1个人开发操作系统-初篇

来源：互联网发布：淘宝店铺订单风险违规编辑：程序博客网时间：2024/05/16 09:32

开发操作系统一直被认为是高不可攀的事，的确，开发一个安全的，完整的，健全的OS是非常复杂的工作，不是一两个人能完成的。但是一个简易的操作系统是可以由一个人在很短的时间开发出来的。我将陆续发表开发简易操作系统的全过程，尽力提供完整的源代码，参考资料和文字说明，我也是OS开发的初学者，希望能得到各位读者的技术支持。该简易操作系统我称为Colimas Simple OS，它包括引导程序，图形界面，鼠标和键盘驱动，内存管理，计时器，多任务处理，控制台，Shell命令，API。

1．开发环境

本文使用Qemu虚拟机，可以在Windows XP内虚拟软盘镜像文件。Qemu是开源软件，可以在http://fabrice.bellard.free.fr/qemu/下载。C编译器使用Cygwin下的GCC，汇编编译器使用Nasm，可以在http://sources.redhat.com/cygwin/下载。

操作系统开发在FAT12文件系统的软盘里，FAT12文件系统格式参考http://en.wikipedia.org/wiki/FAT32#FAT12的Design部分。

2．引导程序１

;boot.s

;Colimas Simple OS

org 0x7c00 ;引导程序开始位置

;Fat12文件系统格式参考 http://en.wikipedia.org/wiki/FAT32#FAT12

; |offset|Length|Descripton

jmp entry

db 0x90 ; 0x00 3 Jump instruction(to skip over header on boot)

db "COLIMAS " ; 0X03 8 OEM Name

db 512 ; 0x0b 2 Bytes per sector. The BIOS Parmeter Block starts here.

db 1 ; 0x0d 1 Sectors per cluster

db 1 ; 0x0e 2 Reserved sector count(including boot sector)

db 2 ; 0x10 1 Number of file allocation tables

db 224 ; 0x11 2 Maximum number o root directory entries

db 2880 ; 0x13 2 Total sector:80 tracks * 18 sectors * 2 sides=2880

db 0xf0 ; 0x15 1 Media descriptor

db 9 ; 0x16 2 Sectors per File Allocation Table

db 18 ; 0x18 2 Sectors per track

db 2 ; 0x1a 2 Number of heads

db 0 ; 0x1c 4 Hidden sectors

db 2880 ; 0x20 4 Total sectors again

db 0 ; 0x24 1 Physical drive number

db 0 ; 0x25 1 Reserved("current head")

db 0x29 ; 0x26 1 Signature

db 0xffffffff ; 0x27 4 ID(serial number)

db "Colimas OS "; 0x2b 11 Volume Label

db "FAT12 " ; 0x36 8 FAT file system type, FAT12

resb 18 ; 为了安全添加18 bytes个0

entry:

mov ax,0 ;寄存器初始化

mov ss,ax

mov sp,0x7c00 ;栈指针赋为0x7c00,既引导程序初始地址

mov ds,ax

mov es,ax

mov si,msg ;source index为msg第一个字符地址

putloop:

mov al,[si] ;第一个字符->al

add si,1 ;si+1

cmp al,0 ;比较0寻找最后一个字符，msg之后的byte是0

je fin ;如果等于0则，调到fin

;video bios参考http://en.wikipedia.org/wiki/BIOS_interrupt_call

mov ah,0x0e ;显示字符

mov bx,15 ;黑色

int 0x10 ;调用video bios中断

jmp putloop

fin:

hlt ;cpu停止

jmp fin ;死循环

msg:

db 0x0a,0x0a ;换行

db "Colimas Simple OS Initialize..."

db 0x0a ;换行

db 0

resb 0x1fe-($-$$) ;510 bytes为1止均设为0

db 0x55,0xaa ;sector结束

编译与运行：

$ nasm boot.s -o boot.bin

$ cp boot.bin ../qemu

$ ./qemu-win.bat

其中qemu-win.bat的内容是

@set SDL_VIDEODRIVER=windib

@set QEMU_AUDIO_DRV=none

@set QEMU_AUDIO_LOG_TO_MONITOR=0

qemu.exe -L . -m 32 -localtime -std-vga -fda boot.bin

运行结果

3．引导程序2

上文已经作了简单的引导程序，引导程序利用了软盘的第一个Sector作为引导sector，下面开始读取软盘第2个Sector。

读取磁盘需要使用Disk Bios，int 13中断，参考http://en.wikipedia.org/wiki/BIOS_interrupt_call#INT_13h_AH.3D02h:_Read_Sectors_From_Drive

;boot.s

;Colimas Simple OS

org 0x7c00 ;引导程序开始位置

;Fat12文件系统格式参考 http://en.wikipedia.org/wiki/FAT32#FAT12

; |offset|Length|Descripton

jmp entry

db 0x90 ; 0x00 3 Jump instruction(to skip over header on boot)

db "COLIMAS " ; 0X03 8 OEM Name

db 512 ; 0x0b 2 Bytes per sector. The BIOS Parmeter Block starts here.

db 1 ; 0x0d 1 Sectors per cluster

db 1 ; 0x0e 2 Reserved sector count(including boot sector)

db 2 ; 0x10 1 Number of file allocation tables

db 224 ; 0x11 2 Maximum number o root directory entries

db 2880 ; 0x13 2 Total sector:80 tracks * 18 sectors * 2 sides=2880

db 0xf0 ; 0x15 1 Media descriptor

db 9 ; 0x16 2 Sectors per File Allocation Table

db 18 ; 0x18 2 Sectors per track

db 2 ; 0x1a 2 Number of heads

db 0 ; 0x1c 4 Hidden sectors

db 2880 ; 0x20 4 Total sectors again

db 0 ; 0x24 1 Physical drive number

db 0 ; 0x25 1 Reserved("current head")

db 0x29 ; 0x26 1 Signature

db 0xffffffff ; 0x27 4 ID(serial number)

db "Colimas OS "; 0x2b 11 Volume Label

db "FAT12 " ; 0x36 8 FAT file system type, FAT12

resb 18 ; 为了安全添加18 bytes个0

entry:

mov ax,0 ;寄存器初始化

mov ss,ax

mov sp,0x7c00 ;栈指针赋为0x7c00,既引导程序初始地址

mov ds,ax

mov es,ax

mov si,msg ;source index为msg第一个字符地址

putloop:

mov al,[si] ;第一个字符->al

add si,1 ;si+1

cmp al,0 ;比较0寻找最后一个字符，msg之后的byte是0

je fin ;如果等于0则，调到fin

;video bios参考http://en.wikipedia.org/wiki/BIOS_interrupt_call

mov ah,0x0e ;显示字符

mov bx,15 ;灰色

int 0x10 ;调用video bios中断

jmp putloop

;读取磁盘第2个Sector数据

reading:

mov ax,0x0820

mov es,ax ;0x0820(es) * 16=0x8200

mov ch,0 ;track/cylinder number

mov dh,0 ;head number

mov cl,2 ;sector number

mov ah,0x02 ;status of reading disk sector

mov al,1 ;number of sectors read

mov bx,0 ;0x0820(es) * 16 + 0(bx)=0x8200, 0x7e00~0x9fbff之间

mov dl,0x00 ;A drive

int 0x13 ;Read

jc error ;on error goto label error

mov si,msg2 ;source index msg2第一个字符地址

putloop2:

mov al,[si] ;第一个字符->al

add si,1 ;si+1

cmp al,0 ;比较0找最后一个字符，msg之后的byte是0

je fin ;

mov ah,0x0e ;显示字符

mov bx,15 ;灰色

int 0x10 ;调用video bios中断

jmp putloop2

error:

mov ax,0

mov es,ax

mov si,errmsg

putloop3:

mov al,[si]

add si,1

cmp al,0

je fin

mov ah,0x0e

mov bx,15

int 0x10

jmp putloop3

;读完后，休眠

fin:

hlt ;cpu停止

jmp fin ;死循环

msg:

db 0x0a,0x0a ;

db "Colimas Simple OS Initialize..."

db 0x0a ;

db "Reading disk..."

db 0x0a ;

db 0

msg2:

db "1 sector was read."

db 0x0a

db 0

errmsg:

db "load error"

db 0x0a

db 0

resb 0x1fe-($-$$)

db 0x55,0xaa ;

编译与运行：

$ nasm boot.s -o boot.bin

$ cp boot.bin ../qemu

$ ./qemu-win.bat

笑

（未完）-C语言的开始，编写图形显示程序。