操作系统原理（哈工大-李治军老师）操作系统引导
2024-06-04 11:32:18
操作系统引导
开始试验之前先了解汇编语言为前提
第一步 完成 bootsect.s 的屏幕输出功能
- 进入目录
cd /home/shiyanlou/oslab
- 解压
tar -zxvf hit-oskab
- 进入oslab/linux-0.11/boot目录
cd oslab/linux-0.11/boot
- 进入bootsect.s粘贴以下内容
entry _start
_start:mov ah,#0x03xor bh,bhint 0x10mov cx,#36mov bx,#0x0007mov bp,#msg1mov ax,#0x07c0mov es,axmov ax,#0x1301int 0x10
inf_loop:jmp inf_loop
msg1:.byte 13,10.ascii "Hello OS world, my name is LZJ".byte 13,10,13,10
.org 510
boot_flag:.word 0xAA55
- 在目录执行下面两个命令编译和链接
$ as86 -0 -a -o bootsect.o bootsect.s
$ ld86 -0 -s -o bootsect bootsect.o
- 其中 bootsect.o 是中间文件。bootsect 是编译、链接后的目标文件。
需要留意的文件是 bootsect 的文件大小是 544 字节，而引导程序必须要正好占用一个磁盘扇区，即 512 个字节。造成多了 32 个字节的原因是 ld86 产生的是 Minix 可执行文件格式，这样的可执行文件处理文本段、数据段等部分以外，还包括一个 Minix 可执行文件头部，它的结构如下：
struct exec {unsigned char a_magic[2]; //执行文件魔数unsigned char a_flags;unsigned char a_cpu; //CPU标识号unsigned char a_hdrlen; //头部长度，32字节或48字节unsigned char a_unused;unsigned short a_version;long a_text; long a_data; long a_bss; //代码段长度、数据段长度、堆长度long a_entry; //执行入口地址long a_total; //分配的内存总量long a_syms; //符号表大小
};
6 char（6 字节）+ 1 short（2 字节） + 6 long（24 字节）= 32，正好是 32 个字节，去掉这 32 个字节后就可以放入引导扇区了。
- 剔除生成的bootsect的字节数由 544修改到512
shiyanlou@3a7e1252e814:~/oslab/oslab/linux-0.11/boot$ ls -la
\u603b\u7528\u91cf 36
drwxr-xr-x 2 shiyanlou shiyanlou 4096 3\u6708 27 12:08 .
drwxr-xr-x 10 shiyanlou shiyanlou 4096 8\u6708 23 2011 ..
-rwxrwxr-x 1 shiyanlou shiyanlou 544 3\u6708 27 12:08 bootsect
-rw-rw-r-- 1 shiyanlou shiyanlou 164 3\u6708 27 12:08 bootsect.o
-rw-r--r-- 1 shiyanlou shiyanlou 340 3\u6708 27 12:04 bootsect.s
-rw-r--r-- 1 shiyanlou shiyanlou 5938 8\u6708 28 2008 head.s
-rw-r--r-- 1 shiyanlou shiyanlou 5362 8\u6708 28 2008 setup.s
shiyanlou@3a7e1252e814:~/oslab/oslab/linux-0.11/boot$ dd bs=1 if=bootsect of=Image skip=32
\u8bb0\u5f55\u4e86512+0 \u7684\u8bfb\u5165
\u8bb0\u5f55\u4e86512+0 \u7684\u5199\u51fa
512\u5b57\u8282(512 B)\u5df2\u590d\u5236\uff0c0.00162956 \u79d2\uff0c314 kB/\u79d2
shiyanlou@3a7e1252e814:~/oslab/oslab/linux-0.11/boot$ ls
bootsect bootsect.o bootsect.s head.s Image setup.s
- 拷贝生成的Image镜像到linux-0.11目录下
shiyanlou@3a7e1252e814:~/oslab/oslab/linux-0.11/boot$ cp -rvf Image ../
"Image" -> "../Image"
- 去oslavb目录下run吧执行脚本即可
shiyanlou@3a7e1252e814:~/oslab/oslab/linux-0.11/boot$ cp -rvf Image ../
"Image" -> "../Image"
至此完成 bootsect.s 的屏幕输出功能
第二步bootsect.s 读入 setup.s
- 进入目录
/home/shiyanlou/oslab/oslab/linux-0.11/boot
- 修改setup.s文件的内容添加如下
_start:mov ah,#0x03xor bh,bhint 0x10mov cx,#25mov bx,#0x0007mov bp,#msg2mov ax,cs ! 这里的cs其实就是这段代码的段地址mov es,axmov ax,#0x1301int 0x10
inf_loop:jmp inf_loop
msg2:.byte 13,10.ascii "Now we are in SETUP".byte 13,10,13,10
.org 510
boot_flag:.word 0xAA55- 接着需要编写bootsect.s中载入setup.s的关键代码
所有需要的功能在原版 bootsect.s 中都是存在的，我们要做的仅仅是将这些代码添加到新的 bootsect.s 中去。
除了新增代码，我们还需要去掉在 bootsect.s 添加的无限循环。
- 新增bootsect.s的代码，去掉bootsect.s添加的无限循环
SETUOLEN=2 ! 读入的扇区数
SETUPSEG=0x07e0 ! setup代码的段地址
entry _start
_start:mov ah,#0x03 ! 设置功能号xor bh,bh ! 将bh置0int 0x10 ! 返回行号和列号，供显示串用mov cx,#52 ！要显示的字符串长度mov bx,#0x0007 ! bh=0,bl=07(正常的黑底白字)mov bp,#msg1 ! es:bp 要显示的字符串物理地址mov ax,#0x07c0 ! 将es段寄存器置为#0x07c0mov es,ax mov ax,#0x1301 ! ah=13(设置功能号),al=01(目标字符串仅仅包含字符，属性在BL中包含，光标停在字符串结尾处)int 0x10 ! 显示字符串! 将setup模块从磁盘的第二个扇区开始读到0x7e00
load_setup:mov dx,#0x0000 ! 磁头=0；驱动器号=0mov cx,#0x0002 ! 磁道=0；扇区=2mov bx,#0x0200 ! 偏移地址mov ax,#0x0200+SETUPLEN ! 设置功能号；需要读出的扇区数量int 0x13 ! 读磁盘扇区到内存jnc ok_load_setup ! CF=0(读入成功)跳转到ok_load_setup mov dx,#0x0000 ! 如果读入失败，使用功能号ah=0x00————磁盘系统复位mov ax,#0x0000int 0x13jmp load_setup ! 尝试重新读入ok_load_setup:jmpi 0,SETUPSEG ! 段间跳转指令，跳转到setup模块处(0x07e0:0000)! 字符串信息
msg1:.byte 13,10 ! 换行+回车.ascii "Welcome to the world without assembly language".byte 13,10,13,10 ! 换行+回车! 将
.org 510! 启动盘具有有效引导扇区的标志。仅供BIOS中的程序加载引导扇区时识别使用。它必须位于引导扇区的最后两个字节中
boot_flag:.word 0xAA55
- 在 Ubuntu 下，进入 linux-0.11 目录后，使用下面命令（注意大小写）
$ make BootImage
- 会有报错信息这是正常现象
as86 -0 -a -o boot/bootsect.o boot/bootsect.s
ld86 -0 -s -o boot/bootsect boot/bootsect.o
as86 -0 -a -o boot/setup.o boot/setup.s
ld86 -0 -s -o boot/setup boot/setup.o
gcc -m32 -g -Wall -O2 -fomit-frame-pointer \-o tools/build tools/build.c
tools/build.c: \u5728\u51fd\u6570\u2018main\u2019\u4e2d:
tools/build.c:118:2: \u8b66\u544a\uff1a \u63d0\u9886\u7c7b\u578b\u53cc\u5173\u7684\u6307\u9488\u5c06\u7834\u574f\u5f3a\u91cd\u53e0\u89c4\u5219 [-Wstrict-aliasing]
tools/build.c:147:2: \u8b66\u544a\uff1a \u63d0\u9886\u7c7b\u578b\u53cc\u5173\u7684\u6307\u9488\u5c06\u7834\u574f\u5f3a\u91cd\u53e0\u89c4\u5219 [-Wstrict-aliasing]
tools/build boot/bootsect boot/setup none > Image
Root device is (3, 1)
Boot sector 512 bytes.
Setup is 512 bytes.
Unable to open 'system'
make: *** [BootImage] \u9519\u8bef 1
- 打个小补丁进入下面文件注释掉178-190行
$ vim ./tools/build.c
- 重新编译即可
shiyanlou@32d27690b4d9:~/oslab/oslab/linux-0.11$ make BootImage
- 然后run一下脚本就行了
至此完成bootsect.s 读入 setup.s
第三步setup.s 获取基本硬件参数
- 进入目录shiyanlou@32d27690b4d9:~/oslab/oslab/linux-0.11/boot/bootsect.s 添加下列参数
INITSEG = 0x9000 ! 参数存放位置的段地址
entry _start
_start:
! 打印 "NOW we are in SETUP"mov ah,#0x03xor bh,bhint 0x10mov cx,#25mov bx,#0x0007mov bp,#msg2mov ax,csmov es,axmov ax,#0x1301int 0x10! 获取光标位置mov ax,#INITSEGmov ds,axmov ah,#0x03xor bh,bhint 0x10 ! 返回：dh = 行号；dl = 列号mov [0],dx ! 存储到内存0x9000:0处! 获取内存大小mov ah,#0x88int 0x15 ! 返回：ax = 从0x100000(1M)处开始的扩展内存大小(KB)mov [2],ax ! 将扩展内存数值存放在0x90002处（1个字）! 读第一个磁盘参数表复制到0x90004处mov ax,#0x0000mov ds,axlds si,[4*0x41] ! 把低字(2B)置为偏移地址，高字(2B)置为段地址mov ax,#INITSEGmov es,axmov di,#0x0004mov cx,#0x10 ! 重复16次，即传送16Brepmovsb ! 按字节传送! 打印前的准备mov ax,csmov es,axmov ax,#INITSEGmov ds,ax! 打印"Cursor position:"mov ah,#0x03xor bh,bhint 0x10mov cx,#18mov bx,#0x0007mov bp,#msg_cursormov ax,#0x1301int 0x10! 打印光标位置mov dx,[0]call print_hex! 打印"Memory Size:"mov ah,#0x03xor bh,bhint 0x10mov cx,#14mov bx,#0x0007mov bp,#msg_memorymov ax,#0x1301int 0x10! 打印内存大小mov dx,[2]call print_hex! 打印"KB"mov ah,#0x03xor bh,bhint 0x10mov cx,#2mov bx,#0x0007mov bp,#msg_kbmov ax,#0x1301int 0x10! 打印"Cyls:" mov ah,#0x03xor bh,bhint 0x10mov cx,#7mov bx,#0x0007mov bp,#msg_cylesmov ax,#0x1301int 0x10! 打印柱面数 mov dx,[4]call print_hex! 打印"Heads:"mov ah,#0x03xor bh,bhint 0x10mov cx,#8mov bx,#0x0007mov bp,#msg_headsmov ax,#0x1301int 0x10! 打印磁头数mov dx,[6]call print_hex! 打印"Sectors:"mov ah,#0x03xor bh,bhint 0x10mov cx,#10mov bx,#0x0007mov bp,#msg_sectorsmov ax,#0x1301int 0x10mov dx,[18]call print_hexinf_loop:jmp inf_loop! 上面的call都转到这里
print_hex:mov cx,#4 ! dx(16位)可以显示4个十六进制数字
print_digit:rol dx,#4 ! 取 dx 的高4比特移到低4比特处mov ax,#0xe0f ! ah = 请求的功能值(显示单个字符)，al = 半字节(4个比特)掩码and al,dl ! 前4位会被置为0add al,#0x30 ! 给 al 数字加上十六进制 0x30cmp al,#0x3a ! 比较看是否大于数字十jl outp ! 是一个不大于十的数字则跳转add al,#0x07 ! 否则就是a~f，要多加7
outp:int 0x10 ! 显示单个字符loop print_digit ! 重复4次ret ! 打印换行回车
print_nl:mov ax,#0xe0d ! CRint 0x10mov al,#0xa ! LFint 0x10retmsg2:.byte 13,10.ascii "NOW we are in SETUP".byte 13,10,13,10
msg_cursor:.byte 13,10.ascii "Cursor position:"
msg_memory:.byte 13,10.ascii "Memory Size:"
msg_cyles:.byte 13,10.ascii "Cyls:"
msg_heads:.byte 13,10.ascii "Heads:"
msg_sectors:.byte 13,10.ascii "Sectors:"
msg_kb:.ascii "KB".org 510
boot_flag:.word 0xAA55
Memory Size 是 0x3C00KB，算一算刚好是 15MB（扩展内存），加上 1MB 正好是 16MB。
- 看看 Bochs 配置文件 bochs/bochsrc.bxrc：
注意三个点要跟图片一致才可以
!……
megs: 16
!……
ata0-master: type=disk, mode=flat, cylinders=204, heads=16, spt=38
!……
- 然后继续Make Image 编译 RUN吧
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