Bochs源码分析 - 20: 开启保护模式

本文详细分析了如何开启x86/x64系统的保护模式,包括GDT、IDT、TSS的建立,以及CR0.PE标志位的修改。通过分析`setup.asm`汇编代码和Bochs模拟器的源码,阐述了保护模式切换的步骤,并引用Intel手册中的描述进行了验证。最后,指出了阅读Intel手册的重要性,并预告了对分页机制的进一步探索。

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前言

        在邓志老师的《x86/x64体系探索及编程》中讲述了开启保护模式的顺序,我尝试着翻阅intel手册,但很遗憾似乎自己没有找到对此的描述(应该是有的,但是自己没找到,日后找到了会补充上)。 ---> 补充:在intel卷三 9.8 9.9 对保护模式初始化有讲述,查找cr0寄存器时从手册上看到的。

        我们这篇文章来分析其如何初始化保护模式,着重来分析代码,可能不会来分析bochs源码。

开启保护模式

        在开启保护模式之前,必须建立一个完整的保护模式运行环境,下面的系统表格是必须建立的:

        ① GDT;

        ② IDT;

        ③ TSS段。

        在打开 CR0.PE 标志前,GDT必须被建立,IDT和TSS允许进入保护模式后才建立。下列环境是可选的。

        ① paging机制;

        ② LDT;

        ③ 处理器的TSS任务切换机制。

        在legacy模式的保护模式里paging可以被关闭,虚拟地址直接变为物理地址。LDT和TSS任务切换机制被用于多任务环境里。

setup.asm 汇编代码分析

        在common\setup.asm中,实现了上述过程的代码,我们现在依次来分析一下。

      &nbs

Chapter 1 x86 体系结构与PC 系统概要.....................................1 1.1 x86 CPU 结构...............................................................................................................1 1.1.1 冯诺依曼架构和CISC 指令集......................................................................1 1.1.2 CPU 结构........................................................................................................1 1.1.3 CPU 工作模式................................................................................................2 1.2 x86 体系结构概览........................................................................................................3 1.3 PC 系统.........................................................................................................................5 1.3.1 PC 系统概述...................................................................................................5 2.3.2 总线拓扑.........................................................................................................6 2.3.3 存储器与I/O 编址.........................................................................................6 2.3.4 关于系统的启动与引导.................................................................................8 Chapter 2 Bochs 工程概述....................................................... 11 2.1 开源项目Bochs 介绍.................................................................................................11 2.2 版本2.2.1 源码组织..................................................................................................11 2.3 工程类结构.................................................................................................................12 2.4 主体框架结构分析.....................................................................................................13 2.4.1 Bochs 工程中的重要类................................................................................13 (1) VM 控制台界面类.............................................................................................13 (2) CPU 模拟............................................................................................................14 (3) Memory 模拟......................................................................................................14 (4).I/O device 模拟...................................................................................................15 2.4.2 入口函数main()及Win32 Gui 初始化........................................................15 2.5 Bochs 的工作方式......................................................................................................18 Chapter 3 CPU 类的源码分析...................................................20 3.1 CPU 类概述................................................................................................................20 3.1.1 CPU 逻辑结构框图......................................................................................20 3.1.2 类BX_CPU_C 成员归纳.............................................................................20 3.2 类BX_CPU_C 源码分析..........................................................................................21 3.2.1 CPU 特性声明..............................................................................................21 3.2.2 类bxInstruction_c 成员分析........................................................................22 3.2.3 类BX_CPU_C 源码注释.............................................................................22 3.3 通用寄存器.................................................................................................................29 3.3.1 数据结构与注释...........................................................................................29 3.3.2 通用寄存器归纳...........................................................................................30 3.4 段寄存器、全局寄存器GDI 和IDT ........................................................................31 3.4.1 数据结构与注释...........................................................................................31 3.4.2 段寄存器结构分析.......................................................................................33 3.5 CPU 状态字EFLAGS................................................................................................35 3.5.1 数据结构与注释...........................................................................................35
Bochs项目源码分析与注释 Table of Content Chapter 1 x86 体系结构与 PC 系统概要1 1.1 x86 CPU 结构1 1.1.1 冯诺依曼架构和CISC 指令集 1.1.2 CPU 结构 1.1.3 CPU 工作模式 1.2 x86 体系结构概览 1.3 PC 系统 1.3.1 PC 系统概述 2.3.2 总线拓扑 2.3.3 存储器与I/O 编址 2.3.4 关于系统的启动与引导 Chapter 2 Bochs 工程概述 2.1 开源项目Bochs 介绍........................................11 2.2 版本2.2.1 源码组织..................................................................................................11 2.3 工程类结构.................................................................................................................12 2.4 主体框架结构分析.....................................................................................................13 2.4.1 Bochs 工程中的重要类................................................................................13 (1) VM 控制台界面类.............................................................................................13 (2 ) CPU 模拟............................................................................................................14 (3) Memory 模拟......................................................................................................14 (4 ).I/O device 模拟...................................................................................................15 2.4.2 入口函数main()及Win32 Gui 初始化........................................................15 2.5 Bochs 的工作方式......................................................................................................18 Chapter 3 CPU 类的源码分析...................................................20 3.1 CPU 类概述................................................................................................................20 3.1.1 CPU 逻辑结构框图......................................................................................20 3.1.2 类BX_CPU_C 成员归纳.............................................................................20 3.2 类BX_CPU_C 源码分析..........................................................................................21 3.2.1 CPU 特性声明..............................................................................................21 3.2.2 类bxInstruction_c 成员分析........................................................................22 3.2.3 类BX_CPU_C 源码注释.............................................................................22 3.3 通用寄存器.................................................................................................................29 3.3.1 数据结构与注释...........................................................................................29 3.3.2 通用寄存器归纳...........................................................................................30 3.4 段寄存器、全局寄存器GDI 和IDT ........................................................................31 3.4.1 数据结构与注释...........................................................................................31 3.4.2 段寄存器结构分析.......................................................................................33 3.5 CPU 状态字EFLAGS................................................................................................35 3.5.1 数据结构与注释...........................................................................................35 Understanding the source code of bochs
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