加载Loader.bin

1、突破512字节的限制

2、加载Loader进入内存

一、突破512字节的限制

一个操作系统从开机到开始运行，大致经历"引导—》加载内核入内存—》跳入保护模式—》开始执行内核"这样一个过程。也就是说，在内核开始执行之前不但要加载内核，还要准备保护模式等一系列工作，如果全部交给引导扇区来做，512字节很可能不够用，所以，不放把这个过程交给另外的模块来完成，我们把这个模块叫做Loader。引导扇区负责把Loader加载如内存并且把控制权交它，其他的工作放心地交给 Loader来做，因为它没有512字节的限制，将会灵活很多。

二、加载Loader进入内存

上一节我们已经详细介绍了FAT12文件系统的数据结构，下面我们需要思考的是两个问题：1、引导扇区通过怎样的步骤才能找到文件；2、如何能够把文件内容全都读出来并加载进入内存。

下面我们先解决第一个问题：

1、如何读取软盘？

(1) 我们需要使用BIOS中断int 13h来读取软盘。它的用法如下表所示：

在这里我们只介绍了2种工作方式，中断int 13h还有其他的工作方式，如果需要可以自行查看内容。

(2) 由上表我们可以知道：当读取某些扇区时，需要柱面（磁道）号(ch)，起始扇区号(cl)，磁头号(dh)。我们如何通过计算得到这些数据呢？

(3) 现在万事俱备只欠东风了，下面我们就书写读取软盘扇区的函数ReadSector。

首先我们要知道该函数需要什么参数，这些参数存储在什么位置？

参数1：扇区号，存储在ax中

参数2：要读取扇区的个数，存储在cl中

参数3：数据缓冲区，即读取扇区数据后，将其存储在什么位置，用es:bx指向该缓冲区。

即函数的作用：从第ax个Sector开始，将cl个Sector读入es:bx中。

;函数名：ReadSector
;------------------------------------------------------
;作用：从第ax个Sector开始，将cl个Sector读入es:bx中
ReadSector:  ;---------------------------------------------  ;怎样由扇区号求扇区在磁盘中的位置（扇区号->柱面号，起始扇区，磁头号）  ;---------------------------------------------  ;设扇区号为x  ;                           ┌ 柱面号 = y >> 1  ;       x           ┌ 商 y ┤  ; -------------- => ┤      └ 磁头号 = y & 1  ;  每磁道扇区数     │  ;                   └ 余 z => 起始扇区号 = z + 1  ;辟出两个字节的堆栈区间保存要读取的扇区数：byte[bp-2]  push bp  mov bp, sp  sub esp, 2            mov byte[bp-2], cl      ;将参数cl，存储在byte[bp-2]，将要读取扇区的个数。  push bx             ;保存bx，因为下面要使用bx进行计算。  mov bl, [BPB_SecPerTrk]     ;bl:除数=18  ;ax存储的是扇区号，bl是每磁道扇区数，执行ax/bl=al----ah，  ;即商y在al中，商z在ah中。  div bl                inc ah              ;ah(z)++，即起始扇区号=z+1,  mov cl, ah          ;将ah值赋值给cl,中断int 13h中，cl保存的恰好是起始扇区号  mov dh, al          ;将al(y)，赋值给dh  shr al, 1           ;对al(y)进行右移一位，即得到柱面号=y>>1，  mov ch, al          ;然后将al赋值给ch，在中断int 13h中，ch保存着柱面(磁道)号  and dh, 1           ;将dl(y)进行&1运算，即得到磁头号=y&1，在中断int 13h中，dh保存着  ;磁头号  pop bx              ;恢复bx值  ;到此为止，“柱面(磁道)号(ch)，起始扇区号(cl)，磁头号(dh)，缓冲地址(es:bx)”全部准备就绪  mov dl, [BS_DrvNum]     ;在中断int 13中，dl保存着驱动器号。此时dl=[BS_DrvNum]=0
.GoOnReading:  ;下面对ah,al进行赋值，ah=2,al=要读取的扇区数，前面将参数cl存储在byte[bp-2]，现在从这里重新获取  ;并赋值给al。  mov ah, 2  mov al, byte[bp-2]  ;中断int 13一切准备就绪，然后执行int 13  int 13h  jc  .GoOnReading        ;如果读取错误，CF会被置为1，这时就不停地读，直到正确为止。  add esp, 2          ;恢复堆栈  pop bp  ret

2、如何在软盘中寻找Loader.bin文件

(1) 结合上一节所介绍的FAT12数据结构，从中我们可以知道，要寻找一个文件，首先需要在根目录区中寻找该文件的根目录条目；然后根据根目录条目获取文件开始簇数（也就是在数据区中存储的扇区）；最后读取文件内容到内存。

(2) 嗯，是的，下面就让我们来完成第一步-----在根目录区中寻找该文件的根目录条目。

让我们开始思考这个问题，

首先要知道根目录区的开始扇区号是19，也就是说从第19扇区开始，根目录区占用扇区总数为14，也就是说，如果不能发现Loader.bin，需要将14个扇区都进行查找，于是需要一个大的循环在外围，控制着扇区的读取。

紧接着，我们每读取一个扇区，一个扇区是512个字节，一个根目录条目占32个字节，故一个扇区中存在512/32=16个根目录条目，所以需要添加一个循环，控制根目录条目的变化，从0—16进行循环。

最后，针对每一个根目录条目，我们只是要比较文件名，一个根目录条目的文件名占用11个字节，所以需要对每一个字节与"LOADER BIN"中的每一个字节进行比较，所以还是要添加一个循环，来控制字符的变化，即从0—11.

用C语言来表示该问题就是：

for( i = 根目录区的起始扇区号(19); i < 根目录区占有的扇区数(14); i++) {

for( j = 0;j < 一个扇区内存储的根目录条目个数(512/32=16); j++) {

for(k =0; k < 根目录条目中文件名占用的空间(11个字符); k++) {

if(k=10)jmp LABEL_FILENAMEFOUND

if(ds:si= es:di) si++; di++;

else break;

}

(3) 下面让我们来分析代码：

首先需要介绍下面可能需要用到的几个变量值:

BaseOfLoader equ 09000h ;LOADER.BIN被加载到的位置---段地址

OffsetOfLoader equ 0100h ;LOADER.BIN被加载到的位置---偏移地址

RootDirSectors equ 14 ;根目录占用空间(BPB_RootEntCnt*32+511)/512

SectorNoOfRootDirectory equ 19 ;Root Directory 的第一个扇区号

;变量

wRootDirSizeForLoop dw RootDirSectors ;Root Directory占用的扇区数，在循环中会递减至0

wSectorNo dw 0 ;要读取的扇区号

bOdd db 0 ;奇数还是偶数

;字符串

LoaderFileName db "LOADER BIN", 0 ;LOADER.BIN之文件名

;调用中断int 13h，实现软驱复位  xor ah, ah  xor dl, dl  int 13h   ;下面在A盘的根目录中寻找LOADER.BIN  ;wSectorNo表示要读取的扇区号，SectorNoOfRootDirectory  ;表示根目录区的开始扇区号=19  mov word[wSectorNo], SectorNoOfRootDirectory
LABEL_SEARCH_IN_ROOT_DIR_BEGIN:  ;wRootDirSizeForLoop=RootDirSectors，表示根目录占用的扇区数，即表示要读取的扇区数；也就是  ;最外部循环中的控制变量(相当于i)。  ;判断根目录区所有扇区是不是已经读取完毕，如果读完表示没有找到LOADER.BIN，  ;跳入到LABEL_NO_LOADERBIN，否则，减1。  cmp word[wRootDirSizeForLoop], 0  jz  LABEL_NO_LOADERBIN            dec word[wRootDirSizeForLoop]  ;为ReadSector函数准备参数，从第ax个Sector开始读，将cl个Sector读入es:bx中  mov ax, BaseOfLoader  mov es, ax      ;es<-BaseOfLoader  mov bx, OffsetOfLoader  ;bx<-OffsetOfLoader,于是es:bx=BaseOfLoader:OffsetOfLoader  mov ax, [wSectorNo] ;ax<-Root Directory中的某Sector号，表示要读取的扇区号  mov cl, 1       ;cl表示要读取扇区个数=1  call    ReadSector  ;调用ReadSector函数之后，es:bx将存储该扇区数据。  mov si, LoaderFileName  ;ds:si->"LOADER  BIN"  mov di, OffsetOfLoader  ;es:di->BaseOfLoader:OffsetOfLoader=es:bx  ;即es:di指向存储的该扇区数据  cld  ;一个扇区是512个字节，一个根目录项占32个字节，故512/32=16，因此需要比较16个根目录项的文件名，  ;故赋值dx=16，由dx来控制循环次数  mov dx, 10h
LABEL_SEARCH_FOR_LOADERBIN:  ;判断dx是否为0，0意味着这个扇区内的所有根目录项进行比较完毕，然后跳入到下一个扇区，继续进行比较，  ;dx=0,则跳入LABEL_GOTO_NEXT_SECTOR_IN_ROOT_DIR；否则，dx--  cmp dx, 0  jz  LABEL_GOTO_NEXT_SECTOR_IN_ROOT_DIR    dec dx  ;一个根目录项的文件名占用11个字节，故必须对其每个字节与"LOADER  BIN"一一对比  ;故赋值cx=11，由cx来控制循环次数  mov cx, 11
LABEL_CMP_FILENAME:  cmp cx, 0  jz LABEL_FILENAME_FOUND ;如果cx=0,意味着11个字符都相等，表示找到，跳转到LABEL_FILENAME_FOUND  dec cx          ;否则，cx--  lodsb           ;ds:si->al,ds:si指向的是字符串"LOADER  BIN"  cmp al, byte[es:di] ;进行一个字符的比较，如果相等，则比较下一个字符，  jz LABEL_GO_ON      ;跳入到LABEL_GO_ON  jmp LABEL_DIFFERENT ;只要发现有一个不相等的字符就表明本Directory Entry不是我们要  ;找的LOADER.BIN，跳转到LABEL_DIFFERENT，进如下一个Directory Entry比较。
LABEL_GO_ON:              inc di          ;将di++，进行一个字符的比较。  jmp LABEL_CMP_FILENAME  ;跳转到LABEL_CMP_FILENAME，继续进行文件名比较。  LABEL_DIFFERENT:  ;di&=E0是为了让它指向本条目开头，di初始化为某个条目开头，  ;在比较过程中，会将它不断增1，当失败之后，必须进行重新初始化  ;因为一个条目占用32个字节，故and di,0FFE0h   add di, 20h  ;之后，di就指向了下一个条目  and di, 0FFE0h                add di, 20h   ;重新初始化si,使其指向"LOADER  BIN"的开始位置  mov si, LoaderFileName            jmp LABEL_SEARCH_FOR_LOADERBIN  ;跳转到LABEL_SEARCH_FOR_LOADERBIN  LABEL_GOTO_NEXT_SECTOR_IN_ROOT_DIR:   add word[wSectorNo], 1      ;将要读取的扇区号+1，进行下一个扇区的比较  jmp LABEL_SEARCH_IN_ROOT_DIR_BEGIN  ;跳转到LABEL_SEARCH_IN_ROOT_DIR_BEGIN，开始一个扇区的比较  ;如果最后没有找到"LOADER   BIN"，则显示“NO LOADER”字符串来表示。
LABEL_NO_LOADERBIN:  mov dh, 2               ;"NO LOADER"  call DispStr                ;显示字符串
%ifdef  _BOOT_DEBUG_  mov dh, 2               ;"NO LOADER"  call DispStr                ;显示字符串  mov ax, 4C00h  int 21h                 ;没有找到LOADER.BIN，返回到DOS
%else     jmp $                   ;没有找到LOADER.BIN，死循环在这里
%endif  ;如果找到"LOADER   BIN"，则跳转到LABEL_FILENAME_FOUNT，然后进行第二步骤，从  ;Directory Entry中读取文件在数据区的开始簇号。
LABEL_FILENAME_FOUND:

(4) 对上面这段代码画出它的简易流程图如下：

3、如何将Loader.bin文件加载到内存？

现在我们已经有了Loader.bin的起始扇区号，我们需要用这个扇区号来做两件事情：一件是把起始扇区装入内存，另一件则是通过它找到FAT中的项，从而找到Loader占用的其余所有扇区。

此时装入一个扇区对我们来说已经是很轻松的事了，可从FAT中找到一个项还是多少有些麻烦，下面我们就根据扇区号去FAT表中找到相应的项。在这里，将要写一个函数GetFATEntry，函数的输入就是扇区号(ax)，输出则是其对应的FAT项的值(ax)。

我们一起来思考这个函数如何去实现，我们知道了扇区号x，然后我们去FAT1中寻找x所对应的FATEntry，我们已经知道一个FAT项占1.5个字节。所以我们用x*3/2=y………z，y为商（偏移量)（字节），相对于FAT1的初始位置的偏移量；Z为余数（0或者1），是判断FATEntry是奇数还是偶数，0表示偶数，1表示奇数。然后我们让y/512=m………n，m为商，n为余数，此时m为FATEntry所在的相对扇区，n为在此扇区内的偏移量（字节）。因为FAT1表前面还有1个引导扇区，所以FATEntry所在的实际扇区号为m+1。然后读取m+1和m+2两个扇区，然后在偏移n个字节处，取出FATEntry，相当于读取两个字节。此时再利用z，如果z为0的话，此FAT项为前一个字节和后一个字节的后4位，如果z为1的话，此FATEntry取前一个字节的前4位和后一个字节。

下面我们实现GetFATEntry函数，函数的输入就是扇区号，输出则是其对应的FATEntry的值。