用java和汇编开发一个Hello World系统内核

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1 汇编实现
- 1.1 汇编实现
- 1.2 使用nasm编译器进行编译
2 利用java生成软盘文件
- 2.1 利用java生成软盘文件的代码如下

1 汇编实现

1.1 汇编实现

汇编代码如下：

org  0x7c00;entry:mov  ax, 0mov  ss, axmov  ds, axmov  es, axmov  si, msgputloop:mov  al, [si]add  si, 1cmp  al, 0je   finmov  ah, 0x0emov  bx, 15int  0x10jmp  putloopfin:HLTjmp  finmsg:DB    0x0a,  0x0adb    "hello, world"db    0x0adb    0

上面的汇编代码主要是设置了一些初始化数据，然后调用bios中断，将某个缓冲区中的字符打印到屏幕上，然后进入一个死循环。代码段的详细解释如下：

/*
org 的意思是origin, 中文意思是“起始，起源，” org 后面的7c00 是物理内存地址，假设物理内存是一个byte类型
的大数组，例如byte[] memory, 如果你有2 G内容，换算成字节就是2097152， 也就相当于memory数组有2097152字
节，于是当虚拟机上电，然后new一块内存 byte[] memory = new byte[2097152]. org 0x7c00 的意思是将本汇编
编译后的二进制数据从memory[0x7c00]处写入memory.
*/
org  0x7c00;/*
jmp entry 中的jmp 其实就是c语言中的语句goto, jmp entry 其实是让cpu跳转到entry 处，执行entry下面的代
码，如果entry是一个函数名字的话，jmp entry 相当于调用entry函数，类比于java就是函数调用：entry();
*/
jmp  entry// 下面的代码一直到RESB 18这行代码是可以直接删除的，我这里之所以放在这里是为了记录一下汇编知识点
/*
jmp entry 对应的机器代码，长度是3字节，那么db 0x90 的意思就是 memory[0x7c00+3] = 0x90, 也就是说db
0x90 实际上做的是赋值操作，db 0x90 表示将给定位置处的一个字节赋予数值0x90, 赋值的内存位置就在0x7c00+3处。
*/
db   0x90
/*
DB 和 db 是同一个意思， 那么DB “OSKERNEL” 意思是，strcpy(memory + 0x7c00 + 3 + 1, “OSKERNEL”); 也就
是把”OSKERNEL”这个字符串拷贝到内存0x7c00 + 3 + 1 处， 3是什么意思呢，3就是jmp entry 编译成二进制代码后
的数据长度， 1 就是db 0x90 所所赋值的那个字节的长度。DW 跟DB是一个意思， DB 是将数据赋值给一个字节，由于
一个字节只有8位，那么赋值给这个字节的数据大小不能超过256， 512大于256，所以需要两个字节才能存储512这个数
据，DD 0xFFFFFFFF 就是把0xFFFFFFFF存储到四个字节长的内存中， 语句RESB 18 表示把接下来的18个字节的内存全
部初始化为0，转换为java代码就类似于:
byte[] block = new byte[18];
for (int i = 0; i < 18; i++) {
block[i] = 0;
}
*/
DB   "OSKERNEL"
DW   512
DB   1
DW   1
DB   2
DW   224
DW   2880
DB   0xf0
DW   9
DW   18
DW   2
DD   0
DD   2880
DB   0,0,0x29
DD   0xFFFFFFFF
DB   "MYFIRSTOS  "
DB   "FAT12   "
RESB  18entry:
/*
先做的是初始化一系列寄存器，寄存器其实相当于java程序中，我们定义的变量，ax 是一个2字节长的寄存器， mov
ax, 0是把数值0放入到ax寄存器中，类比于java 就是:
char ax = 0;
char类型的数据在java中是两个字节长，跟寄存器ax的长度一样，类似的，语句： mov ss, ax 相当于java的 char
ss = ax; 后面的语句意思类推。
*/mov  ax, 0mov  ss, axmov  ds, axmov  es, ax
/*
我们要注意看语句 mov si, msg. msg 相当于一段内存，
msg:
DB 0x0a, 0x0a
db “hello, world”
db 0x0a
就类似于 C 语言中的char* msg = “\n\nhello,world\n”. 字符’\n’的ascii值就是0xa.mov si, msg 就相当于把msg内存的起始地址放入到寄存器si里。如果用C语言做类比，那么就相当于： char* si = msg;
*/mov  si, msgputloop:
/*
mov al, [si]
[si]表示读取si存储的内存地址处的一个字节长度的信息，
mov al, [si] ,把该字节的数据存储到寄存器al 中，ax是两个字节长度的寄存器，这样ax就可以分解成两部分，第一
部分就对应于al, 第二部分就对应于ah,
也就是al, ah合起来就是ax, 对应于C语言就相当于 char ax[2], al 表示的是ax[0], ah 表示的就是 ax[1], mov al, [si], 转换成C语言就是 char al = *si;
*/mov  al, [si]
/* add si, 1 表示将寄存器si中的数值加1，也就相当于C语言的 si++;  */add  si, 1
/* cmp al, 0 表示将al寄存器中的数据跟0比较，看al中的值是否等于0  */cmp  al, 0
/*
je fin 中的 je 表示 jump if equal, 也就是如果al 的值确实等于0，那么就跳转到fin所表示的代码处去执行，转
换成C语言就是 ：
if (al == 0) {
goto fin
}
*/je   fin/*
mov ah, 0xe 就是把0xe赋值给寄存器 ah, mov bx ,15 同理。接下来要调用一个中断，中断其实就是一个函数调用，
我们在写c语言或java程序时，往往需要调用一些系统库函数，例如printf, 或java的System.out.print. 中断就是
bios提供给汇编语言的库函数，这些库函数都放入到一个数组里，int 0x10 意思是在库函数数组中取出第0x10个库函
数，然后执行该库函数的代码。我们知道，函数调用时需要传递参数，那么调用bios提供的函数时，怎么传递参数呢，做法是，把需要传递的参数放入到
指定的寄存器中，例如想要在屏幕上输出字符，那么bios提供的编号为0x10的库函数可以实现这个功能，同时按规定，
要把寄存器ah设置为0x0e, 把要输出的字符的ascii值放入到寄存器al, 同时要把寄存器设bh的值设置成0，字符的颜色
可以通过寄存器bl的值来设定。看起来相当麻烦，这是由于我们做的是非常底层的编程，所以麻烦也就不可避免。
*/mov  ah, 0x0emov  bx, 15int  0x10jmp  putloop
/*
于是代码片段：
putloop:
mov al, [si]
add si, 1
cmp al, 0
je fin
mov ah, 0x0e
mov bx, 15
int 0x10
jmp putloop就相当于C语言：
do {
char al = *si;
si++;
if (al == 0) {
goto fin
}printf(“%c”, al);
} while(true);
*//*
hlt 表示 halt, 也就是让cpu进入休眠状态，如果此时我们点击一下键盘，或动一下鼠标，那么cpu就被唤醒，然后执行hlt后面的语句:
jmp fin
也就是跳转到fin开始处去执行，也就是进入了死循环。
*/
fin:HLTjmp  finmsg:DB    0x0a,  0x0adb    "hello, world"db    0x0adb    0

1.2 使用nasm编译器进行编译

nasm boot.asm -o boot.bat 。

2 利用java生成软盘文件

2.1 利用java生成软盘文件的代码如下


import java.io.DataOutputStream;
import java.io.File;
import java.io.FileInputStream;
import java.io.FileNotFoundException;
import java.io.FileOutputStream;
import java.io.IOException;
import java.io.InputStream;
import java.util.ArrayList;public class OperatingSystem {private ArrayList<Integer> imgByteToWrite = new ArrayList<Integer>();private void readKernelFormatFile(String fileName){File file = new File(fileName);FileInputStream in = null;try{in = new FileInputStream(file);int val = 0;while ((val = in.read()) != -1){imgByteToWrite.add(val);}in.close();}catch (IOException e){e.printStackTrace();return;}// 当前代码之后至510字节全部写0int len = 510;int curlen = imgByteToWrite.size();for (int i=curlen; i<len; i++){imgByteToWrite.add(0);}// 第511、512字节为磁盘主引导扇区的有效标志，必须为0x55、0xaaimgByteToWrite.add(0x55);imgByteToWrite.add(0xaa);//imgByteToWrite.add(0xf0);//imgByteToWrite.add(0xff);//imgByteToWrite.add(0xff);}public OperatingSystem(String fileName) {readKernelFormatFile(fileName);// 1.44MB大小的软盘int len = 0x168000;int curSize = imgByteToWrite.size();for (int i=curSize; i<len; i++) {imgByteToWrite.add(0);}}public void makeFllopy()   {try {DataOutputStream out = new DataOutputStream(new FileOutputStream("system.img"));for (int i = 0; i < imgByteToWrite.size(); i++) {out.writeByte(imgByteToWrite.get(i).byteValue());}} catch (Exception e) {// TODO Auto-generated catch blocke.printStackTrace();}}public static void main(String[] args) {OperatingSystem op = new OperatingSystem("boot.bat");op.makeFllopy();}
}

参考资料：

Linux操作系统, 构建自己的内核

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用java和汇编开发一个Hello World系统内核

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1 汇编实现

1.1 汇编实现

1.2 使用nasm编译器进行编译

2 利用java生成软盘文件

2.1 利用java生成软盘文件的代码如下

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