bootsect.s和setup.s-优快云博客

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内容为李治军老师操作系统课的部分笔记

计算机开机执行的操作

以X86 PC为例（X86为Intel处理器架构，即指令集架构（ISA Instruction Set Architecture））

一个地址由段寄存器CS和段内偏移IP组成

x86 PC 刚开机时，CPU初始状态为实模式。
此时CPU设置CS=0xFFFF，IP=0x0000（CS为Code Segment Register 代码段寄存器，确定起始内存段）
```
物理地址 = (CS<<4)+ IP = 0xFFFF0 //所以这就是第一条内存指令
```
寻址0xFFFF0（ROM BIOS映射区，为BIOS 启动入口地址）
执行0xFFFF0的指令，检查RAM、键盘、显示器、软硬磁盘
BIOS将磁盘0磁道0扇区（引导扇区BootSector）读入0x7c00处（一个扇区为512B）
设置CS=0x07c0，IP=0x0000（此时计算出的物理地址为0x7c00，寻址0x7c00，执行引导扇区的指令）

bootsect.s

引导扇区存放的代码 bootsect.s（s后缀为汇编代码），该代码来将操作系统加载到内存中

; 在 as86 汇编语言程序中，凡是以感叹号’!’或分号’;’开始的语句均为注释

;1、操作为：bootsect 把自己搬运到 0x90000，并跳转
;BOOTSEG=0x07c0   INITSEG=0x9000   SETUPSEG=0x9020
entry _start  ; 告知链接程序，程序从 start 标号开始执行
_start:
mov ax,#BOOTSEG
mov ds,ax      ! ds = 0x07c0
mov ax,#INITSEG
mov es,ax      ! es = 0x9000
mov cx,#256    ! cx为计数器，搬运 256 次
!ds为数据段，es为附加段，都为段寄存器，段寄存器需要有偏移才构成实际地址
sub si,si      ! sub为减,前减后结果给前，si-si=0,si = 0
sub di,di      ! di = 0
！si为源偏移，di为目标偏移
! ds:si = 0x07c0:0x0，实际地址：ds<<4+si=0x7c00
! es:di = 0x9000:0x0  实际地址：es<<4+di=0x90000
rep movw           ! 每次搬运1个字，即 2 字节，搬运256次，即512字节，为一个扇区大小
！将7c00处的256个字移动到90000中，7c00为bootsect.s存放的地址，此时将其移动到90000
！start位置为90000
jmpi go,INITSEG  ！jmpi段内转跳，cs=INITSEG  ip=go
! INITSEG<<4+go,假设go为100，则此时地址为90100
！start为90000，start的模块为100，start进行完后正好到90100也就是go的位置
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;2、转跳到go执行下面指令，设置段寄存器和栈
go:	mov	ax,cs
	mov	ds,ax
	mov	es,ax
	mov	ss,ax   ; cs = ds = es = ss = 0x9000,
	！ss为栈段，sp为栈顶指针,栈顶地址为ss:sp,即ss<<4+sp,实模式下栈是往下长的
	mov	sp,#0xFF00		 !ss:sp = 0x9000:0xff00 ，栈的设置	0x9ff00
	
! 因为从 0x90200 地址开始处还要放置 setup 程序，setup 大约为 4 个扇区
! 0x200 * 5 = 0xA00 (512十六进制下为200)，0x90200+0xA00=0x90C00
!所以setup 占用范围 = 0x90200 ~ 0x90C00
！又因为栈顶地址必须高于 setup 程序的最高地址（0x90C00）
!栈顶地址（0x9FF00） - setup 结束地址（0x90C00） = 0xF500，栈的大小为0xF500
	
————————————————
;3、加载 setup 模块到 0x90200
load_setup:
	mov	dx,#0x0000		! dh磁头号为0，dl驱动器号为0
	mov	cx,#0x0002		! cl起始扇区号2,因为bootset占了第一个扇区，故从第二个扇区读 ch柱面号0
	mov	bx,#0x0200		! 偏移地址0x200
	mov	ax,#0x0200+SETUPLEN	! 功能号ah=0x02,表示读取扇区，al=要读的扇区数目=SETUPLEN=4 
	！以上为从第二个扇区开始，读取4个扇区，因为第一个扇区地址为90000，一个扇区512字节，
	十六进制为0x200,故setup起始地址为90200
	!es:bx=内存地址，在执行go模块后，es=0x9000,bx=200,es:bx正好也为90200
	int	0x13			! BOIS读磁盘的中断
	jnc	ok_load_setup	! CF = 0 则跳转
	mov	dx,#0x0000     
	mov	ax,#0x0000		!ah功能号为0，al扇区数量为0
	int	0x13            ! 复位磁盘
	j	load_setup
————————————————


ok_load_setup:
;4、获得磁盘驱动器参数（主要是每磁道的扇区数）
	mov	dl,#0x00    !驱动器号为0，说明是软盘
	mov	ax,#0x0800	!ah功能号为0x08,为获取驱动器参数
	int	0x13
	mov	ch,#0x00    !这里用不上软盘的最大磁道号，可以使CH=0      
	mov	sectors,cx  ！存下磁道的扇区数
	
	;5、打印一段开机logo
	mov	ah,#0x03	!功能号，读光标的位置
	xor	bh,bh       !bh=页号=0
	int	0x10   !ah为03,故读光标
	mov	cx,#24          ! 24个字符
	mov	bx,#0x0007		! bh页号为0, bl属性为07 ， 黑底浅灰字
	mov	bp,#msg1  !bp为显示的字符在内存的什么地方，#msg1为偏移，在bootsect.s尾部
	mov	ax,#0x1301		!功能号ah为13，为在屏幕上显示字符串
	！功能号子参数为01，为使用指定属性，光标更新
	int	0x10  !ah为13，故为显示字符，同一中断号调用不同功能
	
	;6、加载 system 模块
	mov	ax,#SYSSEG  ! SYSSEG=0x1000
	mov	es,ax		! segment of 0x010000
	call	read_it  !读入system模块
	
	;7、跳转到 setup.s 执行
	jmpi 0,SETUPSEG //转入0x9020:0x0000,即90200执行setup.s

！bootsect.s文件尾部：
sectors: .word 0 !扇区磁道数
msg1:
	.byte 13,10
	.ascii "Loading system ..."  !开机时屏幕显示的logo，共cx个字符
	.byte 13,10,13,10

!以上操作为在内存为bp的地方，读取24个字符，页号为0，颜色为黑底浅灰色字

总结，以上代码作用为：把 bootsect 自己从0x7c00 拷贝到0x90000，设置段寄存器和栈，然后从磁盘加载 setup 模块到0x90200，再打印一段提示信息，最后加载 system 模块，并跳转到 setup 的入口执行。

setup.s

操作系统的代码，完成启动前的操作

INITSEG  = 0x9000	! bootsect.s 的段地址
SYSSEG   = 0x1000	! 系统加载在 0x10000 
SETUPSEG = 0x9020	! 本程序的段地址

start: mov ax,#INITSEG 
mov ds,ax   ;ds=0x9000
mov ah,#0x03    ;0x10中断下ah=0x03为 读取光标位置返回给dx
xor bh,bh int 0x10  
dx mov [0],dx  ;即mov WORD PTR [ds:0], dx  从上可知ds为9000
[0]前面默认有个段寄存器，当前段都指向9000，9000<<4 +0=0x90000
;故将dx给0x90000
mov ah,#0x88 ;0x15中断下，ah=0x88为获取扩展内存大小，返回给ax
int 0x15 
mov [2],ax ... ;[2]为9000<<4+2=0x90002，将扩展内存数存在0x90002处
cli                 //不允许中断
mov ax,#0x0000   cld
do_move: mov es,ax ;es为0x0000 ，do_move类似do while循环，此处进入循环
add ax,#0x1000  ;ax为0x1000
cmp ax,#0x9000  ;ax-9000!=0,故zf=0
jz end_move   ;因zf=0，所以不相等，不跳转，直到ax==0x9000,此时zf=1，终止循环  
;end_move为循环终止
mov ds,ax   ;ds=0x1000
sub di,di  
sub si,si  ;di=si=0x0000
;此时ds:si源地址0x10000   es:di目标地址0x00000
mov cx,#0x8000   ;cx为计数器
rep                 
movsw   ;从0x10000到0x00000移动字，搬运32768次，每次搬运1字，即2字节，2*32768=65536字节
即移动0x10000字节，故是0x10000~0x20000移动到0x00000~0x10000
;最后一次循环es:di为0x70000,di:si为0x80000,故是0x80000~0x90000移动到0x70000~0x80000
jmp do_move  ;跳转do_move继续循环
;以上循环结果为，0x10000~0x90000内容搬运到0x00000~0x80000

;以上结果为操作系统往后一直处于0地址开头，并获取硬件参数，为操作系统管理硬件做准备