写操作系统----3.进入保护模式

《操作系统真相还原》 与 《Orange'S：一个操作系统的实现》都参考了
在上一篇文章中mbr读取了硬盘上的一个sector到0x9000,然后跳到了0x9000运行
1. 第一次写的loader.S

1. org 0x9000
   
2. jmp begin
   
3. 
   
4. TYPE_0 equ 0x0
   
5. 
   
6. S_0 equ (0x0<<4) ;s=0-->gate
   
7. S_1 equ (0x1<<4) ;s=1-->data/code 
   
8. 
   
9. DPL_0 equ (0x0<<5) ;privilege level
   
10. DPL_3 equ (0x3<<5)
    
11. 
    
12. P_0 equ (0x00<<7) ;not in memory
    
13. P_1 equ (0x01<<7) ;in memory
    
14. 
    
15. AVL_0 equ (0x00<<8)
    
16. 
    
17. DB_0 equ (0x00<<10) ;16bit data&code
    
18. DB_1 equ (0x01<<10) ;32bit data&code
    
19. 
    
20. G_0 equ (0x00<<11) ;g=0,byte
    
21. G_1 equ (0x01<<11) ;g=1,4K
    
22. 
    
23. TI_0 equ (0x0<<2) ;TI=0,gdt
    
24. TI_1 equ (0x1<<2) ;TI=1,ldt
    
25. 
    
26. RPL_0 equ (0x0)
    
27. 
    
28. %macro DESC 3
    
29.     dw %1 & 0xFFFF ;limit[0-15]
    
30.     dw %2 & 0xFFFF ;base[0-15]
    
31.     db (%2>>16)&0xFF ;base[16-23]
    
32.     db (%3&0xFF) ;prop[0-7]
    
33.     db (((%1>>8)&0xF) | (%3>>4)&0xF0) ;limit[16-19]prop[8-11]
    
34.     db (%2>>24) & 0xFF
    
35. %endmacro
    
36. gdt_base: DESC 0, 0, 0
    
37. gdt_code: DESC 0xFFFF, 0x0, (G_0|DB_1|AVL_0|P_1|DPL_0|S_1)
    
38. gdt_video: DESC 0xFFFF, 0xB8000, (G_0|DB_1|AVL_0|P_1|DPL_0|S_1)
    
39. 
    
40. gdt_ptr: 
    
41.     dw 24 ;gdt_limit: 8*3=16, only 3 gdt item
    
42.     dd gdt_base ;gdt_base
    
43. 
    
44. select_code equ (0x01<<3)|TI_0|RPL_0
    
45. select_video equ (0x02<<3)|TI_0|RPL_0
    
46. begin:
    
47.     ;----------------- 打开A20 ----------------
    
48.     in al,0x92
    
49.     or al,0000_0010B
    
50.     out 0x92,al
    
51. 
    
52.     ;----------------- 加载GDT ----------------
    
53.     lgdt [gdt_ptr]
    
54. 
    
55.     ;----------------- cr0第0位置1 ----------------
    
56.     mov eax, cr0 
    
57.     or eax, 0x00000001
    
58.     mov cr0, eax
    
59. 
    
60.     ;----------------- 跳到保护模式 ----------------
    
61.     jmp select_code:protect_mode
    
62. protect_mode:
    
63.     mov ax,select_video
    
64.     mov gs,ax
    
65.     mov byte [gs:160], 'P'
    
66.     jmp $

1.2 看需不需要改mbr

1. cong@msi:/work/os/code/3pm$ ls -l loader.bin 
   
2. -rw-rw-r-- 1 cong cong 86 Aug 17 14:24 loader.bin

才86个字节，mbr是读了512个字节，这儿不到512字节，所以不需要修改mbr.S
下面开始分析问题

---

2. 
2.1.a 第一次调试

1. (0) [0x0000fffffff0] f000:fff0 (unk. ctxt): jmpf 0xf000:e05b          ; ea5be000f0
2. <bochs:1> b 0x9000                      -->因为把代码加载到了0x9000，所以这儿直接到0x9000执行
   
3. <bochs:2> c
   
4. (0) Breakpoint 1, 0x00009000 in ?? ()
   
5. Next at t=156817505
   
6. .....
7. <bochs:11> 
   
8. Next at t=156817513
   
9. (0) [0x000000009035] 0000:00009035 (unk. ctxt): jmpf 0x0008:903a ; ea3a900800    -->向保护模式跳转
   
10. <bochs:12> 
    
11. (0).[156817513] [0x000000009035] 0000:00009035 (unk. ctxt): jmpf 0x0008:903a ; ea3a900800  
    
12. Next at t=156817514
    
13. (0) [0x0000fffffff0] f000:fff0 (unk. ctxt): jmpf 0xf000:e05b ; ea5be000f0 -->这儿发现不对了,这儿是复位了

2.1.b 第一次修改

1. cong@msi:/work/os/code/3pm$ diff ./loader.S loader.S_bad 
   
2. 4,5c4
   
3. < TYPE_8 equ 0x8 ;code -->exec
   
4. < TYPE_2 equ 0x2 ;data -->r/w
   
5. ---
   
6. > TYPE_0 equ 0x0
   
7. 38,39c37,38
   
8. < gdt_code: DESC 0xFFFF, 0x0, (G_0|DB_1|AVL_0|P_1|DPL_0|S_1|TYPE_8)   -->code段加上可执行权限
   
9. < gdt_video: DESC 0xFFFF, 0xB8000, (G_0|DB_1|AVL_0|P_1|DPL_0|S_1|TYPE_2)   
   
10. ---
    
11. > gdt_code: DESC 0xFFFF, 0x0, (G_0|DB_1|AVL_0|P_1|DPL_0|S_1)          -->原先code段没有可执行权限
    
12. > gdt_video: DESC 0xFFFF, 0xB8000, (G_0|DB_1|AVL_0|P_1|DPL_0|S_1)

2.2.a 第二次调试

1. (0) [0x000000009039] 0000:00009039 (unk. ctxt): jmpf 0x0008:903e ; ea3e900800
   
2. <bochs:15> 
   
3. Next at t=313385561
   
4. (0) [0x00000000903e] 0008:0000903e (unk. ctxt): mov eax, 0xe88e0010 ; b810008ee8    -->这儿的确是跳到903e上面来了，但是还是乱的
   
5. <bochs:16> 
   
6. Next at t=313385562
   
7. (0) [0x000000009043] 0008:00009043 (unk. ctxt): mov byte ptr gs:[esi], 0xa0 ; 65c606a0
   
8. <bochs:17> 
   
9. Next at t=313385563
   
10. (0) [0x000000009047] 0008:00009047 (unk. ctxt): add byte ptr ds:[eax+101], dl ; 005065
    
11. <bochs:18> 
    
12. (0).[313385563] [0x000000009047] 0008:00009047 (unk. ctxt): add byte ptr ds:[eax+101], dl ; 005065
    
13. Next at t=313385564
    
14. (0) [0x0000fffffff0] f000:fff0 (unk. ctxt): jmpf 0xf000:e05b ; ea5be000f0
    
15. <bochs:19> 
    
16. Next at t=313385565
    
17. (0) [0x0000000fe05b] f000:e05b (unk. ctxt): xor ax, ax ; 31c0

2.2.b第二次修改

1. 63 [bits 32]               -->加入这个标签，使得这儿编出来的是32位的代码
   
2. 64 protect_mode:

2.2.c 对比一下两次生成的二进制代码
xxd ./loader.bin

1. 0000000: eb1e 0000 0000 0000 0000 ffff 0000 0098 ................
   
2. 0000010: 4f00 ffff 0080 0b92 4f00 1800 0290 0000 O.......O.......
   
3. 0000020: e492 0c02 e692 0f01 161a 900f 20c0 6683 ............ .f.    -->没有加[bits 32]标签
   
4. 0000030: c801 0f22 c0ea 3a90 0800 b810 008e e865 ..."..:........e
   
5. 0000040: c606 a000 50eb fe ....P..
   
6. 
   
7. 
   
8. 0000000: eb1e 0000 0000 0000 0000 ffff 0000 0098 ................
   
9. 0000010: 4f00 ffff 0080 0b92 4f00 1800 0290 0000 O.......O.......
   
10. 0000020: e492 0c02 e692 0f01 161a 900f 20c0 6683 ............ .f.    -->加了[bits 32]标签
    
11. 0000030: c801 0f22 c0ea 3a90 0800 66b8 1000 8ee8 ..."..:...f.....
    
12. 0000040: 65c6 05a0 0000 0050 ebfe e......P..

2.3 运行结果就对了


2.4 虽然结果上是对了，但还有点小问题

1. cong@msi:/work/os/code/3pm$ diff ./loader.S loader.S_ok 
   
2. 34c34
   
3. < db (((%1>>8)&0xF) | (%3>>4)&0xF0) ;limit[16-19]prop[8-11]    -->arg1的前16位己填序，现在要填16-19位
   
4. ---
   
5. > db (((%1>>16)&0xF) | (%3>>4)&0xF0) ;limit[16-19]prop[8-11]   -->所以要右称16位

2.5 代码打包
3pm.rar  (下载后改名为3pm.tar.gz)
2.6 下面分析一下代码

1. cong@msi:/work/os/code/3pm$ cat loader.S
   
2. org 0x9000                            --> org是条伪指令不会生成二进制的代码
   
3. jmp begin                             --> jmp下面是数据，cpu区分不了数据与代码，防止cpu把数据当成代码就加上jmp,人为的控制cpu去执行代码段中的代码
   

 -->下面定义了一堆段属性

1. TYPE_8 equ 0x8 ;code -->exec
   
2. TYPE_2 equ 0x2 ;data -->r/w
   
3. 
   
4. S_0 equ (0x0<<4) ;s=0-->gate
   
5. S_1 equ (0x1<<4) ;s=1-->data/code 
   
6. 
   
7. DPL_0 equ (0x0<<5) ;privilege level
   
8. DPL_3 equ (0x3<<5)
   
9. 
   
10. P_0 equ (0x00<<7) ;not in memory
    
11. P_1 equ (0x01<<7) ;in memory
    
12. 
    
13. AVL_0 equ (0x00<<8)
    
14. 
    
15. DB_0 equ (0x00<<10) ;16bit data&code
    
16. DB_1 equ (0x01<<10) ;32bit data&code
    
17. 
    
18. G_0 equ (0x00<<11) ;g=0,byte
    
19. G_1 equ (0x01<<11) ;g=1,4K
    
20. 
    
21. TI_0 equ (0x0<<2) ;TI=0,gdt
    
22. TI_1 equ (0x1<<2) ;TI=1,ldt
    
23. 
    
24. RPL_0 equ (0x0)
    
25. -->宏中arg1=段界限，arg2=段基址, arg3=段属性
26. %macro DESC 3                           -->这儿采用了《Orange'S：一个操作系统的实现》中的宏，用宏之后就比较直观
    
27.     dw %1 & 0xFFFF ;limit[0-15]
    
28.     dw %2 & 0xFFFF ;base[0-15]
    
29.     db (%2>>16)&0xFF ;base[16-23]
    
30.     db (%3&0xFF) ;prop[0-7]
    
31.     db (((%1>>16)&0xF) | (%3>>4)&0xF0) ;limit[16-19]prop[8-11]
    
32.     db (%2>>24) & 0xFF
    
33. %endmacro
    
34. gdt_base:  DESC 0, 0, 0                    -->第一个描述符为空
    
35. gdt_code:  DESC 0xFFFF, 0x0, (G_0|DB_1|AVL_0|P_1|DPL_0|S_1|TYPE_8)             -->代码段描述符
    
36. gdt_video: DESC 0xFFFF, 0xB8000, (G_0|DB_1|AVL_0|P_1|DPL_0|S_1|TYPE_2)         -->显示段描述符
    
37. 
    
38. gdt_ptr: 
    
39.     dw 24                ;gdt_limit: 8*3=24, 只预留了3个gdt描述符的段界限
    
40.     dd gdt_base          ;gdt_base gdt的基地址就是gdt_base这个标签的地址
    
41. 
    
42. select_code equ (0x01<<3)|TI_0|RPL_0
    
43. select_video equ (0x02<<3)|TI_0|RPL_0
    
44. 
    
45. begin:
    
46.     ;----------------- 打开A20 ----------------
    
47.     in al,0x92
    
48.     or al,0000_0010B
    
49.     out 0x92,al
    
50. 
    
51.     ;----------------- 加载GDT ----------------
    
52.     lgdt [gdt_ptr]
    
53. 
    
54.     ;----------------- cr0第0位置1 ----------------
    
55.     mov eax, cr0 
    
56.     or eax, 0x00000001
    
57.     mov cr0, eax
    
58. 
    
59.     ;----------------- 跳到保护模式 ----------------
    
60.     jmp select_code:protect_mode
    
61. [bits 32]
    
62. protect_mode:
    
63.     mov ax,select_video
    
64.     mov gs,ax
    
65.     mov byte [gs:160], 'P'
    
66.     mov byte [gs:161], 0xA4
    
67.     jmp $