 加载中断描述符表寄存器值。 ret /* * setup_gdt * * This routines sets up a new gdt and loads it. * Only two entries are currently built, the same * ones that were built in init.s. The routine * is VERY complicated at two whole lines, so this * rather long comment is certainly needed :-). * This routine will beoverwritten by the page tables. */ /* * 设置全局描述符表项 setup_gdt * 这个子程序设置一个新的全局描述符表gdt，并加载。此时仅创建了两个表项，与前 * 面的一样。该子程序只有两行，“非常的”复杂，所以当然需要这么长的注释了?。 setup_gdt: lgdt gdt_descr # 加载全局描述符表寄存器(内容已设置好，见232-238 行)。 ret /* * I put the kernel page tables right after the page directory, * using 4 of them to span 16 Mb of physical memory. People with * more than 16MB will have to expand this. */ /* Linus 将内核的内存页表直接放在页目录之后，使用了4 个表来寻址16 Mb 的物理内存。 * 如果你有多于16 Mb 的内存，就需要在这里进行扩充修改。 */ # 每个页表长为4 Kb 字节，而每个页表项需要4 个字节，因此一个页表共可以存放1000 个表项， # 如果一个表项寻址4 Kb 的地址空间，则一个页表就可以寻址4 Mb 的物理内存。 # 页表项的格式为：项的前0-11 位存放一些标志，如是否在内存中(P 位0)、读写许可(R/W 位1)、 # 普通用户还是超级用户使用(U/S 位2)、是否修改过(是否脏了)(D 位6)等；表项的位12-31 是 # 页框地址，用于指出一页内存的物理起始地址。 .org 0x1000 # 从偏移0x1000 处开始是第1 个页表（偏移0 开始处将存放页表目录）。 pg0: .org 0x2000 pg1: .org 0x3000 pg2: .org 0x4000 pg3: .org 0x5000 # 定义下面的内存数据块从偏移0x5000 处开始。 /* * tmp_floppy_area is used by the floppy-driver when DMA cannot * reach to a buffer-block. It needs to be aligned, so that it isn't * on a 64kB border. */ /* 当DMA（直接存储器访问）不能访问缓冲块时，下面的tmp_floppy_area 内存块 * 就可供软盘驱动程序使用。其地址需要对齐调整，这样就不会跨越64kB 边界。 */ _tmp_floppy_area: .fill 1024,1,0 # 共保留1024 项，每项1 字节，填充数值0。 # 下面这几个入栈操作(pushl)用于为调用/init/main.c 程序和返回作准备。 # 前面3 个入栈指令不知道作什么用的，也许是Linus 用于在调试时能看清机器码用的?。 # 139 行的入栈操作是模拟调用main.c 程序时首先将返回地址入栈的操作，所以如果 # main.c 程序真的退出时，就会返回到这里的标号L6 处继续执行下去，也即死循环。 # 140 行将main.c 的地址压入堆栈，这样，在设置分页处理（setup_paging）结束后 # 执行'ret'返回指令时就会将main.c 程序的地址弹出堆栈，并去执行main.c 程序去了。 after_page_tables: pushl $0 # These are the parameters to main :-) pushl $0 # 这些是调用main 程序的参数（指init/main.c）。 pushl $0 pushl $L6 # return address for main, if it decides to. pushl $_main # '_main'是编译程序对main 的内部表示方法。 jmp setup_paging # 跳转至第198 行。 L6: jmp L6 # main should never return here, but # just in case, we know what happens. /* This is the default interrupt "handler" :-) */ /* 下面是默认的中断“向量句柄”? */ int_msg: .asciz "Unknown interrupt " # 定义字符串“未知中断(回车换行)”。 .align 2 # 按4 字节方式对齐内存地址。 ignore_int: pushl %eax pushl %ecx pushl %edx push %ds # 这里请注意！！ds,es,fs,gs 等虽然是16 位的寄存器，但入栈后 # 仍然会以32 位的形式入栈，也即需要占用4 个字节的堆栈空间。 push %es push %fs movl $0x10,%eax # 置段选择符（使ds,es,fs 指向gdt 表中的数据段）。 mov %ax,%ds mov %ax,%es mov %ax,%fs pushl $int_msg # 把调用printk 函数的参数指针（地址）入栈。 call _printk # 该函数在/kernel/printk.c 中。 # '_printk'是printk 编译后模块中的内部表示法。 popl %eax pop %fs pop %es pop %ds popl %edx popl %ecx popl %eax iret # 中断返回（把中断调用时压入栈的CPU 标志寄存器（32 位）值也弹出）。 /* * Setup_paging * * This routine sets up paging by setting the page bit * in cr0. The page tables are set up, identity-mapping * the first 16MB. The pager assumes that no illegal * addresses are produced (ie >4Mb on a 4Mb machine). * * NOTE! Although all physical memory should be identity * mapped by this routine, only the kernel page functions * use the >1Mb addresses directly. All "normal" functions * use just the lower 1Mb, or the local data space, which * will be mapped to some other place - mm keeps track of * that. * * For those with more memory than 16 Mb - tough luck. I've * not got it, why should you :-) The source is here. Change * it. (Seriously - it shouldn't be too difficult. Mostly * change some constants etc. I left it at 16Mb, as my machine * even cannot be extended past that (ok, but it was cheap :-) * I've tried to show which constants to change by having * some kind of marker at them (search for "16Mb"), but I * won't guarantee that's all :-( ) */ /* * 这个子程序通过设置控制寄存器cr0 的标志（PG 位31）来启动对内存的分页处理功能， * 并设置各个页表项的内容，以恒等映射前16 MB 的物理内存。分页器假定不会产生非法的 * 地址映射（也即在只有4Mb 的机器上设置出大于4Mb 的内存地址）。 * 注意！尽管所有的物理地址都应该由这个子程序进行恒等映射，但只有内核页面管理函数能 * 直接使用>1Mb 的地址。所有“一般”函数仅使用低于1Mb 的地址空间，或者是使用局部数据 * 空间，地址空间将被映射到其它一些地方去 -- mm(内存管理程序)会管理这些事的。 * 对于那些有多于16Mb 内存的家伙 - 太幸运了，我还没有，为什么你会有?。代码就在这里， * 对它进行修改吧。（实际上，这并不太困难的。通常只需修改一些常数等。我把它设置为 * 16Mb，因为我的机器再怎么扩充甚至不能超过这个界限（当然，我的机器很便宜的?）。 * 我已经通过设置某类标志来给出需要改动的地方（搜索“16Mb”），但我不能保证作这些 * 改动就行了??）。 */ .align 2 # 按4 字节方式对齐内存地址边界。 setup_paging: # 首先对5 页内存（1 页目录 + 4 页页表）清零 movl $1024*5,%ecx /* 5 pages - pg_dir+4 page tables */ xorl %eax,%eax xorl %edi,%edi /* pg_dir is at 0x000 */ # 页目录从0x000 地址开始。 cld;rep;stosl # 下面4 句设置页目录中的项，我们共有4 个页表所以只需设置4 项。 # 页目录项的结构与页表中项的结构一样，4 个字节为1 项。参见上面113 行下的说明。 # "$pg0+7"表示：0x00001007，是页目录表中的第1 项。 # 则第1 个页表所在的地址 = 0x00001007 & 0xfffff000 = 0x1000； # 第1 个页表的属性标志 = 0x00001007 & 0x00000fff = 0x07，表示该页存在、用户可读写。 movl $pg0+7,_pg_dir /* set present bit/user r/w */ movl $pg1+7,_pg_dir+4 /* --------- " " --------- */ movl $pg2+7,_pg_dir+8 /* --------- " " --------- */ movl $pg3+7,_pg_dir+12 /* --------- " " --------- */ # 下面6 行填写4 个页表中所有项的内容，共有：4(页表)*1024(项/页表)=4096 项(0 - 0xfff)， # 也即能映射物理内存 4096*4Kb = 16Mb。 # 每项的内容是：当前项所映射的物理内存地址 + 该页的标志（这里均为7）。 # 使用的方法是从最后一个页表的最后一项开始按倒退顺序填写。一个页表的最后一项在页表中的 # 位置是1023*4 = 4092。因此最后一页的最后一项的位置就是$pg3+4092。 movl $pg3+4092,%edi # edi??最后一页的最后一项。 movl $0xfff007,%eax /* 16Mb - 4096 + 7 (r/w user,p) */ # 最后1 项对应物理内存页面的地址是0xfff000， # 加上属性标志7，即为0xfff007. std # 方向位置位，edi 值递减(4 字节)。 1: stosl /* fill pages backwards - more efficient :-) */ subl $0x1000,%eax # 每填写好一项，物理地址值减0x1000。 jge 1b # 如果小于0 则说明全添写好了。 # 设置页目录基址寄存器cr3 的值，指向页目录表。 xorl %eax,%eax /* pg_dir is at 0x0000 */ # 页目录表在0x0000 处。 movl %eax,%cr3 /* cr3 - page directory start */ # 设置启动使用分页处理（cr0 的PG 标志，位31） movl %cr0,%eax orl $0x80000000,%eax # 添上PG 标志。 movl %eax,%cr0 /* set paging (PG) bit */ ret /* this also flushes prefetch-queue */ # 在改变分页处理标志后要求使用转移指令刷新预取指令队列，这里用的是返回指令ret。 # 该返回指令的另一个作用是将堆栈中的main 程序的地址弹出，并开始运行/init/main.c 程序。 # 本程序到此真正结束了。 .align 2 # 按4 字节方式对齐内存地址边界。 .word 0 idt_descr: #下面两行是lidt 指令的6 字节操作数：长度，基址。 .word 256*8-1 # idt contains 256 entries .long _idt .align 2 .word 0 gdt_descr: # 下面两行是lgdt 指令的6 字节操作数：长度，基址。 .word 256*8-1 # so does gdt (not that that's any .long _gdt # magic number, but it works for me :^) .align 3 # 按8 字节方式对齐内存地址边界。 _idt: .fill 256,8,0 # idt is uninitialized # 256 项，每项8 字节，填0。 # 全局表。前4 项分别是空项（不用）、代码段描述符、数据段描述符、系统段描述符，其中 # 系统段描述符linux 没有派用处。后面还预留了252 项的空间，用于放置所创建任务的 # 局部描述符(LDT)和对应的任务状态段TSS 的描述符。 # (0-nul, 1-cs, 2-ds, 3-sys, 4-TSS0, 5-LDT0, 6-TSS1, 7-LDT1, 8-TSS2 etc...) _gdt: .quad 0x0000000000000000 /* NULL descriptor */ .quad 0x00c09a0000000fff /* 16Mb */ # 代码段最大长度16M。 .quad 0x00c0920000000fff /* 16Mb */ # 数据段最大长度16M。 .quad 0x0000000000000000 /* TEMPORARY - don't use */ .fill 252,8,0 /* space for LDT's and TSS's etc */