; ++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++ ; loader.asm ; ++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++ ; Forrest Yu, 2005 ; ++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++ BaseOfLoader equ 01000h ; LOADER.BIN 被加载到的位置 ---- 段地址 OffsetOfLoader equ 05000h ; LOADER.BIN 被加载到的位置 ---- 偏移地址 LoaderSegPhyAddr equ 10000h ; LOADER.BIN 被加载到的位置 ---- 物理地址 (= Base * 10h) BaseOfStack equ OffsetOfLoader PageDirBase equ 100000h ; 页目录开始地址: 1M PageTblBase equ 101000h ; 页表开始地址: 1M + 4K [SECTION .text.s16] ALIGN 16 [BITS 16] global _start _start: jmp Main ; Start %include "./boot/inc/pm.inc" ALIGN 4 ; GDT ------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------ ; 段基址 段界限 属性 LABEL_GDT: Descriptor 0, 0, 0 ; 空描述符 LABEL_DESC_FLAT_C: Descriptor 0, 0fffffh, DA_CR | DA_32 | DA_LIMIT_4K ; 0 ~ 4G LABEL_DESC_FLAT_RW: Descriptor 0, 0fffffh, DA_DRW | DA_32 | DA_LIMIT_4K ; 0 ~ 4G LABEL_DESC_VIDEO: Descriptor 0B8000h, 0ffffh, DA_DRW | DA_DPL3 ; 显存首地址 ; 准备lgdt必要的数据结构 -------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- GdtLen equ $ - LABEL_GDT GdtPtr dw GdtLen - 1 ; gdt界限 dd LoaderSegPhyAddr + LABEL_GDT ; gdt基地址 ; GDT 选择子 ---------------------------------------------------------------------------------- SelectorFlatC equ LABEL_DESC_FLAT_C - LABEL_GDT SelectorFlatRW equ LABEL_DESC_FLAT_RW - LABEL_GDT SelectorVideo equ LABEL_DESC_VIDEO - LABEL_GDT + SA_RPL3 Main: ; <--- 从这里开始 ************* mov ax, cs mov ds, ax mov es, ax mov ss, ax mov sp, BaseOfStack mov cx, 02000h mov ah, 01h int 10h ; 下面准备跳入保护模式 ------------------------------------------- ; 加载 GDTR lgdt [GdtPtr] ; 关中断 cli ; 打开地址线A20 in al, 92h or al, 00000010b out 92h, al ; 准备切换到保护模式 mov eax, cr0 or eax, 1 mov cr0, eax ; 真正进入保护模式 jmp dword SelectorFlatC:LABEL_PM_START ; 从此以后的代码在保护模式下执行 ---------------------------------------------------- ; 32 位代码段. 由实模式跳入 --------------------------------------------------------- [SECTION .text] ALIGN 32 [BITS 32] extern load_kernel LABEL_PM_START: mov ax, SelectorVideo mov gs, ax mov ax, SelectorFlatRW mov ds, ax mov es, ax mov fs, ax mov ss, ax mov esp, TopOfStack call SetupPaging; 启动分页机制，不过在这个实验大家可以不用管，就当是一个能够扩展访存范围的牛逼玩意 jmp SelectorFlatC:load_kernel ;*************************************************************** ; 内存看上去是这样的： ; ┃ ┃ ; ┃ . ┃ ; ┃ . ┃ ; ┃ . ┃ ; ┣━━━━━━━━━━━━━━━━━━┫ ; ┃■■■■■■■■■■■■■■■■■■┃ ; ┃■■■■■■Page Tables■■■■■■┃ ; ┃■■■■■(大小由LOADER决定)■■■■┃ ; 00101000h ┃■■■■■■■■■■■■■■■■■■┃ PageTblBase ; ┣━━━━━━━━━━━━━━━━━━┫ ; ┃■■■■■■■■■■■■■■■■■■┃ ; 00100000h ┃■■■■Page Directory Table■■■■┃ PageDirBase <- 1M ; ┣━━━━━━━━━━━━━━━━━━┫ ; ┃□□□□□□□□□□□□□□□□□□┃ ; F0000h ┃□□□□□□□System ROM□□□□□□┃ ; ┣━━━━━━━━━━━━━━━━━━┫ ; ┃□□□□□□□□□□□□□□□□□□┃ ; E0000h ┃□□□□Expansion of system ROM □□┃ ; ┣━━━━━━━━━━━━━━━━━━┫ ; ┃□□□□□□□□□□□□□□□□□□┃ ; C0000h ┃□□□Reserved for ROM expansion□□┃ ; ┣━━━━━━━━━━━━━━━━━━┫ ; ┃□□□□□□□□□□□□□□□□□□┃ B8000h ← gs ; A0000h ┃□□□Display adapter reserved□□□┃ ; ┣━━━━━━━━━━━━━━━━━━┫ ; ┃□□□□□□□□□□□□□□□□□□┃ ; 9FC00h ┃□□extended BIOS data area (EBDA)□┃ ; ┣━━━━━━━━━━━━━━━━━━┫ ; ┃■■■■■■■■■■■■■■■■■■┃ ; 90000h ┃■■■■■■■LOADER.BIN■■■■■■┃ somewhere in LOADER ← esp ; ┣━━━━━━━━━━━━━━━━━━┫ ; ┃■■■■■■■■■■■■■■■■■■┃ ; 80000h ┃■■■■■■■KERNEL.BIN■■■■■■┃ ; ┣━━━━━━━━━━━━━━━━━━┫ ; ┃■■■■■■■■■■■■■■■■■■┃ ; 30000h ┃■■■■■■■■KERNEL■■■■■■■┃ 30400h ← KERNEL 入口 (KernelEntryPointPhyAddr) ; ┣━━━━━━━━━━━━━━━━━━┫ ; ┃ ┃ ; 7E00h ┃ F R E E ┃ ; ┣━━━━━━━━━━━━━━━━━━┫ ; ┃■■■■■■■■■■■■■■■■■■┃ ; 7C00h ┃■■■■■■BOOT SECTOR■■■■■■┃ ; ┣━━━━━━━━━━━━━━━━━━┫ ; ┃ ┃ ; 500h ┃ F R E E ┃ ; ┣━━━━━━━━━━━━━━━━━━┫ ; ┃□□□□□□□□□□□□□□□□□□┃ ; 400h ┃□□□□ROM BIOS parameter area □□┃ ; ┣━━━━━━━━━━━━━━━━━━┫ ; ┃◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇┃ ; 0h ┃◇◇◇◇◇◇Int Vectors◇◇◇◇◇◇┃ ; ┗━━━━━━━━━━━━━━━━━━┛ ← cs, ds, es, fs, ss ; ; ; ┏━━━┓ ┏━━━┓ ; ┃■■■┃ 我们使用 ┃□□□┃ 不能使用的内存 ; ┗━━━┛ ┗━━━┛ ; ┏━━━┓ ┏━━━┓ ; ┃ ┃ 未使用空间 ┃◇◇◇┃ 可以覆盖的内存 ; ┗━━━┛ ┗━━━┛ ; ; 注：KERNEL 的位置实际上是很灵活的，可以通过同时改变 LOAD.INC 中的 KernelEntryPointPhyAddr 和 MAKEFILE 中参数 -Ttext 的值来改变。 ; 比如，如果把 KernelEntryPointPhyAddr 和 -Ttext 的值都改为 0x400400，则 KERNEL 就会被加载到内存 0x400000(4M) 处，入口在 0x400400。 ; ; 启动分页机制 -------------------------------------------------------------- SetupPaging: ; 根据内存大小计算应初始化多少PDE以及多少页表 xor edx, edx mov eax, 8000000h ; qemu虚拟机默认内存128MB，这里简化实现省去了实模式代码里中断向BIOS询问可用内存大小的步骤 mov ebx, 400000h ; 400000h = 4M = 4096 * 1024, 一个页表对应的内存大小 div ebx mov ecx, eax ; 此时 ecx 为页表的个数，也即 PDE 应该的个数 test edx, edx jz .no_remainder inc ecx ; 如果余数不为 0 就需增加一个页表 .no_remainder: push ecx ; 暂存页表个数 ; 为简化处理, 所有线性地址对应相等的物理地址. 并且不考虑内存空洞. ; 首先初始化页目录 mov ax, SelectorFlatRW mov es, ax mov edi, PageDirBase ; 此段首地址为 PageDirBase xor eax, eax mov eax, PageTblBase | PG_P | PG_USU | PG_RWW .1: stosd add eax, 4096 ; 为了简化, 所有页表在内存中是连续的. loop .1 ; 再初始化所有页表 pop eax ; 页表个数 mov ebx, 1024 ; 每个页表 1024 个 PTE mul ebx mov ecx, eax ; PTE个数 = 页表个数 * 1024 mov edi, PageTblBase ; 此段首地址为 PageTblBase xor eax, eax mov eax, PG_P | PG_USU | PG_RWW .2: stosd add eax, 4096 ; 每一页指向 4K 的空间 loop .2 mov eax, PageDirBase mov cr3, eax mov eax, cr0 or eax, 80000000h mov cr0, eax jmp short .3 .3: nop ret ; 分页机制启动完毕 ---------------------------------------------------------- ; SECTION .data 之开始 --------------------------------------------------------------------------------------------- [SECTION .data] ALIGN 32 [BITS 32] ; 堆栈就在数据段的末尾 StackSpace: times 1000h db 0 TopOfStack equ $ ; 栈顶