30天自制操作系统 pdf_30天自制操作系统-汇编实现初版镜像

上篇文章为了吸引读者（其实也没吸引几个人），先介绍了怎么让自己的系统镜像跑起来

VictorYXL：30天自制操作系统-初版镜像和启动zhuanlan.zhihu.com

这篇回归正题，介绍这个镜像的实现。

系统引导扇区

一个操作系统，想要被BIOS找到，依靠的就是引导扇区。所以操作系统的第一步就是实现引导扇区，上一篇的镜像其实就是一个引导扇区+空的系统，这篇的重点就是怎么实现引导扇区。

关于汇编语言，书中用的工具是作者自己写的nask工具，我这里还是用通用的nasm给大家介绍。实现引导的code在这里，是我第一版代码的整理，以后的代码也都放在这里。

VictorYXL/MyOSRefinegithub.com

2.13.03下测试可以运行，和作者代码差距不大，整个代码包含四段，前三段是512个字节的引导扇区，最后是引导扇区以外的内容。

引导扇区的实现

第一段指明程序加载的位置。

    ORG     0x7c00

ORG命令指明将整个程序加载到内存的0x7c00处，0x7c00是人为规定的地址，不能更改。

第二段标准FAT12格式软盘的结构

为了方便大家理解，我加了一些中文注释

; Format of floppy disk in fat12JMP     entry           ; JMP跳转指令，跳转到目标内存地址; 注意1 这列的跳转指的是计算机执行时候的跳转，而不是汇编的时候跳转; 注意2 entry表示entry代码段在内存中的起始位置DB      0x90            ; DB，DD和DW分别是向镜像中写单字节，双字节和四字节DB      "MyOS IPL"      ; 写入启动区名字，必须是8字节DW      512             ; 启动扇区大小512字节DB      1               ; 1个簇大小是1个扇区DW      1               ; FAT从第一个扇区启动DB      2               ; FAT个数为2个DW      224             ; 根目录大小224DW      2880            ; 磁盘包含2880个扇区DB      0xf0            ; 磁盘种类必须为0xf0DW      9               ; FAT长度为9扇区DW      18              ; 1个磁道18个扇区DW      2               ; 2个磁头DD      0               ; 不使用分区DD      2880            ; 同上，磁盘大小DB      0, 0, 0x29      ; 无意义，固定这么写DD      0xffffffff      ; 无意义，固定这么写DB      "MyOS       "   ; 磁盘名，11字节DB      "FAT12   "      ; 磁盘格式名，8字节RESB    18              ; 空18个字节，填充0x00

这里的代码基本都是写死的，如果对磁头磁道扇区这些概念不熟悉，后面在读写磁盘的时候也会讲到，其他的细节都是基于fat12格式软盘的信息，不必细究。

第三段是核心代码，调用中断显示Hello, world

初始化寄存器

这里先简单介绍下寄存器，对此比较了解的同学可以跳过。寄存器是CPU里的存储电路，存储CPU需要处理的数据和处理的结果，这里使用的是16位寄存器，主要的是以下几个（图来自书本）。

基础寄存器

段寄存器

其中基础寄存器的前四种可以拆分为高位和低位单独处理，如AX包含AL(低位)和AH(高位)。在32位电脑中用EAX、ECX等表示32为寄存器，我们这里使用16位寄存器就够了，对各个寄存器作用这里只做简单介绍，更多细节不清楚的同学自己百度下吧。

; Boot kernel
entry:; Init registerMOV     AX, 0MOV     SS, AXMOV     SP, 0x7c00MOV     DS, AXMOV     ES, AXMOV     SI, msg

SS:SP是指向栈顶的单元，这里通过AX赋值成0:0x7c00，指向我们这段代码本身，并且初始化DS和ES为0，最后把msg的地址赋给SI，和entry一样，msg也是代码段的起始位置，。

接下来进入循环打印的阶段

; Loop: print string with interrupt
print:MOV     AL, [SI]ADD     SI, 1CMP     AL, 0JE      endMOV     AH, 0x0eMOV     BX, 15INT     0x10JMP     print

这里的核心就是打印SI的内容，[SI]表示SI内存中的值，理解成C语言的指针，SI和[SI]的关系大概就是就是p和*p的关系。把SI指向的字符赋给AX的低位，SI自身再向后移动一位，接下来是判断，CMP和JE实现，如果CMP的两个值相同则跳转到JE的内容，这里就是判断如果读到了0字符则进入end。后面是调用0x10中断显示字符，调用的格式如下:

0x10中断

中断结束再跳回到开头继续打印。

打印结束

; Wait
end:HLTJMP     end

这段是打印结束的等待，HLT是操作系统交出CPU控制权等待外部信号，我们这里不做任何处理，表示程序结束。

打印内容

; msg
msg:DB      0x0a, 0x0a, 0x0aDB      "Hello,world!"DB      0x0aDB      0

这段很好理解, 0x0a是换行，中间是要打印的字符串，最后的0是结束标志，对应前面循环打印的结束。

引导扇区结尾

; Boot endTIMES   510 - ($ - $$) DB 0DB      0x55, 0xaa

引导区最后一段是引导扇区结束，引导扇区结束一定要以0x55, 0xaa结束，所以前面补充在510字节前补充0。TIMES的重复执行，格式是TIMES 循环次数执行内容，$ 和 $$分别表示当前地址和段首地址，所以就是到当前职位到510字节前全部写0，最后写上0x55, 0xaa两个字节结束。

第四段是引导扇区意外的内容

; Output outside booting sectionDB      0xf0, 0xff, 0xff, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00RESB    4600DB      0xf0, 0xff, 0xff, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00RESB    1468432

满足2880*512个字节就好，内容不重要，反正也不会被执行。

执行汇编

最后用nasm将这段汇编翻译成机器码。

nasm IPL.nsm -o MyOS.img

如果对汇编不是很熟悉，在写这段汇编的时候，一定要想明白自己是在填充镜像的内容，还是在模拟镜像的运行，否则很容易陷入结构上的混乱，是在不行就多写几次。

写的比较随意，如有疏漏欢迎指正。

TIMES 0x510 - ($ - $$) DB 0

处有失误，应该是

TIMES 510 - ($ - $$) DB 0

感谢 @qiujian2008 的指正。