哈工大操作系统实验楼实验二操作系统的引导

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2022-12-10 约 3028 字预计阅读 7 分钟

实验楼实验二操作系统的引导

原文地址

bootsec.s文件

编写bootsec.s文件

在 oslab/linux-0.11/boot目录下将原来的bootsect.s改名为bootsect.s.bak，即执行命令

$ mv bootsect.s bootsect.s.bak

并新建一个并编写bootsect.s，命令如下：

$ vim bootsect.s

代码如下：

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entry _start
_start:
    !读入光标位置
    mov ah,#0x03
    xor bh,bh
    int 0x10

    !字符串msg1长度
    mov cx,#378 
    !第 0 页，属性 7（正常）
    mov bx,#0x0007
    !字符串msg1
    mov bp,#msg1 
    !es:bp 是显示字符串的地址
    !相比与 linux-0.11 中的代码，需要增加对 es 的处理，因为原代码中在输出之前已经处理了 es
    mov ax,#0x07c0
    mov es,ax 
    !写入字符串，移动光标
    mov ax,#0x1301
    int 0x10!BIOS中断
! 设置一个无限循环
inf_loop:
    jmp inf_loop
msg1:
    .byte   13,10
    .ascii "#     #"
    .byte   13,10
    .ascii "##   ##   #   #   ####    #####     #     ####     ##    #"
    .byte   13,10
    .ascii "# # # #    # #   #          #       #    #    #   #  #   #"
    .byte   13,10
    .ascii "#  #  #     #     ####      #       #    #       #    #  #"
    .byte   13,10
    .ascii "#     #     #         #     #       #    #       ######  #"
    .byte   13,10
    .ascii "#     #     #    #    #     #       #    #    #  #    #  #"
    .byte   13,10
    .ascii "#     #     #     ####      #       #     ####   #    #  ######"
    .byte   13,10,13,10
! boot_flag 必须在最后两个字节
.org 510
! 设置引导扇区标记 0xAA55
! 必须有它，才能引导
boot_flag:
    .word   0xAA55

编译

在boot目录下，执行下面的命令：

编译

$ as86 -0 -a -o bootsect.o bootsect.s

-0(是数字'0’)以16位代码段运行，当使用了高于8086指令集的指令时警告

-a 使汇编程序部分兼容于Minix asld.交换了[]与()的用法，并且改变了一些16位跳转与调用的语法(“jmp @(bx)” 就成了一个合法的指令),生成与 GNU as 和 ld 部分兼容的代码

链接

$ ld86 -0 -s -o bootsect bootsect.o

-0(是数字零)产生具有16bit魔数的头结构，并且对-lx选项使用i86子目录

-s 告诉链接器 ld86 去除最后生成的可执行文件中的符号信息

生成文件

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-rwxrwxr-x  1 root root   544 Aug  5 18:09 bootsect*
-rw-rw-r--  1 root root   511 Aug  5 18:08 bootsect.o
-rw-rw-r--  1 root root   862 Aug  5 18:08 bootsect.s

其中 bootsect.o 是中间文件;bootsect 是编译、链接后的目标文件,也就是可执行文件

运行

需要注意的文件是 bootsect 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。多出来的32字节是Minix可执行文件头部，去掉这 32 个字节后就可以放入引导扇区了。可以使用dd命令进行处理

$ dd -bs=1 if=bootsect of=Image skip=32

之后复制该文件到linux-0.11目录下，并运行系统查看显示结果

$ cp ./Image ../Image

运行
!注意目前还位于/oslab/linux-0.11/boot下

$ ../../run

运行截图：

setup.s文件

编写setup.s文件

在

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entry _start
_start:
    !读入光标位置
    mov ah,#0x03
    xor bh,bh
    int 0x10

    !字符串msg2长度
    mov cx,#25 
    !第 0 页，属性 7（正常）
    mov bx,#0x0007
    !字符串msg2
    mov bp,#msg2 
    !es:bp 是显示字符串的地址
    !使用cs的值修改es的值
    mov ax,cs
    mov es,ax 
    !写入字符串，移动光标
    mov ax,#0x1301
    !BIOS中断
    int 0x10
! 设置一个无限循环
inf_loop:
    jmp inf_loop
msg2:
    .byte   13,10
    .ascii "Now we are in SETUP"
    .byte   13,10,13,10
! boot_flag 必须在最后两个字节
.org 510
! 设置引导扇区标记 0xAA55
! 必须有它，才能引导
boot_flag:
    .word   0xAA55

修改前面写的 bootsect.s

我们需要编写 bootsect.s 中载入 setup.s 的关键代码

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load_setup:
! 设置驱动器和磁头(drive 0, head 0): 软盘 0 磁头 0
    mov dx,#0x0000
! 设置扇区号和磁道(sector 2, track 0): 0 磁道、2 扇区
    mov cx,#0x0002
! 设置读入的内存地址：BOOTSEG+address = 512，偏移512字节
    mov bx,#0x0200
! 设置读入的扇区个数(service 2, nr of sectors)，
! SETUPLEN是读入的扇区个数，Linux 0.11 设置的是 4，
! 我们不需要那么多，我们设置为 2（因此还需要添加变量 SETUPLEN=2）
    mov ax,#0x0200+SETUPLEN
! 应用 0x13 号 BIOS 中断读入 2 个 setup.s扇区
    int 0x13
! 读入成功，跳转到 ok_load_setup: ok - continue
    jnc ok_load_setup
! 软驱、软盘有问题才会执行到这里。我们的镜像文件比它们可靠多了
    mov dx,#0x0000
! 否则复位软驱 reset the diskette
    mov ax,#0x0000
    int 0x13
! 重新循环，再次尝试读取
    jmp load_setup
ok_load_setup:
! 接下来要干什么？当然是跳到 setup 执行。
! 要注意：我们没有将 bootsect 移到 0x9000，因此跳转后的段地址应该是 0x7e0
! 即我们要设置 SETUPSEG=0x07e0

个人理解： load_setup主要是将指定位置（0磁道2扇区）和数量（这里是SETUPLEN=2）的扇区读入内存（es:bx=07c0H:0200H即地址(07c0H✖10)+200H=07e00H）,再将(cs:ip指向07e0:0000)执行setup部分的代码

补充：入口参数： AH＝02H(功能号:02H 表示读扇区)
AL＝扇区数
CH＝柱面
CL＝扇区
DH＝磁头
DL＝驱动器，00H ~ 7FH:软盘;80H ~ 0FFH:硬盘
ES:BX＝缓冲区的地址（读出数据的缓冲区地址）出口参数: 若出错则CF示志置位 CF＝0——操作成功，AH＝00H，AL＝传输的扇区数，否则，AH＝状态代码，参见下图：

编写完成后的完整代码

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SETUPLEN=2
SETUPSEG=0x07e0
entry _start
_start:
    !读入光标位置
    mov ah,#0x03
    xor bh,bh
    int 0x10

    !字符串msg1长度
    mov cx,#378 
    !第 0 页，属性 7（正常）
    mov bx,#0x0007
    !字符串msg1
    mov bp,#msg1 
    !es:bp 是显示字符串的地址
    !相比与 linux-0.11 中的代码，需要增加对 es 的处理，因为原代码中在输出之前已经处理了 es
    mov ax,#0x07c0
    mov es,ax 
    !写入字符串，移动光标
    mov ax,#0x1301
    int 0x10!BIOS中断
load_setup:
    mov dx,#0x0000
    mov cx,#0x0002
    mov bx,#0x0200
    mov ax,#0x0200+SETUPLEN
    int 0x13
    jnc ok_load_setup
    mov dx,#0x0000
    mov ax,#0x0000
    int 0x13
    jmp load_setup
    
ok_load_setup:
    jmpi    0,SETUPSEG

msg1:
    .byte   13,10
    .ascii "#     #"
    .byte   13,10
    .ascii "##   ##   #   #   ####    #####     #     ####     ##    #"
    .byte   13,10
    .ascii "# # # #    # #   #          #       #    #    #   #  #   #"
    .byte   13,10
    .ascii "#  #  #     #     ####      #       #    #       #    #  #"
    .byte   13,10
    .ascii "#     #     #         #     #       #    #       ######  #"
    .byte   13,10
    .ascii "#     #     #    #    #     #       #    #    #  #    #  #"
    .byte   13,10
    .ascii "#     #     #     ####      #       #     ####   #    #  ######"
    .byte   13,10,13,10
! boot_flag 必须在最后两个字节
.org 510
! 设置引导扇区标记 0xAA55
! 必须有它，才能引导
boot_flag:
    .word   0xAA55

再次编译

借助 Makefile 编译、链接bootsect.s和setup.s

在此之前我们需要修改一下tools/build.c，因为这个是生成整个系统镜像的，我们只需要bootsect.s 和setup.s。

注释掉build.c后面几段代码，如下图所示

最后切换到linux-0.11目录下，执行以下命令：

$ make BootImage

输入以下命令运行：

$ ../run

运行截图

setup.s 获取基本硬件参数

取出硬盘各参数放在了 0x90000 处，并通过十六进制打印在屏幕上

setup.s完整代码：

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INITSEG  = 0x9000
entry _start
_start:
! 打印 "NOW we are in SETUP"
    mov ah,#0x03
    xor bh,bh
    int 0x10
    mov cx,#25
    mov bx,#0x0007
    mov bp,#msg2
    mov ax,cs
    mov es,ax
    mov ax,#0x1301
    int 0x10

    mov ax,cs
    mov es,ax
! 初始化栈 ss:sp
    mov ax,#INITSEG
    mov ss,ax
    mov sp,#0xFF00

! 获取参数
    mov ax,#INITSEG
    mov ds,ax
    !读取光标坐标
    mov ah,#0x03
    xor bh,bh
    int 0x10
    mov [0],dx
    !读出内存的大小
    mov ah,#0x88
    int 0x15
    mov [2],ax
    ！磁盘参数表，复制ds:si->es:di
    mov ax,#0x0000
    mov ds,ax
    lds si,[4*0x41]
    mov ax,#INITSEG
    mov es,ax
    mov di,#0x0004
    mov cx,#0x10
    !重复16次
    rep
    movsb

! 准备打印
    mov ax,cs
    mov es,ax
    mov ax,#INITSEG
    mov ds,ax 

! 光标位置
    mov ah,#0x03
    xor bh,bh
    int 0x10
    mov cx,#18
    mov bx,#0x0007
    mov bp,#msg_cursor
    mov ax,#0x1301
    int 0x10
    mov dx,[0]
    call    print_hex
! 内存大小
    mov ah,#0x03
    xor bh,bh
    int 0x10
    mov cx,#14
    mov bx,#0x0007
    mov bp,#msg_memory
    mov ax,#0x1301
    int 0x10
    mov dx,[2]
    call    print_hex
! 添加 KB
    mov ah,#0x03
    xor bh,bh
    int 0x10
    mov cx,#2
    mov bx,#0x0007
    mov bp,#msg_kb
    mov ax,#0x1301
    int 0x10
! 柱面
    mov ah,#0x03
    xor bh,bh
    int 0x10
    mov cx,#7
    mov bx,#0x0007
    mov bp,#msg_cyles
    mov ax,#0x1301
    int 0x10
    mov dx,[4]
    call    print_hex
! 磁头
    mov ah,#0x03
    xor bh,bh
    int 0x10
    mov cx,#8
    mov bx,#0x0007
    mov bp,#msg_heads
    mov ax,#0x1301
    int 0x10
    mov dx,[6]
    call    print_hex
! 扇区
    mov ah,#0x03
    xor bh,bh
    int 0x10
    mov cx,#10
    mov bx,#0x0007
    mov bp,#msg_sectors
    mov ax,#0x1301
    int 0x10
    mov dx,[12]
    call    print_hex

inf_loop:
    jmp inf_loop

print_hex:
    mov    cx,#4
print_digit:
    rol    dx,#4
    mov    ax,#0xe0f
    and    al,dl
    add    al,#0x30
    cmp    al,#0x3a
    jl     outp
    add    al,#0x07
outp:
    int    0x10
    loop   print_digit
    ret
print_nl:
    mov    ax,#0xe0d     ! CR
    int    0x10
    mov    al,#0xa     ! LF
    int    0x10
    ret

msg2:
    .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

回到linux-0.11目录下，执行命令：

$ make clean
$ make BootImage
$ ../run

运行截图

补充： 硬盘基本参数表：

文章参考:

INT 10H中断功能详解
 BIOS int 13H中断介绍
 操作系统原理与实践

目录

哈工大操作系统 实验楼实验二 操作系统的引导

实验楼实验二 操作系统的引导

bootsec.s文件

编写bootsec.s文件

编译

运行

setup.s文件

编写setup.s文件

修改前面写的 bootsect.s

编写完成后的完整代码

再次编译

运行截图

setup.s 获取基本硬件参数

setup.s完整代码：

运行截图

文章参考:

哈工大操作系统实验楼实验二操作系统的引导

实验楼实验二操作系统的引导