【我所認知的BIOS】-->第一条指令

By LightSeed

2009-10-26  

其实早就想写这样一篇文章了，今天才着手写了下。说来也惭愧关于CPU的第一条指令的问题，在一开始study的时候我自己并没有求甚解，所以当时理解的也比较肤浅，今天我们来详细探讨一下关于reset（从没电到上电）后CPU执行第一条指令的一些东西。（说明一下：这篇文章是讨论的IA32架构上的处理器。）

1、准备知识

如果您还对Flat mode的原理还不太了解的话，那么我想你可以再回头参考一下关于Flat mode的原理。见

http://blog.csdn.net/lightseed/archive/2009/07/01/4312834.aspx

在保护模式下，我们的段寄存器其实都是由两部分组成的：一步分是可见的段选择子（segment selector），另外一部分是隐藏的基地址（base address）。那么第一条指令就和这个密切相关。

2、CPU到哪里去取第一条指令

开门见山，当HW reset后，CPU会到（物理地址为）0FFFF FFF0H处去取指令并执行之。这个地址很明显是CPU的最高物理地址往下数16个bytes的地址处。BIOS的第一条指令必须要被放到这里，否则的话。。。后果可想而知。

3、为什么是这里

我想只要是刚入门的freshman都会感到比较疑惑，这个地址（FFFF FFF0H）明明是大于1-Mbyte的地址了，而此时的CPU却是在实模式下的，那么CPU是怎么到这里去取指令的呢？

3.1 原理

不过看完上面这段话的描述，我们是不是感觉有点亲切呢？再回忆一下，其实在我们之前的讨论中关于Flat mode的时候，就接触到个概念了。在Flat mode中的时候，虽然我们是处于实模式，但是由于我们的段寄存器（segment register）是由两个部分组成的，一部分是可见的段选择子，另外一部分是隐藏部分（段基地址）。如果我们在protect mode中修改好了段寄存器的段基地址部分，然后返回实模式，那么只要不显示地修改段寄存器，CPU在寻址的时候仍然会照protect mode下的寻址方式来计算地址，即：segment selector：offset。

3.2 BIST后CPU的状态

经过正确的power sequence后，CPU吃到CPURST#正常BIST（Built-In Self-Test）后，CPU其实就正是处于Flat mode中。（比较特殊的实模式）那么让我们来看看正常的BIST后，CPU的（部分）寄存器的状态吧。见图1。

 

图1 BIST后部分寄存器的值

 

图2 CPU关于CR0的bit定义

看清楚了图2中定义的CR0的bit0了么？PE，是指protect mode enable。那么我们再结合图1两个方框处关于CR0和CS的初始值，可以很清楚地看到这个时候CPU是处于实模式的，然而CS的Base却是等于FFFF0000H的，而且段界限是FFFFH，并且CS的选择子是等于F000H的。

3.3 详细计算

那这样以来，如果我们用CS:IP是用F000H:FFF0H的方式来操作的时候，CPU其实是会把地址这样算的。F000H是CS的段选择子，从这里取出CS的基地址（就是FFFF0000H）再加上IP的值（FFF0H）就等于实际要访问的内存地址（正好是FFFF FFF0H）[FFFF0000+FFF0H=FFFFFFF0H]。所以在32bit的CPU上，这个第一条指令的计算是这样来的。

不过一般情况下HW reset后，BIOS都会在第一条指令这里安排一个far jump来显示地修改CS的值，目的就是能够让CS真正进入real mode。就是让CS能够遵从正常的real mode的寻址翻译规则。（CS base address = CS segment selector * 16）。那至于后面的BIOS code的run的环境，我想大家就都应该了解了。

关于第一条指令的讲述Bini前辈也曾详细说明过，这里是连接供大家参考。

http://www.ufoit.com/bbs/thread-106-1-1.html