操作系统实验一之引导程序

一, 实验内容

改写bootsect.s和setup.s, 完成如下主要功能:1, bootsect.s能够在屏幕上打印一段提示信息"XXX is booting...", 其中XXX是你给自己的操作系统起的名字，例如LZJos、Sunix等.2, bootsect.s能够完成setup.s的载入, 并跳转到setup.s开始地址执行. 3, setup.s能够像屏幕输出一行信息 "Now we are in SETUP" 4, setup.s能获取至少一个基本的硬件参数（如内存参数、显卡参数、硬盘参数等），将其存放在内存的特定地址，并输出到屏幕上。5,setup.s不再加载linux内核, 保持上述信息显示到屏幕上即可

二, 实验基础知识

1。启动流程 　

三, 实验步骤

1, 完成bootsect的屏幕输出功能

  由于不需要加载linux内核，所以就不需要原始的linux代码那么复杂，比如： 将bootsect自身移动到0x90000处等操作，可以忽略的。

　 要显示字符串，那么字符串显示到屏幕的哪里呢？当然是当前光标的位置了！所以第一步就要先读取光标的位置，这可以利用10号中断的3号子程序来完成。要显示字符串，可以利用10号功能的13号子程序来完成，需要注意的是一定要边显示字符边移动光标，最终的光标要移动到字符串的末尾处。最后要注意用0xAA55来标记引导扇区。代码如下：

entry _start_start:! 首先利用10号中断的3号功能来读取光标位置    mov    ah,#0x03            xor    bh,bh                int    0x10! 再利用10号中断的13号功能显示字符串    mov    cx,#50            ! 加上回车和换行，字符串一共包含50个字符，所以设置cx为50    mov    bx,#0x0007    mov    bp,#msg1    mov     ax,#0x07c0    mov     es,ax            ! es：bp=显示字符串的地址    mov    ax,#0x1301            int    0x10Inf_loop:    jmp Inf_loop            ! 无限循环! msg1处放置要显示的字符串msg1:    .byte 13,10            ! 换行+回车    .ascii "AXF OS is booting, my name is Aixiangfei ..."    .byte 13,10,13,10        ! 两对换行+回车! 下面是启动盘具有有效引导扇区的标志. 仅供BIOS中的程序加载扇区时识别使用。! 它必须位于引导扇区的最后两个字节中..org 510boot_flag:    .word 0xAA55    ! 引导扇区的标记就是0XAA55

编译和运行： 进入~/oslab/linux-0.11/boot/目录，编译并连接：

as86 -0 -a -o bootsect.o bootsect.sld86 -0 -s -o bootsect bootsect.o

　　参数说明：-0（注意：这是数字0，不是字母O）表示生成8086的16位目标程序，-a表示生成与GNU as和ld部分兼容的代码，-s告诉链接器ld86去除最后生成的可执行文件中的符号信息。

　　如果这两个命令没有任何输出，说明编译与链接都通过了。需要留意的生成的bootsect的大小是544字节，而引导程序必须要正好占用一个磁盘扇区，即512个字节。造成多了32个字节的原因是ld86产生的是Minix可执行文件格式，这样的可执行文件处理文本段、数据段等部分以外，还包括一个Minix可执行文件头部。所以最后必须要把这多余的32个字节删掉，可以用linux自带的工具dd来完成：

dd bs=1 if=bootsect of=Image skip=32

　　去掉这32个字节后，将生成的文件拷贝到linux-0.11目录下，并一定要命名为“Image”（注意大小写）。然后就可以run了

2, setup的载入

　　首先要确定setup是在磁盘的0磁道2扇区，linux 0.11中的setup占了4个扇区，而我们最后要写的setup显然没有那么复杂，所以可以只用1个扇区就可以了。另外，由于bootsect位于0x7c00处，占用512个字节，所以可以将setup载入到0x7e00处。要想从磁盘中载入数据到内存，可以利用BIOS提供的13号中断轻松完成。最后就直接用jumi指令跳转到0x7e00处即可。对前面的bootsect.s扩展之后的完整代码如下：

SETUPLEN = 1SETUPSEG = 0x07e0entry _start_start:! 首先利用10号中断的3号功能来读取光标位置    mov    ah,#0x03            xor    bh,bh                int    0x10! 再利用10号中断的13号功能显示字符串    mov    cx,#50            ! 加上回车和换行，字符串一共包含50个字符，所以设置cx为50    mov    bx,#0x0007    mov    bp,#msg1    mov     ax,#0x07c0    mov     es,ax            ! es：bp=显示字符串的地址    mov    ax,#0x1301            int    0x10load_setup:    mov    dx,#0x0000        ! 设置驱动器和磁头(drive 0, head 0): 软盘0磁头    mov    cx,#0x0002        ! 设置扇区号和磁道(sector 2, track 0):0磁头、0磁道、2扇区    mov    bx,#0x0200        ! 设置读入的内存地址：BOOTSEG+address = 512，偏移512字节    mov    ax,#0x0200+SETUPLEN    ! 设置读入的扇区个数(service 2, nr of sectors)，                    ! SETUPLEN是读入的扇区个数，Linux 0.11设置的是4，                    ! 我们不需要那么多，我们设置为1    int    0x13            ! 应用0x13号BIOS中断读入1个setup.s扇区    jnc    ok_load_setup        ! 读入成功，跳转到ok_load_setup: ok - continue    mov    dx,#0x0000        ! 软驱、软盘有问题才会执行到这里    mov    ax,#0x0000        ! 否则复位软驱    int    0x13    j    load_setup        ! 重新循环，再次尝试读取ok_load_setup:    jmpi    0,SETUPSEG! msg1处放置要显示的字符串msg1:    .byte 13,10            ! 换行+回车    .ascii "AXF OS is booting, my name is Aixiangfei ..."    .byte 13,10,13,10        ! 两对换行+回车! 下面是启动盘具有有效引导扇区的标志. 仅供BIOS中的程序加载扇区时识别使用。! 它必须位于引导扇区的最后两个字节中..org 510boot_flag:    .word 0xAA55    ! 引导扇区的标记就是0XAA55

3, 完成setup的屏幕输出功能
　　这个很简单，跟bootsect是一样的。代码如下：

entry _start_start:! 首先利用10号中断的3号功能来读取光标位置    mov    ah,#0x03    xor    bh,bh    int    0x10! 再利用10号中断的13号功能显示字符串    mov    cx,#26    mov    bx,#0x0007    mov    bp,#msg    mov ax,cs    mov    es,ax    mov    ax,#0x1301    int    0x10Inf_loop:    jmp Inf_loop            ! 无限循环msg:    .byte 13,10    .ascii "Now we are in SETUP."    .byte 13,10,13,10.org 510boot_flag:    .word 0xAA55

　　编译和与运行：现在有两个文件都要编译、链接。一个个手工编译，效率低下，所以借助Makefile是最佳方式。linux 0.11中Makefile文件已经帮我们把这件事做好了。进入liux-0.11目录后，使用命令：

$ make BootImage
　　但是我们发现竟然出现了错误：
　　
　　原因：这是因为make根据Makefile的指引执行了tools/build.c，它是为生成整个内核的镜像文件而设计的，没考虑我们只需要bootsect.s和setup.s的情况。build.c从命令行参数得到bootsect、setup和system内核的文件名，将三者做简单的整理后一起写入Image。其中system是第三个参数（argv[3]）。当“make all”或者“makeall”的时候，这个参数传过来的是正确的文件名，build.c会打开它，将内容写入Image。而“make BootImage”时，传过来的是字符串”none”。所以，修改build.c的思路就是当argv[3]是”none”的时候，只写bootsect和setup，忽略所有与system有关的工作，或者在该写system的位置都写上“0”。
　　修改build.c文件很简单，只需要把第178到183这几行代码删除即可！

　
4, 读取硬件参数

　　这个部分是最复杂的了。需要打印的硬件信息有：光标位置，内存大小，磁盘的柱面数，磁头数，每磁道的扇区数。在这个实验中，这些参数的信息可以保存在内存中的任意位置，在linux 0.11中，这些参数信息是被保存到了0x90000处，所以不妨跟linux 0.11一样。

（1）获取硬件参数

　　获得光标位置信息，这个很简单，只需要调用13号中断的3号子程序就可以得到，前面已经用过了的。

　　获得内存大小，可以调用用15号中断的88号子程序得到，也很简单。

　　与磁盘相关的信息稍微复杂一点，这些信息被保存在0x0000:0x0104地址处的16个字节的中，这16个字节的信息叫做“磁盘参数表”。所以获得磁盘信息的方法就是复制数据。

（2）数字转字符

　　现在已经将这些硬件参数取出来放在了0x90000处，接下来的工作是将这些参数显示在屏幕上。这些参数都是一些无符号整数，所以需要做的主要工作是用汇编程序在屏幕上将这些整数用16进制的形式显示出来。

　　因为十六进制与二进制有很好的对应关系（每4位二进制数和1位十六进制数存在一一对应关系），显示时只需将原二进制数每4位划成一组，按组求对应的ASCII码送显示器即可。ASCII码与十六进制数字的对应关系为：0x30～0x39对应数字0～9，0x41～0x46对应数字a～f。从数字9到a，其ASCII码间隔了7h，这一点在转换时要特别注意。为使一个十六进制数能按高位到低位依次显示，实际编程中，需对bx中的数每次循环左移一组（4位二进制），然后屏蔽掉当前高12位，对当前余下的4位（即1位十六进制数）求其ASCII码，要判断它是0～9还是a～f，是前者则加0x30得对应的ASCII码，后者则要加0x37才行，最后送显示器输出。以上步骤重复4次，就可以完成bx中数以4位十六进制的形式显示出来。
　　因为在输出的时候需要调用多次，所以最好把这个功能写成一个函数print_bx，方便使用。既然要用到函数，故一定要先设置好栈。为了方便，还可以写一个函数print_nl实现换行的功能。
　　最终setup.s代码如下：

INITSEG  = 0x9000   ! we move boot here - out of the waySYSSEG   = 0x1000   ! system loaded at 0x10000 (65536).SETUPSEG = 0x9020   ! this is the current segment.globl begtext, begdata, begbss, endtext, enddata, endbss.textbegtext:.databegdata:.bssbegbss:.textentry startstart:    mov ax,#SETUPSEG    mov es,ax! init ss:sp        mov ax,#INITSEG    mov ss,ax    mov sp,#0xFF00! *************print we are in step**************        mov ah,#0x03        ! read cursor pos    xor bh,bh    int 0x10    mov cx,#28    mov bx,#0x0007      ! page 0, attribute 7 (normal)    mov bp,#msg_log    mov ax,#0x1301      ! write string, move cursor    int 0x10 !*******************************hard parm******************************    mov ax,#INITSEG ! this is done in bootsect already, but...    mov ds,ax    mov ah,#0x03    ! read cursor pos    xor bh,bh    int 0x10        ! save it in known place, con_init fetches    mov [0],dx      ! it from 0x90000.! Get memory size (extended mem, kB)    mov ah,#0x88    int 0x15    mov [2],ax! Get hd0 data    mov ax,#0x0000    mov ds,ax    lds si,[4*0x41]    mov ax,#INITSEG    mov es,ax    mov di,#0x0004    mov cx,#0x10    rep    movsb! *************************show msg    mov ax,#SETUPSEG    mov es,ax    mov ax,#INITSEG ! this is done in bootsect already, but...    mov ds,ax! **************print cursor position***********        mov ah,#0x03        ! read cursor pos    xor bh,bh    int 0x10    mov cx,#18    mov bx,#0x0007      ! page 0, attribute 7 (normal)    mov bp,#msg_cursor    mov ax,#0x1301      ! write string, move cursor    int 0x10 ! *****************cursor position**************        mov ax,#INITSEG ! this is done in bootsect already, but...    mov ds,ax    mov dx,[0]    call    print_hex ! *******************print memory size****************               mov ah,#0x03        ! read cursor pos    xor bh,bh    int 0x10    mov cx,#14    mov bx,#0x0007      ! page 0, attribute 7 (normal)    mov bp,#msg_memory    mov ax,#0x1301      ! write string, move cursor    int 0x10 ! *****************memory size**************        mov ax,#INITSEG ! this is done in bootsect already, but...    mov ds,ax    mov dx,[2]    call    print_hex ! *****************print KB************    mov ah,#0x03        ! read cursor pos    xor bh,bh    int 0x10    mov cx,#2    mov bx,#0x0007      ! page 0, attribute 7 (normal)    mov bp,#msg7    mov ax,#0x1301      ! write string, move cursor    int 0x10 ! ****************print Cyles****************    mov ah,#0x03        ! read cursor pos    xor bh,bh    int 0x10    mov cx,#8    mov bx,#0x0007      ! page 0, attribute 7 (normal)    mov bp,#msg_cyles    mov ax,#0x1301      ! write string, move cursor    int 0x10 ! ********************Cyles size************************        mov ax,#INITSEG ! this is done in bootsect already, but...    mov ds,ax    mov dx,[4]    call    print_hex ! ****************print Heads****************    mov ah,#0x03        ! read cursor pos    xor bh,bh    int 0x10    mov cx,#8    mov bx,#0x0007      ! page 0, attribute 7 (normal)    mov bp,#msg_heads    mov ax,#0x1301      ! write string, move cursor    int 0x10 ! ********************Heads size************************        mov ax,#INITSEG ! this is done in bootsect already, but...    mov ds,ax    mov dx,[6]    call    print_hex ! ****************print msg_sectors****************    mov ah,#0x03        ! read cursor pos    xor bh,bh    int 0x10    mov cx,#10    mov bx,#0x0007      ! page 0, attribute 7 (normal)    mov bp,#msg_sectors    mov ax,#0x1301      ! write string, move cursor    int 0x10 ! ********************msg_sectors size************************        mov ax,#INITSEG ! this is done in bootsect already, but...    mov ds,ax    mov dx,[12]    call    print_hex L6:        jmp L6print_hex:           mov    cx,#4        ! 4???????print_digit:    rol    dx,#4        ! ?????4???? !! ?dx??4?????4????    mov    ax,#0xe0f    ! ah = ???????al = ???(4???)???    and    al,dl        ! ?dl??4????    add    al,#0x30     ! ?al????????0x30    cmp    al,#0x3a    jl     outp     !??????????    add    al,#0x07     !?a?f????7outp:     int    0x10    loop   print_digit    retprint_nl:    mov    ax,#0xe0d     ! CR    int    0x10    mov    al,#0xa     ! LF    int    0x10    ret! ??wo are new in setup.s  ==28msg_log:    .byte 13,10    .ascii "we are now in setup..."    .byte 13,10,13,10msg_cursor:        .byte 13,10    .ascii "Cursor position:"msg_memory:        .byte 13,10    .ascii "Memory Size:"msg_cyles:        .byte 13,10    .ascii "Cyles:"msg_heads:        .byte 13,10    .ascii "Heads:"msg_sectors:        .byte 13,10    .ascii "Sectors:"msg7:        .ascii "KB".textendtext:.dataenddata:.bssendbss:

实验结果如下：