专注于操作系统28之用loader加载kernel

         在上一篇文章中已实现了用boot加载loader，并执行loader，loader中的代码只是显示一个‘L’字符。在这里，我们要用loader加载kernel到内存。加载方法和用boot加载loader的方法一样，只是加载的文件名变了（由loader.bin改为kernel.bin）,加载到内存的地址变了。

       下面只给出loader.asm的源代码，该源代码是《自己动手写操作系统》上的，boot.asm的源代码请参见第26篇文章。

        在这说一下loader.asm与boot.asm的少许不同。在loader.asm中要加载到的内存地址变了；少了清屏的部分；并且在DispStr函数中加了add ah，3； 标签的名字变了 ；加了一个关闭软驱马达的函数；其它的都是相同的。

loader.asm

org  0100h;================================================================================================BaseOfStackequ0100hBaseOfKernelFileequ 08000h; KERNEL.BIN 被加载到的位置 ----  段地址OffsetOfKernelFileequ     0h; KERNEL.BIN 被加载到的位置 ---- 偏移地址;================================================================================================jmpLABEL_START; Start      ; FAT12 磁盘的头; ----------------------------------------------------------------------BS_OEMNameDB 'ForrestY'; OEM String, 必须 8 个字节BPB_BytsPerSecDW 512; 每扇区字节数BPB_SecPerClusDB 1; 每簇多少扇区BPB_RsvdSecCntDW 1; Boot 记录占用多少扇区BPB_NumFATsDB 2; 共有多少 FAT 表BPB_RootEntCntDW 224; 根目录文件数最大值BPB_TotSec16DW 2880; 逻辑扇区总数BPB_MediaDB 0xF0; 媒体描述符BPB_FATSz16DW 9; 每FAT扇区数BPB_SecPerTrkDW 18; 每磁道扇区数BPB_NumHeadsDW 2; 磁头数(面数)BPB_HiddSecDD 0; 隐藏扇区数BPB_TotSec32DD 0; 如果 wTotalSectorCount 是 0 由这个值记录扇区数BS_DrvNumDB 0; 中断 13 的驱动器号BS_Reserved1DB 0; 未使用BS_BootSigDB 29h; 扩展引导标记 (29h)BS_VolIDDD 0; 卷序列号BS_VolLabDB 'Tinix0.01  '; 卷标, 必须 11 个字节BS_FileSysTypeDB 'FAT12   '; 文件系统类型, 必须 8个字节  ;------------------------------------------------------------------------; -------------------------------------------------------------------------; 基于 FAT12 头的一些常量定义，如果头信息改变，下面的常量可能也要做相应改变; -------------------------------------------------------------------------FATSzequ9; BPB_FATSz16RootDirSectorsequ14; 根目录占用空间: RootDirSectors = ((BPB_RootEntCnt * 32) + (BPB_BytsPerSec – 1)) / BPB_BytsPerSec; 但如果按照此公式代码过长SectorNoOfRootDirectoryequ19; Root Directory 的第一个扇区号= BPB_RsvdSecCnt + (BPB_NumFATs * FATSz)SectorNoOfFAT1equ1; FAT1 的第一个扇区号= BPB_RsvdSecCntDeltaSectorNoequ17; DeltaSectorNo = BPB_RsvdSecCnt + (BPB_NumFATs * FATSz) - 2; 文件的开始Sector号 = DirEntry中的开始Sector号 + 根目录占用Sector数目 + DeltaSectorNoLABEL_START:; <--- 从这里开始 *************movax, csmovds, axmoves, axmovss, axmovsp, BaseOfStackmovdh, 0; "Loading  "callDispStr; 显示字符串; 下面在 A 盘的根目录寻找 KERNEL.BINmovword [wSectorNo], SectorNoOfRootDirectoryxorah, ah; ┓xordl, dl; ┣ 软驱复位int13h; ┛LABEL_SEARCH_IN_ROOT_DIR_BEGIN:cmpword [wRootDirSizeForLoop], 0; ┓jzLABEL_NO_KERNELBIN; ┣ 判断根目录区是不是已经读完, 如果读完表示没有找到 KERNEL.BINdecword [wRootDirSizeForLoop]; ┛movax, BaseOfKernelFilemoves, ax; es <- BaseOfKernelFilemovbx, OffsetOfKernelFile; bx <- OffsetOfKernelFile于是, es:bx = BaseOfKernelFile:OffsetOfKernelFile = BaseOfKernelFile * 10h + OffsetOfKernelFilemovax, [wSectorNo]; ax <- Root Directory 中的某 Sector 号movcl, 1callReadSectormovsi, KernelFileName; ds:si -> "KERNEL  BIN"movdi, OffsetOfKernelFile; es:di -> BaseOfKernelFile:???? = BaseOfKernelFile*10h+????cldmovdx, 10hLABEL_SEARCH_FOR_KERNELBIN:cmpdx, 0; ┓jzLABEL_GOTO_NEXT_SECTOR_IN_ROOT_DIR; ┣ 循环次数控制, 如果已经读完了一个 Sector, 就跳到下一个 Sectordecdx; ┛movcx, 11LABEL_CMP_FILENAME:cmpcx, 0; ┓jzLABEL_FILENAME_FOUND; ┣ 循环次数控制, 如果比较了 11 个字符都相等, 表示找到deccx; ┛lodsb; ds:si -> alcmpal, byte [es:di]; if al == es:dijzLABEL_GO_ONjmpLABEL_DIFFERENTLABEL_GO_ON:incdijmpLABEL_CMP_FILENAME;继续循环LABEL_DIFFERENT:anddi, 0FFE0h; else┓这时di的值不知道是什么, di &= e0 为了让它是 20h 的倍数adddi, 20h;     ┃movsi, KernelFileName;     ┣ di += 20h  下一个目录条目jmpLABEL_SEARCH_FOR_KERNELBIN;   ┛LABEL_GOTO_NEXT_SECTOR_IN_ROOT_DIR:addword [wSectorNo], 1jmpLABEL_SEARCH_IN_ROOT_DIR_BEGINLABEL_NO_KERNELBIN:movdh, 2; "No KERNEL."callDispStr; 显示字符串%ifdef_LOADER_DEBUG_movax, 4c00h; ┓int21h; ┛没有找到 KERNEL.BIN, 回到 DOS%elsejmp$; 没有找到 KERNEL.BIN, 死循环在这里%endifLABEL_FILENAME_FOUND:; 找到 KERNEL.BIN 后便来到这里继续movax, RootDirSectorsanddi, 0FFF0h; di -> 当前条目的开始pusheaxmoveax, [es : di + 01Ch]; ┓movdword [dwKernelSize], eax; ┛保存 KERNEL.BIN 文件大小popeaxadddi, 01Ah; di -> 首 Sectormovcx, word [es:di]pushcx; 保存此 Sector 在 FAT 中的序号addcx, axaddcx, DeltaSectorNo; 这时 cl 里面是 LOADER.BIN 的起始扇区号 (从 0 开始数的序号)movax, BaseOfKernelFilemoves, ax; es <- BaseOfKernelFilemovbx, OffsetOfKernelFile; bx <- OffsetOfKernelFile于是, es:bx = BaseOfKernelFile:OffsetOfKernelFile = BaseOfKernelFile * 10h + OffsetOfKernelFilemovax, cx; ax <- Sector 号LABEL_GOON_LOADING_FILE:pushax; ┓pushbx; ┃movah, 0Eh; ┃ 每读一个扇区就在 "Loading  " 后面打一个点, 形成这样的效果:moval, '.'; ┃movbl, 0Fh; ┃ Loading ......int10h; ┃popbx; ┃popax; ┛movcl, 1callReadSectorpopax; 取出此 Sector 在 FAT 中的序号callGetFATEntrycmpax, 0FFFhjzLABEL_FILE_LOADEDpushax; 保存 Sector 在 FAT 中的序号movdx, RootDirSectorsaddax, dxaddax, DeltaSectorNoaddbx, [BPB_BytsPerSec]jmpLABEL_GOON_LOADING_FILELABEL_FILE_LOADED:callKillMotor; 关闭软驱马达movdh, 1; "Ready."callDispStr; 显示字符串jmp$;============================================================================;变量;----------------------------------------------------------------------------wRootDirSizeForLoopdwRootDirSectors; Root Directory 占用的扇区数wSectorNodw0; 要读取的扇区号bOdddb0; 奇数还是偶数dwKernelSizedd0; KERNEL.BIN 文件大小;============================================================================;字符串;----------------------------------------------------------------------------KernelFileNamedb"KERNEL  BIN", 0; KERNEL.BIN 之文件名; 为简化代码, 下面每个字符串的长度均为 MessageLengthMessageLengthequ9LoadMessage:db"Loading  "Message1db"Ready.   "Message2db"No KERNEL";============================================================================;----------------------------------------------------------------------------; 函数名: DispStr;----------------------------------------------------------------------------; 作用:;显示一个字符串, 函数开始时 dh 中应该是字符串序号(0-based)DispStr:movax, MessageLengthmuldhaddax, LoadMessagemovbp, ax; ┓movax, ds; ┣ ES:BP = 串地址moves, ax; ┛movcx, MessageLength; CX = 串长度movax, 01301h; AH = 13,  AL = 01hmovbx, 0007h; 页号为0(BH = 0) 黑底白字(BL = 07h)movdl, 0adddh, 3; 从第 3 行往下显示int10h; int 10hret;----------------------------------------------------------------------------; 函数名: ReadSector;----------------------------------------------------------------------------; 作用:;从序号(Directory Entry 中的 Sector 号)为 ax 的的 Sector 开始, 将 cl 个 Sector 读入 es:bx 中ReadSector:; -----------------------------------------------------------------------; 怎样由扇区号求扇区在磁盘中的位置 (扇区号 -> 柱面号, 起始扇区, 磁头号); -----------------------------------------------------------------------; 设扇区号为 x;                           ┌ 柱面号 = y >> 1;       x           ┌ 商 y ┤; -------------- => ┤      └ 磁头号 = y & 1;  每磁道扇区数     │;                   └ 余 z => 起始扇区号 = z + 1pushbpmovbp, spsubesp, 2; 辟出两个字节的堆栈区域保存要读的扇区数: byte [bp-2]movbyte [bp-2], clpushbx; 保存 bxmovbl, [BPB_SecPerTrk]; bl: 除数divbl; y 在 al 中, z 在 ah 中incah; z ++movcl, ah; cl <- 起始扇区号movdh, al; dh <- yshral, 1; y >> 1 (其实是 y/BPB_NumHeads, 这里BPB_NumHeads=2)movch, al; ch <- 柱面号anddh, 1; dh & 1 = 磁头号popbx; 恢复 bx; 至此, "柱面号, 起始扇区, 磁头号" 全部得到 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^movdl, [BS_DrvNum]; 驱动器号 (0 表示 A 盘).GoOnReading:movah, 2; 读moval, byte [bp-2]; 读 al 个扇区int13hjc.GoOnReading; 如果读取错误 CF 会被置为 1, 这时就不停地读, 直到正确为止addesp, 2popbpret;----------------------------------------------------------------------------; 函数名: GetFATEntry;----------------------------------------------------------------------------; 作用:;找到序号为 ax 的 Sector 在 FAT 中的条目, 结果放在 ax 中;需要注意的是, 中间需要读 FAT 的扇区到 es:bx 处, 所以函数一开始保存了 es 和 bxGetFATEntry:pushespushbxpushaxmovax, BaseOfKernelFile; ┓subax, 0100h; ┣ 在 BaseOfKernelFile 后面留出 4K 空间用于存放 FATmoves, ax; ┛popaxmovbyte [bOdd], 0movbx, 3mulbx; dx:ax = ax * 3movbx, 2divbx; dx:ax / 2  ==>  ax <- 商, dx <- 余数cmpdx, 0jzLABEL_EVENmovbyte [bOdd], 1LABEL_EVEN:;偶数xordx, dx; 现在 ax 中是 FATEntry 在 FAT 中的偏移量. 下面来计算 FATEntry 在哪个扇区中(FAT占用不止一个扇区)movbx, [BPB_BytsPerSec]divbx; dx:ax / BPB_BytsPerSec  ==>ax <- 商   (FATEntry 所在的扇区相对于 FAT 来说的扇区号);dx <- 余数 (FATEntry 在扇区内的偏移)。pushdxmovbx, 0; bx <- 0于是, es:bx = (BaseOfKernelFile - 100):00 = (BaseOfKernelFile - 100) * 10haddax, SectorNoOfFAT1; 此句执行之后的 ax 就是 FATEntry 所在的扇区号movcl, 2callReadSector; 读取 FATEntry 所在的扇区, 一次读两个, 避免在边界发生错误, 因为一个 FATEntry 可能跨越两个扇区popdxaddbx, dxmovax, [es:bx]cmpbyte [bOdd], 1jnzLABEL_EVEN_2shrax, 4LABEL_EVEN_2:andax, 0FFFhLABEL_GET_FAT_ENRY_OK:popbxpopesret;----------------------------------------------------------------------------;----------------------------------------------------------------------------; 函数名: KillMotor;----------------------------------------------------------------------------; 作用:;关闭软驱马达KillMotor:pushdxmovdx, 03F2hmoval, 0outdx, alpopdxret;----------------------------------------------------------------------------

下面说一下执行的步骤

1.编译loader.asm  即nasm loader.asm -o loader.bin

2.执行同第26篇文章中提到的步骤，只是把原来的loader.bin换成这篇文章的loader.bin

   执行后会看到Booting Ready  No KERNEL 字符 (表示已加载loader到内存，但无法找到kernel.bin)

3.在虚拟软盘中建立一个文件名为kernel.txt 文件（里面任意输写内容），然后把文件名改为kernel.bin (在后面的文章中在来写kernel的代码)

4.用虚拟机启动软盘镜像，这时会看到，Booting Ready  Loading Ready  (表示已加载loader到内存，并且，loader也将kernel加载到内存)