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2. boot.S: GRUB引導第一步
boot.S位于目錄boot/i386/pc/。這部分指令被加載到0x7C00~0x7DFF。主要工作包括：配置寄存器；設定堆棧；檢測引導盤；檢測引導盤讀取模式；讀取另一扇區指令。這個過程用到幾個BIOS例程，并且對主引導記錄（MBR, Master Boot Record）結構有很大的依賴。是以boot.S我們分作四步進行較長的描述：
1) 相關BIOS例程
2) 主引導記錄MBR結構
3) boot.S代碼結構
4) boot.S詳細注釋
在本節最後，我們實作一個簡單的boot.S，這個boot.S僅僅通過BIOS例程，向終端輸出文本。
2.1 相關BIOS例程
boot.S用到五個磁盤相關的BIOS例程。分别是：探測磁盤擴充讀支援、LBA方式讀、CHS參數擷取、CHS方式讀、磁盤複位。磁盤讀取出現LBA/CHS兩種模式（其實LBA又分為28-bit、48-bit、64-bit三種），是因為在磁盤的發展曆史上，由于對磁盤容量的錯誤估量，導緻容量屏障的出現，而不得不進行接口更改、擴充。曆史上出現的容量屏障主要有四次：
1) 504MiB限制。也稱作實體CHS尋址限制。早期的IDE/ATA磁盤接口規定柱面（C=Cylinder）、磁頭（H=Head）、扇區（S=Sector）的位寬分别為C/H/S=16/4/8；而BIOS INT 13 H/02H讀調用接口規定C/H/S=10/8/6。兩者結合取位寬較少者，磁盤尋址參數C/H/S=10/4/6。扇區的起始編号是1而不是0，每扇區資料512位元組，是以可尋址容量為210*24*(26-1)*512=528482304bytes=504MiB。
2) 7.88GiB限制。也稱作邏輯CHS尋址限制。從1) 可以看出，BIOS INT 13 H/02H接口磁頭H有4位是空閑的，是以邏輯上可以擴充磁頭H為8位（而實際上連接配接到IDE/ATA時，磁頭H有4位映射到柱面C，或者映射到柱面C和扇區S）。在BIOS接口上看，現在C/H/S尋址範圍擴充到210*28*(26-1)*512=8455716864bytes=7.88GiB。
3) 128GiB限制。也稱作LBA-28bits限制。在 2) 中，BISO接口的CHS尋址已經到了極限，無法再擴充了，而IDE/ATA是28 位（IDE/ATA内部C/H/S=16:4:8共28位）的，理論尋址容量為228*512=128GB，是以出現了LBA (Logical Block Addressing) 尋址。LBA是一個一維位址，從0~2N-1，其中N是位址寬度，在這裡是28，而LBA到CHS的轉換由BIOS和磁盤完成。28位LBA尋址容量為228*512=128GiB。
4) 2TiB限制。為了提供更大範圍的尋址，Western Digital和Phoenix Technologies制定了EDD (BIOS Enhanced Disk Drive Services) 标準。它使用64位LBA尋址，同時也支援48位和28位尋址。48位LBA尋址容量為128PiB，而64位LBA尋址容量更是高達8ZiB，無論48位LBA或者64位LBA，在目前或可以預見的将來應該是足夠的。但是曆史悠久的MBR中儲存有磁盤分區表DPT，而分區表中分區絕對起始扇區和分區總扇區數都是32位的，是以對于傳統分區的磁盤，最大尋址範圍由這兩個32位值決定，大小為232*512=2TiB。為了解決該問題，引進了GPT (GUID Partition Table) 和EFI (Extensible Firmware Interface) 技術，本文不對其做較長的描述，有興趣的讀者可以Google相關主題。
在磁盤容量的計算上，軟體按照1024進行機關換算，而廠商按照1000進行機關換算，是以上述的504MiB限制、7.85GiB限制、128GiB限制又稱為522MB限制、8.46GB限制、137GB限制。
除了上述限制，曆史上還出現過一些軟體導緻的容量屏障，例如一些BIOS BUG或檔案系統體系導緻的容量屏障，本文 不再對其做進一步描述，有興趣可以Google相關細節。BIOS例程及容量屏障描述參考如下網絡資源：
http://en.wikipedia.org/wiki/INT_13H
http://en.wikipedia.org/wiki/INT_10H
http://www.pcguide.com/ref/hdd/bios/index.htm
2.1.1磁盤擴充探測: INT 13H, AH=41H
檢測磁盤擴充讀（LBA/CHS）支援情況。較長的描述如下。
參數：
寄存器 描述
AH=0x41 擴充檢測函數序号
DL 驅動器編号（第一塊硬碟為0x80，第二塊為0x81，依次類推）
BX 0x55AA
結果：
寄存器 描述
CF 支援清零，不支援置1
AH 錯誤碼或者主版本号
BX 0x55AA
CX 接口支援掩碼
1 – 使用打包結構體存取裝置
2 – 驅動器加鎖和彈出
4 – 支援增強型磁盤驅動器（EDD）
使用AT&T文法實作這個調用的例子如下（預設使用0x80作為驅動器）：
boot_driver:
.byte 0x80
movb boot_driver, %dl
movb $0x41, %ah
movw $0x55aa, %bx
int $0x13
movb boot_driver, %dl
jc chs_mode
cmpw $0xaa55, %bx
jne chs_mode
andw $1, %cx
lba_mode:
// Do LBA operation
Jmp end
chs_mode:
// Do CHS operation
end:
// Do Normal Works
調用結束後，如果CF置1、或者BX不等于0xAA55、或者CX不等于1，都表示不支援LBA，是以進入CHS處理。注意，BIOS調用可能更改掉DL寄存器值，是以需要重置。
2.1.2 LBA模式讀: INT 13H, AH=42H
LBA模式的讀采用打包的資料結構作為參數。
參數：
寄存器 描述
AH=42H 擴充讀函數序号
DL 驅動器編号（第一塊硬碟為0x80，第二塊為0x81，依次類推）
DS:SI segment:offset指針，指向磁盤位址包DAP (Disk Address Packet)
DAP結構體的格式描述如下：
偏移量 大小 描述
00H 1 Byte DAP大小=16=0x10
01H 1 Byte 未用，必須置0
02H~03H 2 Bytes 需要讀的扇區數
（有些BIOS限制不能超過127扇區）
04H~07H 4 Bytes segment:offset指針，指向記憶體緩沖區，讀取到的
扇區内容放置在該緩沖區
08H~0FH 8 Bytes 需要讀的連續扇區的起始扇區編号
（第一個扇區的編号是0）
結果：
寄存器 描述
CF 失敗置1，成功清零
AH 傳回碼
使用AT&T文法實作這個調用的例子如下（假定我們使用0x80作為驅動器，從第2個扇區開始連續讀取4個扇區）：
boot_driver:
.byte 0x80
sector_start:
.long 2, 0
sector_num:
.word 4
dap:
/* reserved 16 bytes to hold dap, or disk address packet */
. = dap + 0x10
read_buffer:
/* reserved 512*4bytes to save data */
. = read_buffer + 512*4
movb boot_driver, %dl
movw $dap, %si
xorw %ax, %ax
movw %ax, %ds
movw %ax, 4(%si)
movb $0x0010, (%si)
movw sector_num, %ax
movw %ax, 2(%si)
movw $read_buffer, 6(%si)
movl sector_start, %eax
movl %eax, 8(%si)
movl sector_start+4, %eax
movl %eax, 12(%si)
movb $0x42, %ah
int $0x13
jc lba_fail
// Do LBA-read success operations
Jmp end
lba_fail:
// Do LBA-read fail operations
end:
// Do Normal Works
調用結束後，通過檢測CF來判斷是否成功。需要注意位元組序的問題，80x86采用小端序。
2.1.3 CHS參數擷取: INT 13H, AH=08H
擷取驅動器CHS參數。如下。
參數：
寄存器 描述
AH=0x08 驅動器CHS參數讀取函數序号
DL 驅動器編号（第一塊硬碟為0x80，第二塊為0x81，依次類推）
BX 0x55AA
結果：
寄存器 描述
CF 成功清零，失敗置1
AH 傳回碼
DL 驅動器号
DH 邏輯磁頭最大索引值（number_of-1因為索引從0開始）
CX 邏輯柱面索引最大值和邏輯扇區數
邏輯柱面最大索引=number_of-，因為索引從0開始
邏輯扇區數=number_of，因為索引從1開始
柱面占10位，CH表示柱面低8位，CL高2位表示柱面9~10位
扇區占6位，CL低6位表示扇區
使用AT&T文法實作這個調用的例子很簡單：
boot_driver:
.byte 0x80
movb boot_driver, %dl
movb $0x08, %ah
int $0x13
jc chs_para_fail
// Do CHS-para success operations
jmp end
chs_para_fail:
// Do CHS-para fail operation
end:
// Do Normal Works
調用結束後，通過檢測CF來判斷參數擷取調用是否成功。
2.1.4 CHS模式讀: INT 13H, AH=02H
CHS模式讀扇區。需要注意緩沖區沒有超出該段尋址範圍。
參數：
寄存器 描述
AH=0x02 CHS模式讀扇區函數序号
AL 需讀取扇區數
CX 柱面和扇區，柱面占10位，扇區占6位
CH表示柱面低8位，CL高2位表示柱面9~10位
CL低6位表示扇區（從1~63）
DH 磁頭
DL 驅動器編号
第一軟碟為0x00，第二軟碟為0x01，依次類推
第一硬碟為0x80，第二硬碟為0x81，依次類推
ES:BX segment:offset緩沖區位址指針
結果：
寄存器 描述
CF 成功清零，失敗置1
AH 傳回碼
AL 實際讀取的扇區數
CHS讀存在7.88GiB容量限制，現在幾乎沒有硬碟使用這種模式讀，并且也很少有人使用軟碟（你還有軟驅嗎？），是以CHS讀扇區隻是作為殘留機制存在，很少用到。
使用AT&T文法實作這個調用的例子如下，因為要用到移位等，彙編代碼看起來稍微有點麻煩。這裡我們依然假定使用0x80作為驅動器，以C/H/S=0/0/1開始連續讀取4個扇區。另外，需要用到2.1.3描述的CHS參數擷取的結果。
boot_driver:
.byte 0x80
cylinder_start:
.word 0
head_start:
.byte 0
sector_start:
.byte 1
sector_num:
.word 4
chs_sectors:
.byte 0
chs_heads:
.word 0
chs_cylinders:
.word 0
read_buffer:
/* reserved 512*4bytes to save data */
. = read_buffer + 512*4
movb boot_driver, %dl
movb $0x08, %ah
int $0x13
jc chs_para_fail
/* saved the CHS parameters */
/*
* dh : numbers_of_heads-1, 8-bits
* cx : numbers_of_cylinders-1, number_of_sectors
*/
movzbl %dh, %eax
incw %ax
movw %ax, chs_head
movzbw %dl, %dx
shlw $2, %dx
movb %ch, %al
movb %dh, %ah
incw %ax
movw %ax, chs_cylinders
movzbw %dl, %ax
shrw $2, %ax
movw %ax, chs_sectors
/* CHS read */
movb sectors_start, %al
movb %al, %cl
movw cylinder_start, %ax
movb %al, %ch
xorb %al, %al
shrw $2, %ax
orb %al, %cl
movb head_start, %al
movb %al, %dh
movb boot_drive, %dl
xorw %ax, %ax
movw %ax, %es
movw $read_buffer, %bx
movb sector_num, %al
movb $2, %ah
int $0x13
jc chs_read_fail
// Do CHS-read success operations
jmp end
chs_para_fail:
// Do CHS-para fail operations
jmp end
chs_read_fail:
// Do CHS-read fail operations
jmp end
end:
// Do Normal Works
CHS讀結束後，通過CF判斷是否成功。
2.1.5 複位磁盤驅動器: INT 13H, AH=00H
複位磁盤驅動器。如下。
參數：
寄存器 描述
AH=0x00 驅動器複位函數序号
DL 驅動器編号（第一塊硬碟為0x80，第二塊為0x81，依次類推）
結果：
寄存器 描述
CF 成功清零，失敗置1
AH 狀态
使用AT&T文法實作這個調用的例子非常簡單：
boot_driver:
.byte 0x80
xorb %ah, %ah
movb boot_driver, %dl
int $0x13
jc reset_fail
// Do Disk Reset success operations
jmp end
reset_fail:
// Do Disk Reset fail operations
end:
// Do Normal Works
通過CF判斷複位是否成功。軟碟的讀取和CHS模式的讀
2.1.6 字元輸出: INT 10H, AH=0EH
BIOS使用INT 10H圖形服務，可以用來設定圖形模式、輸出字元或字元串、以及基本圖形（圖形模式下讀取/寫入像素）。
AH=0EH提供用來向終端輸出單一字元。如下。
參數：
寄存器 描述
AH=0x0E 電傳輸出函數序号
AL=Character 需要輸出的字元
BL=Color 輸出字元顔色，隻對圖形終端有效
結果：
無傳回
使用AT&T文法實作這個調用的例子如下：
char_value:
.byte ‘A’
char_color:
.byte 0
movb char_value, %al
movb char_color, %bl
movb $0x0E, %ah
int $0x10
INT 10H, AH=0EH調用無傳回值。
![捉 蟲 曆 險 記[圖]](data:image/gif;base64,R0lGODlhAQABAIAAAP///wAAACwAAAAAAQABAAACAkQBADs=)