【操作系统】1.操作系统启动

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所属分类:linux技术
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(1)x86 PC开机时CPU处于实模式,实模式的寻址方式是CS:IP (CS左移4位+IP)(2)开机时段寄存器CS=0xFFFF,偏移量IP=0x0000,段寄存器左移4位加上偏移量是实际地址,也就是寻址地址为0xFFFF0 (ROM BIOS映射区)

【操作系统】1.操作系统启动

【操作系统】1.操作系统启动

1.打开电源

(1)x86 PC开机时CPU处于实模式,实模式的寻址方式是CS:IP (CS左移4位+IP)

(2)开机时段寄存器CS=0xFFFF,偏移量IP=0x0000,段寄存器左移4位加上偏移量是实际地址,也就是寻址地址为0xFFFF0 (ROM BIOS映射区)

(3)检查RAM,键盘,显示器,磁盘

(4)将0磁道0扇区512个字节读入0x7c00处(操作系统的引导扇区)

(5)设置cs=0x7c0,ip=0x0000

 2.引导扇区代码bootsect.s

实验bootsect.s代码

(1)将bootsect从0x7c00处移动到0x90000处

(2)将setup读入到0x90200处

(3)将system读入0x91000处

(4)将PC移动到0x90200处,bootsect结束

1. 移动bootsect.s。读取0x7c00处的内存,首先设置源地址和目标地址,并且将0x7c00内存处的256个字(512字节)移动到了0x90000

start:   mov ax, #BOOTSEG mov ds, ax ! 将 ds 段寄存器设置为0x07C0(16位汇编,后面的放入前面)   mov ax, #INITSEG mov es, ax ! 将 es 段寄存器设置为0x9000   sub si, si           ! 源地址   ds:si 0x7c00   sub di, di           ! 目标地址 es:di 0x90000   mov cx, #256          ! 设置移动计数值256字(512字节)   rep movw             ! 重复移动直到cx为0,将bootsect移动到了0x90000处   jmpi go, INITSEG            ! 跳转到0x9000:go处,将设置es、ss、sp都为0x9000(相当于是初始化)

2. 0x13读磁盘中断,读取setup代码。在磁盘第2个扇区开始,读取4个扇区的内容,并将这4个扇区的内容写入到0x90200内存处。因为bootsect占用512字节,所以需要写在0x90000的512个字节之后,16位表示就是在0x90200处写入。

go: mov ax, cs                ! 0x9000     ! 将ds、es、ss都置成移动后代码所在段处0x9000、栈顶地址设置为0x9fff00,来远离代码位置     mov ds, ax    mov es, ax    mov ss, ax    mov sp, #0xFF00  load_setup:        
// 载入setup模块, 从磁盘第2个扇区开始读4个扇区, 写入0x90200处
mov dx, #0x0000 ! 数据寄存器 mov cx, #0x0002 ! 计数寄存器 ch:cx高8位, 0x00(柱面号0); cl:低8位, 0x02(开始扇区为2) mov bx, #0x0200 ! 基址寄存器 写到es:bx 0x90200处 mov ax, #0x0200+SETUPLEN ! 累加器 ah: ax高8位, 0x20(读磁盘); al:ax低8位, 0x04(读取4个扇区) int 0x13 ! BIOS读磁盘扇区中断 jnc ok_load_setup ! 跳转指令, CF=0则跳转。如果没有读错,则跳转到加载setup执行;如果读错,则复位驱动器重新读。 mov dx, #0x0000 ! 对驱动器0进行操作 mov ax, # 0x0000 ! 复位 int 0x13 ! 执行0x13中断(BIOS读磁盘扇区的中断) j load_setup ! 重读

 3. 0x10显示字符中断,显示字符在显示器上。ok_load_setup,显示欢迎页面,调用read_it读入system,最后将控制权交接给setup模块,也就是将PC移动到0x90200处,开始执行setup。bootsect正式结束。

ok_load_setup:    ! 载入setup,显示开机文字,读取system     ! 读取setup,显示开机文字     mov dl, #0x00    mov ax, #0x0800        ! ah=8,获得磁盘驱动器的参数     int 0x13         mov    ch, #0x00   mov sectors, cx     mov ah, #0x03    xor bh, bh         int 0x00 ! 读光标     mov cx, #24      mov bx, #0x0007    ! 7是显示属性     mov bp, #msg1    mov ax, #1301      int 0x10 !显示字符     ! 读取system模块到0x10000处     mov ax, #SYSSEG        ! SYSSEG=0X1000     mov es, ax     call read_it          ! 读入system     jmpi 0, SETUPSEG      ! 转入0x9020:0X0000执行setup.s

 3.引导扇区代码setup.s

实验setup.s代码

读取硬件参数,将操作系统移动到0地址处,进入保护模式,初始化一个很简单的gdt表,跳转到system模块

1. setup主要任务是读取硬件参数,初始化一个数据结构来管理这些硬件设备,并移动操作系统到内存0地址处。其中0x15中断是读取扩展内存大小(Intel原先内存只有1m,我们把1m以外的内存称为扩展内存)放在ax寄存器里,之后放到内存0x90002处。接下来do_move将0x90000处开始的数据移动到内存绝对地址0x00000处。

! 取光标位置,包括其他硬件参数,放到0x90000处 start : mov ax, #INITSEG    mov ds, ax    mov ah, #0x03         xor bh, bh          int 0x10      mov [0], dx     ! 光标位置设置为0x90000         mov ah, #0x88       int 0x15      mov [2], ax ...    ! 读取扩展内存的大小(1m以外的内存称为扩展内存), 放在0x90002处         cli    ! 不允许中断         mov ax, #0x0000, cld        ! 设置读取目标位置和递增读取方式 ! 将system模块从0x10000动到0x00000处         do_mov: mov es, ax          add ax, #0x1000         cmp ax, #0x9000     jz end_mov              ! 若ax=0x9000,表示移动完成,则跳出         mov ds, ax          sub di, di    sub si, si        ! 设置源地址0x90000和目标地址0x00000         mov cx, #0x8000   ! 设置移动数据的长度         rep movsw         ! 将system模块移动到0地址         jmp do_move

2. 进入保护模式。cs左移4位+ip最大有20位地址,也就是最大内存空间只有1M。setup最后一步要从16位机切换到32寻址方式。

  实模式:CS:IP,CS << 4 + IP,共20位寻址空间

  保护模式:CS实际上是查表GDT(Global Descriptor Table),地址为CS查表 + IP

mov ax,#0x0001  ! 将0x0001放入ax寄存器 mov cr0,ax    ! 将ax放入cr0寄存器,这一步非常重要                 ! cr0寄存器最后一位是0的时候是CS:IP实模式                ! cr0寄存器最后一位是1的时候是保护模式,需要走另外一条解释指令的电路 jmpi 0,8     ! cs:8, ip:0; 这里实际上跳转的地址就是0地址

 4.head.s

head.s是system中的第一个模块,负责重新加载各个数据段寄存器,重新设置中断描述符表,重新设置全局描述符表,设置分页处理机制(一个页目录表和4个页表),打开20号地址线访问4G内存,并且将main函数压栈,head执行完后弹出main,转到main函数。

startup_32:     movl $0x10, %eax  ! 现在开始是32位汇编,前面的放入后面     mov %ax, %ds     mov %ax, %es     mov %as, %fs     mov %as, %gs        ! 指向gdt的0x10数据项   lss _stact_start, %esp  ! 设置系统栈   call setup_idt       ! 设置中断描述符表子程序   call setup_gdt       ! 设置全局描述符表子程序   mov $0x10, %eax      ! 重载所有的段寄存器 ...

 5.main函数

main函数中有大量初始化函数,例如初始化硬盘,初始化内存,将每4K内存作为一个页等等