1個人開發作業系統之C語言的開始

續1個人開發作業系統之初篇

本文任務是讀取軟碟18個Sector，編寫video.s顯示8bit，320*200黑屏，并進入32bit保護模式，編寫func.s 和bootpack.c顯示白屏，并用編寫Makefile編譯源檔案。

1． boot.s讀入18個sector

reading:

mov ax,0x0820

mov es,ax ;0x0820(es) * 16=0x8200 ；第二個Sector的資料讀入到記憶體的0x8200位址。

mov ch,0 ;track/cylinder number

mov dh,0 ;head number

mov cl,2 ;sector number

readloop:

mov si,0 ; count failure times

retry:

;http://en.wikipedia.org/wiki/BIOS_interrupt_call#INT_13h_AH.3D02h:_Read_Sectors_From_Drive

mov ah,0x02 ;status of reading disk sector

mov al,1 ;number of sectors read

mov bx,0 ;0x0820(es) * 16 + 0(bx)=0x8200, 0x7e00~0x9fbff之間

mov dl,0x00 ;A drive

int 0x13 ;Read

jnc next ;no error goto next

add si,1 ;si +1

cmp si,5 ;compare 5

jae error ;goto error

mov ah,0x00 ;

mov dl,0x00 ; a drive

int 0x13 ; drive reset

jmp retry

mov ax,es ; add 0x200(512)

add ax,0x20

mov es,ax

add cl,1 ;cl+1

cmp cl,18 ;compare 18,18 sectors

jbe readloop ;<18,continue

mov cl,1

add dh,1

cmp dh,2 ;讀完正面18個Sector後，讀反面18個

jb readloop ;dh<2 goto readloop

mov dh,0

add ch,1

cmp ch,CYLS

jb readloop ;ch<CYLS goto readloop

2．調到video.s

;讀完所有資料後，調到0x8200位置

fin:

mov [0x0ff0],ch ;remember the position of cylinder

JMP 0x8200 ;jump to video.s

hlt ;cpu停止

jmp fin

3． video.s

Colimas Simple OS的記憶體分布：

0x00000000-0x000fffff：啟動時使用

0x00100000-0x00267fff：軟碟資料備份

0x00268000-0x 0026f 7ff：空

0x 0026f 800-0x0026ffff：IDT

0x00270000-0x0027ffff：GDT

0x00280000-0x002ffffff：bootpack.img

0x00300000-0x003fffff：Stack以及其他

0x00400000- ：空

;video.s

;Colimas Simple OS

BOTPAK EQU 0x00280000 ; the address of bootpack

DSKCAC EQU 0x00100000 ; Disk Cache Address of 32 mode address

DSKCAC0 EQU 0x00008000 ; Disk Cache of Real mode address

;Save the BOOT INFO to 0x0ff0

CYLS EQU 0x0ff0 ;save the boot info

LEDS EQU 0x0ff1

VMODE EQU 0x0ff2 ;color info

SCRNX EQU 0x0ff4 ;pixel x

SCRNY EQU 0x0ff6 ;pixel y

VRAM EQU 0x0ff8 ;graphic buffer

org 0x8200

;http://en.wikipedia.org/wiki/BIOS_interrupt_call

mov al,0x13 ;video bios int, vga graphics,320*200*8bit color

mov ah,0x00

int 0x10 ;黑屏

mov BYTE [VMODE],8 ; save screen mode

mov WORD [SCRNX],320

mov WORD [SCRNY],200 ;8bit 320*200

mov DWORD [VRAM],0xa0000

;the led status of keybroad

mov ah,0x02

int 0x16 ; keybroad BIOS:Read Keyboard Shift Status

mov [LEDS],al

;block PIC

mov al,0xff

out 0x21,al

nop

out 0xa1,al

cli ;block cpu interrupt

;use >1mb memory set a20gate

call waitkbdout

mov al,0xd1

out 0x64,al ;write out port

call waitkbdout

mov al,0xdf ;enable a20

out 0x60,al

call waitkbdout

;enter protected mode

lgdt [GDTR0] ; init GDTR

mov eax,CR0

and eax,0x7fffffff ;set bit31 to 0( block paging）

or eax,0x00000001 ;set bit1 to 1( enable protect mode）

mov cr0,EAX

jmp pipelineflash

pipelineflash:

mov ax,1*8 ; reinit all the register from 0x0000 to 0x0008

mov ds,ax

mov es,ax

mov fs,ax

mov gs,ax

mov ss,ax

; mov bootpack

mov esi,bootpack ; source

mov edi,BOTPAK ; destination

mov ecx,512*1024/4

call memcpy

;move boot sector

mov esi,0x 7c 00 ; source

mov edi,DSKCAC ; destination

mov ecx,512/4

call memcpy

;move others

mov esi,DSKCAC0+512 ;source

mov edi,DSKCAC+512 ;destination

mov ecx,0

mov cl,BYTE [CYLS]

imul ecx,512*18*2/4

sub ecx,512/4

call memcpy

;start bootpack

skip:

MOV ESP,0x00300000 ; init stack pointer

JMP DWORD 2*8:0x00

waitkbdout:

in al,0x64

and al,0x02

in al,0x60

jnz waitkbdout ; if result of and is not 0 goto waitkbdout

ret

memcpy:

mov eax,[esi]

add esi,4

mov [edi],eax

add edi,4

sub ecx,1

jnz memcpy

ret

alignb 16

GDT0: ;init gdtr

RESB 8 ; null sector

DW 0xffff,0x0000,0x9200,0x00cf ;

DW 0xffff,0x0000,0x 9a 28,0x0047 ;for bootpack

DW 0

GDTR0:

DW 8*3-1

DD GDT0

alignb 16

bootpack:

其中：

;use >1mb memory set a20gate

call waitkbdout

mov al,0xd1

out 0x64,al ;write out port

call waitkbdout

mov al,0xdf ;enable a20

out 0x60,al

call waitkbdout

代碼的目的是屏蔽鍵盤和滑鼠，并使CPU使用1MB以上的記憶體。60h和64h端口是向Keyboard和mouse發送和接收指令。

lgdt [GDTR0] ; init GDTR

初始化GDTR，為了使用32Bit模式，并防止多任務處理時記憶體通路沖突，提出Segmentation，就是将記憶體分割為塊，每塊稱為Segment，其初始位址都為0，這樣一來，程式就不再需要ORG指令，來指定運作程式的記憶體初始位置了。

每個Segment需要以下資訊：

l Segment大小

l Segment位址

l Segment屬性（禁止寫，禁止執行，或者系統專用等）

本程式初始化2個Segment，第一個為隻讀Segment，位址為0x000000,

第二個為可執行Segment，用來執行bootpack.c程式，位址為0x280000

DW 0xffff,0x0000,0x9200,0x00cf ;

DW 0xffff,0x0000,0x 9a 28,0x0047 ;for bootpack

mov eax,CR0

and eax,0x7fffffff ;set bit31 to 0( block paging）

or eax,0x00000001 ;set bit1 to 1( enable protect mode）

mov cr0,EAX

設定CR0寄存器，進入保護模式。

mov ax,1*8 ; reinit all the register from 0x0000 to 0x0008

mov ds,ax

mov es,ax

mov fs,ax

mov gs,ax

mov ss,ax

是将所有寄存器都進入第二個Segement

下面程式之前的代碼都是将軟碟的資料都儲存到記憶體中。

;start bootpack

skip:

MOV ESP,0x00300000 ; init stack pointer

JMP DWORD 2*8:0x00

程式調到0x280000位置執行bootpack.c的程式。

4．bootpack.c和func.s,進入C語言

void io_hlt(void);

void write_mem8(int addr, int data);

//entry

void ColimasMain(void)

{

int i;

for(i=0xa0000;i<=0xaffff;i++){

write_mem8(i,15);

}

for(;;)

io_hlt();

}

//0xa0000到0xaffff是顯示卡記憶體位址。15代表白色。函數write_mem8功能是将0xa0000到0xaffff位址間的記憶體賦指派為15，即白色。

for(i=0xa0000;i<=0xaffff;i++){

write_mem8(i,15);

}

for(;;)

io_hlt();

為死循環

在func.s内實作write_mem8和io_hlt函數。

;func.s

;Colimas Simple OS

[BITS 32]

segment .text

GLOBAL _io_hlt,_write_mem8

_io_hlt:

hlt

ret

_write_mem8: ;void write_mem8(int addr,int data);

mov ecx,[esp+4] ;addr

mov al,[esp+8] ;data

mov [ecx],al

RET

5. Makefile

MAKE = make -r

NASM = nasm

COPY = cp

LINK = olink

LD = ld

CAT = cat

DEL = rm

CC = gcc

OBJCOPY = objcopy

default :

$(MAKE) img

bin : boot.s Makefile

$(NASM) boot.s -o boot.bin

sys : video.s objcopy Makefile

$(NASM) video.s -o video.sys

$(CAT) video.sys bootpack.img > video.img

bootpack : bootpack.c Makefile

$(CC) -c bootpack.c

func :func.s Makefile

$(NASM) -f coff func.s -l func.lst

objcopy : bootpack func Makefile

$(LD) bootpack.o func.o -o bootpack.bin

$(OBJCOPY) bootpack.bin -O binary bootpack.img

img : bin sys Makefile

$(LINK) -m boot.bin video.img -o boot.img

compile :

$(MAKE) img

run :

$(MAKE) compile

$(COPY) boot.img ../qemu/

clean :

-$( DEL ) *.bin

-$( DEL ) *.sys

-$( DEL ) *.img

-$( DEL ) *.o

彙編編譯器Nasm

C語言編譯器為GCC

連接配接器為ld

純二進制轉換器為objcopy

運作make指令後，編譯生成boot.img, 使用Qemu運作boot.img後結果如下：

1個人開發作業系統之C語言的開始

辛苦，辛苦

未完- 桌面與文字顯示

參考資料：

《OS自作入門》川合秀實著，

1個人開發作業系統之C語言的開始

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