“实模式--保护模式--实模式”转换过程

下面以pmtest2.asm为例，来讲述“实模式--保护模式--实模式”的转换过程。

1、“实模式--保护模式--实模式”的转换过程。
2、介绍段描述符属性
3、pm.inc 中的宏定义
4、pmtest2.asm源代码

一、“实模式--保护模式--实模式”的转换过程
1、“实模式--保护模式”的跳转
(1)关中断
(2)打开地址线A20
(3)置cr0寄存器的末位为1
(4)实现跳转，进入到保护模式

2、“保护模式--实模式”的跳转
(1)从保护模式下的32位代码段跳转到16位代码段
(2)在16位代码段下初始化所有段寄存器
(3)置cr0的末位为0
(4)实现跳转，返回到实模式

3、pmtest2.asm中“实模式--保护模式--实模式”的跳转过程

(1)下面是“实模式--保护模式--实模式”的跳转过程图

其中 LABEL_BEGIN、LABEL_REAL_ENTRY运行于实模式下；LEBEL_SEG_CODE32、LABEL_SEG_CODE16运行于保护模式下。所以该程序实现了“实模式--保护模式--实模式”的跳转。

(2)“实模式--保护模式”的跳转

这个跳转过程主要存在于LABEL_BEGIN代码段中：
70- 71行：保存实模式下的SP内的值
73-111行：初始化段描述符
113-121行：加载GDTR
123-124行：关中断
126-129行：打开地址线A20
141-144行：准备切换到保护模式，置cr0的末位为1
146-147行：跳转到保护模式

(3)“保护模式--实模式”的跳转

208-209行：从保护模式下的32位代码段跳转到16位代码段
316-322行：为跳回实模式做准备，将段寄存器初始化为符合实模式下的代码段规范。即用SelectorNormal来初始化段寄存器。
324-326行：置cr0的末位为0
328-329行：实现跳转，进入到实模式下的 LABEL_REAL_ENTRY段
158-158行：恢复实模式下的SP
160-162行：关闭A20地址线
164-164行：开中断
166-168行：返回DOS

二、段描述符的属性

段描述符属性占5、6字节，其具体特性如下：

在这里主要介绍第5字节的内容。
1、 P：存在(Present)位。
1 表示段在内存中存在
0 表示段在内存中不存在
2、 DPL：表示描述符特权级(Descriptor Privilege level)，共2位。
它规定了所描述段的特权级，用于特权检查，以决定对该段能否访问。
3、 S：说明描述符的类型。
1 数据段和代码段描述符
0系统段描述符和门描述符
4、 TYPE：说明存储段描述符所描述的存储段的具体属性
数据段类型：
类型值说明
---------------------------------
0 只读
1 只读、已访问
2 读/写
3 读/写、已访问
4 只读、向下扩展
5 只读、向下扩展、已访问
6 读/写、向下扩展
7 读/写、向下扩展、已访问
代码段类型:
类型值说明
---------------------------------
8 只执行
9 只执行、已访问
A 执行/读
B 执行/读、已访问
C 只执行、一致码段
D 只执行、一致码段、已访问
E 执行/读、一致码段
F 执行/读、一致码段、已访问
系统段类型:
类型编码说明
----------------------------------
0 <未定义>
1 可用286TSS
2 LDT
3 忙的286TSS
4 286调用门
5 任务门
6 286中断门
7 286陷阱门
8 未定义
9 可用386TSS
A <未定义>
B 忙的386TSS
C 386调用门
D <未定义>
E 386中断门
F 386陷阱门

三、pm.inc中的宏定义

在程序中，我们定义属性时，使用了pm.inc中的宏定义DA_DRW、DA_C、DA_32、DA_DRW、DA_DRWA。下面让我来向大家解释这些宏定义。
DA : Descriptor Attribute
D : 数据段
C : 代码段
S : 系统段
R : 只读
RW : 读写
A : 已访问
-----------------------------------------------------------
DA_32 EQU 4000h ; 32 位段
DA_DPL0 EQU 00h ; DPL = 0
DA_DPL1 EQU 20h ; DPL = 1
DA_DPL2 EQU 40h ; DPL = 2
DA_DPL3 EQU 60h ; DPL = 3
-----------------------------------------------------------
存储段描述符类型值说明
-----------------------------------------------------------
DA_DR EQU 90h ; 存在的只读数据段类型值
DA_DRW EQU 92h ; 存在的可读写数据段属性值
DA_DRWA EQU 93h ; 存在的已访问可读写数据段类型值
DA_C EQU 98h ; 存在的只执行代码段属性值
DA_CR EQU 9Ah ; 存在的可执行可读代码段属性值
DA_CCO EQU 9Ch ; 存在的只执行一致代码段属性值
DA_CCOR EQU 9Eh ; 存在的可执行可读一致代码段属性值
-----------------------------------------------------------
系统段描述符类型值说明
-----------------------------------------------------------
DA_LDT EQU 82h ; 局部描述符表段类型值
DA_TaskGate EQU 85h ; 任务门类型值
DA_386TSS EQU 89h ; 可用 386 任务状态段类型值
DA_386CGate EQU 8Ch ; 386 调用门类型值
DA_386IGate EQU 8Eh ; 386 中断门类型值
DA_386TGate EQU 8Fh ; 386 陷阱门类型值

四、pmtest2.asm源代码：

;=====================================================
;pmtest2.asm
;编译方法：nasm pmtest2.asm -o pmtest2.com%include "pm.inc" ;常量，宏，以及一些说明org 0100hjmp LABEL_BEGIN[SECTION .gdt]
;GDT
;                     段基址  段界限          段属性
LABEL_GDT:      Descriptor  0,  0,      0       ;空描述符
LABEL_DESC_NORMAL:  Descriptor  0,  0ffffh,     DA_DRW      ;Normal描述符
LABEL_DESC_CODE32:  Descriptor  0,  SegCode32Len-1, DA_C + DA_32   ;非一致代码段，32
LABEL_DESC_CODE16:  Descriptor  0,  0ffffh,     DA_C        ;非一致代码段，16
LABEL_DESC_DATA:    Descriptor  0,  DataLen-1,  DA_DRW + DA_DPL1       ;Data
LABEL_DESC_STACK:   Descriptor  0,  TopOfStack, DA_DRWA + DA_32    ;Stack,32位
LABEL_DESC_TEST:    Descriptor   0500000h,  0ffffh,     DA_DRW      ;测试代码段
LABEL_DESC_VIDEO:   Descriptor   0B8000h,   0ffffh,     DA_DRW      ;显存首地址
;GDT 结束GdtLen   equ $ - LABEL_GDT       ;GDT长度
GdtPtr  dw  GdtLen - 1      ;GDT界限dd    0           ;GDT基地址;GDT选择子
SelectorNormal      equ LABEL_DESC_NORMAL - LABEL_GDT
SelectorCode32      equ LABEL_DESC_CODE32 - LABEL_GDT
SelectorCode16      equ LABEL_DESC_CODE16 - LABEL_GDT
SelectorData        equ LABEL_DESC_DATA - LABEL_GDT + SA_RPL3
SelectorStack       equ LABEL_DESC_STACK - LABEL_GDT
SelectorTest        equ LABEL_DESC_TEST - LABEL_GDT
SelectorVideo       equ LABEL_DESC_VIDEO - LABEL_GDT
;END of [SECTION .gdt][SECTION .data1]  ;数据段
ALIGN 32
[BITS 32]
LABEL_DATA:
SPValueInRealMode   dw  0
;字符串
PMMessage:  db  "In Protect Mode now.",   0   ;进入保护模式后显示该字符串
OffsetPMMessage equ PMMessage - $StrTest:   db  "ABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZ", 0
OffsetStrTest   equ StrTest - $DataLen      equ $ - LABEL_DATA
;END of [SECTION .data1];全局堆栈段
[SECTION .gs]
ALIGN 32
[BITS 32]
LABEL_STACK:times 512 db 0
TopOfStack equ  $ - LABEL_STACK - 1
;END of [SECTION .gs][SECTION .s16]
[BITS 16]
LABEL_BEGIN:mov ax, csmov ds, axmov es, axmov ss, axmov sp, 0100hmov [LABEL_GO_BACK_TO_REAL + 3], axmov [SPValueInRealMode], sp;初始化16位代码段描述符mov ax, csmovzx eax, axshl eax, 4add eax, LABEL_SEG_CODE16mov word[LABEL_DESC_CODE16+2], axshr eax, 16mov byte[LABEL_DESC_CODE16+4], almov byte[LABEL_DESC_CODE16+7], ah;初始化32位代码段描述符xor eax, eaxmov ax, csshl eax, 4add eax, LABEL_SEG_CODE32mov word[LABEL_DESC_CODE32+2], axshr eax, 16mov byte[LABEL_DESC_CODE32+4], almov byte[LABEL_DESC_CODE32+7], ah;初始化数据段描述符xor eax, eaxmov ax, dsshl eax, 4add eax, LABEL_DATAmov word[LABEL_DESC_DATA+2], axshr eax, 16mov byte[LABEL_DESC_DATA+4], almov byte[LABEL_DESC_DATA+7], ah;初始化堆栈段描述符xor eax, eaxmov ax, dsshl eax, 4add eax, LABEL_STACKmov word[LABEL_DESC_STACK+2], axshr eax, 16mov byte[LABEL_DESC_STACK+4], almov byte[LABEL_DESC_STACK+7], ah;为加载GDTR作准备xor eax, eaxmov ax, dsshl eax, 4add eax, LABEL_GDT        ; eax <- gdtmov dword[GdtPtr+2], eax    ; [GdtPtr+2] <- gdt 基地址;加载GDTRlgdt [GdtPtr];关中断cli;打开地址线A20in al, 92hor al, 00000010bout 92h, al;清屏操作(用以指定色彩)mov ah, 06H         ;功能06H和07H mov ch, 00          ;功能描述：初始化屏幕或滚屏mov cl, 00          ;入口参数：AH＝06H——向上滚屏，07H——向下滚屏mov dh, 24          ;AL＝滚动行数(0——清窗口)mov dl, 79          ;BH＝空白区域的缺省属性mov bh, 7           ;(CH、CL)＝窗口的左上角位置(Y坐标，X坐标)mov al, 00          ;(DH、DL)＝窗口的右下角位置(Y坐标，X坐标)int 10H             ;出口参数：无;准备切换到保护模式mov eax, cr0or eax, 1mov cr0, eax;真正进入保护模式jmp dword SelectorCode32:0       ;执行这一句会把SelectorCode32装入cs,并跳转到SelectorCode32:0处;......................................................................
;,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,LABEL_REAL_ENTRY:        ;从保护模式跳回到实模式就到了这里mov ax, csmov ds, axmov es, axmov ss, axmov sp, [SPValueInRealMode]in al, 92h  ;关闭A20地址线and al, 11111101b  out 92h, alsti      ;开中断;回到DOSmov ax, 4C00hint 21h;
;END of [SECTION .s16][SECTION .s32]        ;32位代码段，由实模式跳入
[BITS 32]LABEL_SEG_CODE32:mov ax, SelectorDatamov ds, ax        ;数据段选择子mov ax, SelectorTestmov es, ax       ;测试段选择子mov ax, SelectorVideo    mov gs, ax      ;视频段选择子mov ax, SelectorStackmov ss, ax      ;堆栈段选择子mov esp, TopOfStack;下面显示一个字符串mov ah, 0Ch     ;0000:黑底  1100:红字xor esi, esixor edi, edimov esi, OffsetPMMessage   ;源数据偏移mov edi, (80*10+0)*2     ;目的数据偏移。屏幕第10行，第0列cld
.1:lodsbtest al, aljz .2mov [gs:edi], ax    ;将ax中的数据送入到显存add edi, 2jmp .1
.2:         ;显示完毕call DispReturncall TestReadcall TestWriteCall TestRead;到此停止jmp SelectorCode16:0
;---------------------------------------------------------------------------TestRead:xor esi, esimov ecx, 8
.loop:mov al, [es:esi]call DispALinc esiloop .loopcall DispReturnret
;TestRead结束--------------------------------------------------------------;--------------------------------------------------------------------------
TestWrite:push esipush edixor esi, esixor edi, edimov esi, OffsetStrTest        ;源数据偏移.1:lodsbtest al, aljz .2mov [es:edi], alinc edijmp .1
.2:pop edipop esiret;TestWrite结束--------------------------------------------------------------;---------------------------------------------------------------------------
;显示AL中的数字
;默认地:
;   数字已经存在AL中
;   edi始终指向要显示的下一个字符的位置
;被改变的寄存器
;   ax, edi
;---------------------------------------------------------------------------DispAL:push ecxpush edxmov ah, 0Chmov dl, alshr al, 4mov ecx, 2
.begin:and al, 01111bcmp al, 9ja .1add al, '0'jmp .2
.1:sub al, 0Ahadd al, 'A'
.2:mov [gs:edi], axadd edi, 2mov al, dlloop .beginadd edi, 2pop edxpop ecxret
;DispAL结束-----------------------------------------------------------------;---------------------------------------------------------------------------
DispReturn:push eaxpush ebxmov eax, edimov bl, 160div bland eax, 0FFhinc eaxmov bl, 160mul blmov edi, eaxpop ebxpop eaxret
;DispReturn结束--------------------------------------------------------------SegCode32Len equ $ - LABEL_SEG_CODE32
; END of [SECTION .s32];16位代码段，由32位代码段跳入，跳出后到实模式
[SECTION .s16code]
ALIGN 32
[BITS 16]
LABEL_SEG_CODE16:;跳回实模式：mov ax, SelectorNormalmov ds, axmov es, axmov fs, axmov gs, axmov ss, axmov eax, cr0and al, 11111110bmov cr0, eaxLABEL_GO_BACK_TO_REAL:jmp 0:LABEL_REAL_ENTRY        ;段地址会在程序开始处被设置成正确的值Code16Len    equ $-LABEL_SEG_CODE16
;END of [SECTION .s16code]

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