第8章硬盘和显卡的访问与控制

首先声明，这一章非常重要，如果刚开始读不懂，读不下去，一定要坚持，还有读这本书的一个要求是王爽《汇编语言》看两遍，并做完所有的课后实验。这一章其实是操作系统的的加载和引导过程。其中涉及的有硬盘读写，程序加载，程序重定位等，令人沮丧的是，这三个东西都不是那么容易，你有可能看了几遍还是不十分明晰，令人高兴的是，操作系统引导只需要这三个重要的东西，因为下一步就是进入操作系统的“森林”了。这些东西不难，你感觉难只是不熟悉而已。本章代码不完全明白熟悉，不要进入下一章，因为遗留的疑问会让你更弄不明白后边的问题。

下面分而治之，结合载入程序代码请思考如下问题：

a）程序在哪里？

程序放在100扇区

b）程序存移动到哪里？

0x10000 这个地址没有什么特别的意思，你可以放到其它合适的地址，唯一的要求是该地址的最低4 位必须是 0，换句话说，加载的起始地址必须是16 字节对齐的，这样将来才能形成一个有效的段地址。

c）怎样读磁盘？

read_hard_disk0

d）怎样放到目的内存？

e）怎样“搬运”程序？

f）为什么重定位，怎样重定位？

载入程序

         ;代码清单8-1;文件名：c08_mbr.asm;文件说明：硬盘主引导扇区代码（加载程序） ;创建日期：2011-5-5 18:17app_lba_start equ 100           ;声明常数（用户程序起始逻辑扇区号）;常数的声明不会占用汇编地址SECTION mbr align=16 vstart=0x7c00                                     ;设置堆栈段和栈指针 mov ax,0      mov ss,axmov sp,axmov ax,[cs:phy_base]            ;计算用于加载用户程序的逻辑段地址 mov dx,[cs:phy_base+0x02]mov bx,16        div bx            mov ds,ax                       ;令DS和ES指向该段以进行操作mov es,ax                        ;以下读取程序的起始部分 xor di,dimov si,app_lba_start            ;程序在硬盘上的起始逻辑扇区号 xor bx,bx                       ;加载到DS:0x0000处 call read_hard_disk_0;以下判断整个程序有多大mov dx,[2]                      ;曾经把dx写成了ds，花了二十分钟排错 mov ax,[0]mov bx,512                      ;512字节每扇区div bxcmp dx,0jnz @1                          ;未除尽，因此结果比实际扇区数少1 dec ax                          ;已经读了一个扇区，扇区总数减1 @1:cmp ax,0                        ;考虑实际长度小于等于512个字节的情况 jz direct;读取剩余的扇区push ds                         ;以下要用到并改变DS寄存器 mov cx,ax                       ;循环次数（剩余扇区数）@2:mov ax,dsadd ax,0x20                     ;得到下一个以512字节为边界的段地址mov ds,ax  xor bx,bx                       ;每次读时，偏移地址始终为0x0000 inc si                          ;下一个逻辑扇区 call read_hard_disk_0loop @2                         ;循环读，直到读完整个功能程序 pop ds                          ;恢复数据段基址到用户程序头部段 ;计算入口点代码段基址 direct:mov dx,[0x08]mov ax,[0x06]call calc_segment_basemov [0x06],ax                   ;回填修正后的入口点代码段基址 ;开始处理段重定位表mov cx,[0x0a]                   ;需要重定位的项目数量mov bx,0x0c                     ;重定位表首地址realloc:mov dx,[bx+0x02]                ;32位地址的高16位 mov ax,[bx]call calc_segment_basemov [bx],ax                     ;回填段的基址add bx,4                        ;下一个重定位项（每项占4个字节） loop realloc jmp far [0x04]                  ;转移到用户程序  ;-------------------------------------------------------------------------------
read_hard_disk_0:                        ;从硬盘读取一个逻辑扇区;输入：DI:SI=起始逻辑扇区号;      DS:BX=目标缓冲区地址push axpush bxpush cxpush dxmov dx,0x1f2mov al,1out dx,al                       ;读取的扇区数inc dx                          ;0x1f3mov ax,siout dx,al                       ;LBA地址7~0inc dx                          ;0x1f4mov al,ahout dx,al                       ;LBA地址15~8inc dx                          ;0x1f5mov ax,diout dx,al                       ;LBA地址23~16inc dx                          ;0x1f6mov al,0xe0                     ;LBA28模式，主盘or al,ah                        ;LBA地址27~24out dx,alinc dx                          ;0x1f7mov al,0x20                     ;读命令out dx,al.waits:in al,dxand al,0x88cmp al,0x08jnz .waits                      ;不忙，且硬盘已准备好数据传输 mov cx,256                      ;总共要读取的字数mov dx,0x1f0.readw:in ax,dxmov [bx],axadd bx,2loop .readwpop dxpop cxpop bxpop axret;-------------------------------------------------------------------------------
calc_segment_base:                       ;计算16位段地址;输入：DX:AX=32位物理地址;返回：AX=16位段基地址 push dx                          add ax,[cs:phy_base]adc dx,[cs:phy_base+0x02]shr ax,4ror dx,4and dx,0xf000or ax,dxpop dxret;-------------------------------------------------------------------------------phy_base dd 0x10000             ;用户程序被加载的物理起始地址times 510-($-$$) db 0db 0x55,0xaa

用户程序

         ;代码清单8-2;文件名：c08.asm;文件说明：用户程序 ;创建日期：2011-5-5 18:17;===============================================================================
SECTION header vstart=0                     ;定义用户程序头部段 program_length  dd program_end          ;程序总长度[0x00];用户程序入口点code_entry      dw start                ;偏移地址[0x04]dd section.code_1.start ;段地址[0x06] realloc_tbl_len dw (header_end-code_1_segment)/4;段重定位表项个数[0x0a];段重定位表           code_1_segment  dd section.code_1.start ;[0x0c]code_2_segment  dd section.code_2.start ;[0x10]data_1_segment  dd section.data_1.start ;[0x14]data_2_segment  dd section.data_2.start ;[0x18]stack_segment   dd section.stack.start  ;[0x1c]header_end:                ;===============================================================================
SECTION code_1 align=16 vstart=0         ;定义代码段1（16字节对齐）
put_string:                              ;显示串(0结尾)。;输入：DS:BX=串地址mov cl,[bx]or cl,cl                        ;cl=0 ?jz .exit                        ;是的，返回主程序 call put_charinc bx                          ;下一个字符 jmp put_string.exit:ret;-------------------------------------------------------------------------------
put_char:                                ;显示一个字符;输入：cl=字符asciipush axpush bxpush cxpush dxpush dspush es;以下取当前光标位置mov dx,0x3d4mov al,0x0eout dx,almov dx,0x3d5in al,dx                        ;高8位 mov ah,almov dx,0x3d4mov al,0x0fout dx,almov dx,0x3d5in al,dx                        ;低8位 mov bx,ax                       ;BX=代表光标位置的16位数cmp cl,0x0d                     ;回车符？jnz .put_0a                     ;不是。看看是不是换行等字符 mov ax,bx                       ;此句略显多余，但去掉后还得改书，麻烦 mov bl,80                       div blmul blmov bx,axjmp .set_cursor.put_0a:cmp cl,0x0a                     ;换行符？jnz .put_other                  ;不是，那就正常显示字符 add bx,80jmp .roll_screen.put_other:                             ;正常显示字符mov ax,0xb800mov es,axshl bx,1mov [es:bx],cl;以下将光标位置推进一个字符shr bx,1add bx,1.roll_screen:cmp bx,2000                     ;光标超出屏幕？滚屏jl .set_cursormov ax,0xb800mov ds,axmov es,axcldmov si,0xa0mov di,0x00mov cx,1920rep movswmov bx,3840                     ;清除屏幕最底一行mov cx,80.cls:mov word[es:bx],0x0720add bx,2loop .clsmov bx,1920.set_cursor:mov dx,0x3d4mov al,0x0eout dx,almov dx,0x3d5mov al,bhout dx,almov dx,0x3d4mov al,0x0fout dx,almov dx,0x3d5mov al,blout dx,alpop espop dspop dxpop cxpop bxpop axret;-------------------------------------------------------------------------------start:;初始执行时，DS和ES指向用户程序头部段mov ax,[stack_segment]           ;设置到用户程序自己的堆栈 mov ss,axmov sp,stack_endmov ax,[data_1_segment]          ;设置到用户程序自己的数据段mov ds,axmov bx,msg0call put_string                  ;显示第一段信息 push word [es:code_2_segment]mov ax,beginpush ax                          ;可以直接push begin,80386+retf                             ;转移到代码段2执行 continue:mov ax,[es:data_2_segment]       ;段寄存器DS切换到数据段2 mov ds,axmov bx,msg1call put_string                  ;显示第二段信息 jmp $ ;===============================================================================
SECTION code_2 align=16 vstart=0          ;定义代码段2（16字节对齐）begin:push word [es:code_1_segment]mov ax,continuepush ax                          ;可以直接push continue,80386+retf                             ;转移到代码段1接着执行 ;===============================================================================
SECTION data_1 align=16 vstart=0msg0 db '  This is NASM - the famous Netwide Assembler. 'db 'Back at SourceForge and in intensive development! 'db 'Get the current versions from http://www.nasm.us/.'db 0x0d,0x0a,0x0d,0x0adb '  Example code for calculate 1+2+...+1000:',0x0d,0x0a,0x0d,0x0adb '     xor dx,dx',0x0d,0x0adb '     xor ax,ax',0x0d,0x0adb '     xor cx,cx',0x0d,0x0adb '  @@:',0x0d,0x0adb '     inc cx',0x0d,0x0adb '     add ax,cx',0x0d,0x0adb '     adc dx,0',0x0d,0x0adb '     inc cx',0x0d,0x0adb '     cmp cx,1000',0x0d,0x0adb '     jle @@',0x0d,0x0adb '     ... ...(Some other codes)',0x0d,0x0a,0x0d,0x0adb 0;===============================================================================
SECTION data_2 align=16 vstart=0msg1 db '  The above contents is written by LeeChung. 'db '2011-05-06'db 0;===============================================================================
SECTION stack align=16 vstart=0resb 256stack_end:  ;===============================================================================
SECTION trail align=16
program_end:

实验现象：

实验体会：

本章包含的信息量特别大，重点关注四个东西：a）怎样读磁盘；b）怎样加载程序；c）怎样重定位；d）从bios启动到陷入用户程序的死循环整个流程cs:ip是怎样变化的，相应的，像字符串的显示也是比较复杂的，但不紧急，可以暂时不了解这些细节，放在平时慢慢揣摩熟悉。

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