; |==================| ; | 这是loader程序 | ; |==================| ; Created by longjin, 2022/01/17 ; 由于实模式下，物理地址为CS<<4+IP，而从boot的定义中直到，loader的CS为0x1000， 因此loader首地址为0x10000 org 0x10000 jmp Label_Start %include 'fat12.inc' ; 将fat12文件系统的信息包含进来 Base_Of_Kernel_File equ 0x00 Offset_Of_Kernel_File equ 0x100000 ; 设置内核文件的地址空间从1MB处开始。（大于实模式的寻址空间） Base_Tmp_Of_Kernel_Addr equ 0x00 Offset_Tmp_Of_Kernel_File equ 0x7e00 ; 内核程序的临时转存空间 Memory_Struct_Buffer_Addr equ 0x7e00 ; 内核被转移到最终的内存空间后，原来的临时空间就作为内存结构数据的存储空间 ; ==== 临时的全局描述符表 ===== [SECTION gdt] LABEL_GDT: dd 0,0 LABEL_DESC_CODE32: dd 0x0000FFFF,0x00CF9A00 ; 代码段和数据段的段基地址都设置在0x00000000处， 把段限长设置为0xffffffff，可以索引32位地址空间 LABEL_DESC_DATA32: dd 0x0000FFFF,0x00CF9200 GdtLen equ $ - LABEL_GDT ; GDTR寄存器是一个6B的结构，低2B保存GDT的长度， 高4B保存GDT的基地址 GdtPtr dw GdtLen - 1 dd LABEL_GDT ; 这是两个段选择子，是段描述符在GDT表中的索引号 SelectorCode32 equ LABEL_DESC_CODE32 - LABEL_GDT SelectorData32 equ LABEL_DESC_DATA32 - LABEL_GDT ; === IA-32e模式的临时gdt表 [SECTION gdt64] LABEL_GDT64: dq 0x0000000000000000 LABEL_DESC_CODE64: dq 0x0020980000000000 LABEL_DESC_DATA64: dq 0x0000920000000000 GdtLen64 equ $ - LABEL_GDT64 GdtPtr64 dw GdtLen64-1, dd LABEL_GDT64 SelectorCode64 equ LABEL_DESC_CODE64 - LABEL_GDT64 SelectorData64 equ LABEL_DESC_DATA64 - LABEL_GDT64 [SECTION .s16] ;定义一个名为.s16的段 [BITS 16] ; 通知nasm，将要运行在16位宽的处理器上 Label_Start: mov ax, cs mov ds, ax ; 初始化数据段寄存器 mov es, ax ; 初始化附加段寄存器 mov ax, 0x00 mov ss, ax ;初始化堆栈段寄存器 mov sp, 0x7c00 ;在屏幕上显示 start Loader mov ax, 0x1301 mov bx, 0x000f mov dx, 0x0100 ;在第2行显示 mov cx, 23 ;设置消息长度 push ax mov ax, ds mov es, ax pop ax mov bp, Message_Start_Loader int 0x10 ;jmp $ ; 使用A20快速门来开启A20信号线 push ax in al, 0x92 ; A20快速门使用I/O端口0x92来处理A20信号线 or al, 0x02 ; 通过将0x92端口的第1位置1，开启A20地址线 out 0x92, al pop ax cli ; 关闭外部中断 db 0x66 lgdt [GdtPtr] ; LGDT/LIDT - 加载全局/中断描述符表格寄存器 ; 置位CR0寄存器的第0位，开启保护模式 mov eax, cr0 or eax, 1 mov cr0, eax ; 为fs寄存器加载新的数据段的值 mov ax, SelectorData32 mov fs, ax ; fs寄存器加载完成后，立即从保护模式退出。 这样能使得fs寄存器在实模式下获得大于1MB的寻址能力。 mov eax, cr0 and al, 11111110b ; 将第0位置0 mov cr0, eax sti ; 开启外部中断 ; =========在文件系统中搜索 kernel.bin========== mov word [SectorNo], SectorNumOfRootDirStart ;保存根目录起始扇区号 Label_Search_In_Root_Dir_Begin: cmp word [RootDirSizeForLoop], 0 ; 比较根目录扇区数量和0的关系。 cmp实际上是进行了一个减法运算 jz Label_No_KernelBin ; 等于0，不存在kernel.bin dec word [RootDirSizeForLoop] mov ax, 0x00 mov es, ax mov bx, 0x8000 mov ax, [SectorNo] ;向函数传入扇区号 mov cl, 1 call Func_ReadOneSector mov si, Kernel_FileName ;向源变址寄存器传入Loader文件的名字 mov di, 0x8000 cld ;由于LODSB的加载方向与DF标志位有关，因此需要用CLD清零DF标志位 mov dx, 0x10 ; 每个扇区的目录项的最大条数是(512/32=16,也就是0x10) Label_Search_For_LoaderBin: cmp dx, 0 jz Label_Goto_Next_Sector_In_Root_Dir dec dx mov cx, 11 ; cx寄存器存储目录项的文件名长度， 11B，包括了文件名和扩展名，但是不包括 分隔符'.' Label_Cmp_FileName: cmp cx, 0 jz Label_FileName_Found dec cx lodsb ; 把si对应的字节载入al寄存器中，然后，由于DF为0，si寄存器自增 cmp al, byte [es:di] ; 间接取址[es+di]。 也就是进行比较当前文件的名字对应字节和loader文件名对应字节 jz Label_Go_On ; 对应字节相同 jmp Label_Different ; 字节不同，不是同一个文件 Label_Go_On: inc di jmp Label_Cmp_FileName Label_Different: and di, 0xffe0 ;将di恢复到当前目录项的第0字节 add di, 0x20 ;将di跳转到下一目录项的第0字节 mov si, Kernel_FileName jmp Label_Search_For_LoaderBin ;继续搜索下一目录项 Label_Goto_Next_Sector_In_Root_Dir: add word [SectorNo], 1 jmp Label_Search_In_Root_Dir_Begin Label_No_KernelBin: ; 在屏幕上显示 [ERROR] No Kernel Found. mov ax, 0x1301 mov bx, 0x000c ; 红色闪烁高亮黑底 mov dx, 0x0200 ; 显示在第3行（前面已经显示过2行了） mov cx, 24 ; 字符串长度 push ax mov ax, ds mov es, ax pop ax mov bp, Message_No_Loader int 0x10 jmp $ ; ========= 找到了 kernel.bin =========== ; 将内核加载到内存中 Label_FileName_Found: mov ax, RootDirSectors ; 先取得目录项DIR_FstClus字段的值（起始簇号） and di, 0xffe0 add di, 0x1a mov cx, word [es:di] push cx add cx, ax add cx, SectorBalance mov eax, Base_Tmp_Of_Kernel_Addr ; 内核放置的临时地址 mov es, eax ;配置es和bx，指定kernel.bin在内存中的起始地址 mov bx, Offset_Tmp_Of_Kernel_File mov ax, cx Label_Go_On_Loading_File: push ax push bx ; 显示字符. mov ah, 0x0e mov al, "." mov bl, 0x0f int 0x10 pop bx pop ax ; 读取一个扇区 mov cl, 1 call Func_ReadOneSector pop ax ; ======逐字节将内核程序复制到临时空间，然后转存到内核空间=== push cx push eax push fs push edi push ds push esi mov cx, 0x0200 ; 指定计数寄存器的值为512， 为后面循环搬运这个扇区的数据做准备 mov ax, Base_Of_Kernel_File mov fs, ax ; 这样在物理机上是行不通的，因为这样移动的话，fs就失去了32位寻址能力 mov edi, dword [OffsetOfKernelFileCount] ; 指定目的变址寄存器 mov ax, Base_Tmp_Of_Kernel_Addr mov ds, ax mov esi, Offset_Tmp_Of_Kernel_File ; 指定来源变址寄存器 Label_Move_Kernel: ; 真正进行数据的移动 mov al, byte [ds:esi] ; 移动到临时区域 mov byte [fs:edi], al ; 再移动到目标区域 inc esi inc edi loop Label_Move_Kernel ; 当前扇区数据移动完毕 mov eax, 0x1000 mov ds, eax mov dword [OffsetOfKernelFileCount], edi ; 增加偏移量 pop esi pop ds pop edi pop fs pop eax pop cx call Func_GetFATEntry cmp ax, 0x0fff jz Label_File_Loaded push ax mov dx, RootDirSectors add ax, dx add ax, SectorBalance ; 继续读取下一个簇 jmp Label_Go_On_Loading_File Label_File_Loaded: ;在屏幕上显示 kernel loaded mov ax, 0x1301 mov bx, 0x000f mov dx, 0x0200 ;在第3行显示 mov cx, 20 ;设置消息长度 push ax mov ax, ds mov es, ax pop ax mov bp, Message_Kernel_Loaded int 0x10 ; ======直接操作显示内存======= ; 从内存的0x0B800开始，是一段用于显示字符的内存空间。 ; 每个字符占用2bytes，低字节保存要显示的字符，高字节保存样式 mov ax, 0xB800 mov gs, ax mov ah, 0x0F ;黑底白字 mov al, '.' mov [gs:((80 * 2 + 20) * 2)], ax ;在屏幕第0行，39列 Label_Kill_Motor: ; =====关闭软驱的马达====== ; 向IO端口0x03f2写入0，关闭所有软驱 push dx mov dx, 0x03F2 mov al, 0 out dx, al pop dx ; =====获取物理地址空间==== ; 显示 正在获取内存结构 mov ax, 0x1301 mov bx, 0x000F mov dx, 0x0300 ; 在第四行显示 mov cx, 34 push ax mov ax, ds mov es, ax pop ax mov bp, Message_Start_Get_Mem_Struct int 0x10 mov ax, 0x00 mov es, ax mov di, Memory_Struct_Buffer_Addr ; 设置内存结构信息存储的地址 mov ebx, 0 ;第一次调用0x15的时候，ebx要置为0 ebx存储的是下一个待返回的ARDS （Address Range Descriptor Structure） Label_Get_Mem_Struct: ;==== 获取内存物理地址信息 ; 使用0x15中断程序的功能号0xe820来获取内存信息 ; 返回信息在[es:di]指向的内存中 ; 一共要分5次才能把20个字节的信息获取完成 ; 这些信息在内核初始化内存管理单元的时候，会去解析它们。 mov eax, 0xe820 mov ecx, 20 ; 指定ARDS结构的大小，是固定值20 mov edx, 0x534d4150 ; 固定签名标记，是字符串“SMAP”的ASCII码 int 0x15 jc Label_Get_Mem_Fail ; 若调用出错，则CF=1 add di, 20 cmp ebx, 0 jne Label_Get_Mem_Struct ; ebx不为0 jmp Label_Get_Mem_OK ; 获取内存信息完成 Label_Get_Mem_Fail: ; =====获取内存信息失败==== ; 显示 正在获取内存结构 mov ax, 0x1301 mov bx, 0x000c mov dx, 0x0400 ; 在第5行显示 mov cx, 33 push ax mov ax, ds mov es, ax pop ax mov bp, Message_Get_Mem_Failed int 0x10 jmp $ Label_Get_Mem_OK: ; ==== 成功获取内存信息 === mov ax, 0x1301 mov bx, 0x000f mov dx, 0x0400 ; 在第5行显示 mov cx, 38 push ax mov ax, ds mov es, ax pop ax mov bp, Message_Get_Mem_Success int 0x10 jmp Label_Get_SVGA_Info Label_Get_SVGA_Info: ; ==== 获取SVGA芯片的信息 mov ax, 0x1301 mov bx, 0x000f mov dx, 0x0500 ; 在第6行显示 mov cx, 34 push ax mov ax, ds mov es, ax pop ax mov bp, Message_Start_Get_SVGA_VBE_Info int 0x10 ; 使用INT0x10的主功能号0x4F00获取SVGA VBE信息 ; For more information, please visit: https://longjin666.top/?p=1321 mov ax, 0x00 mov es, ax mov di, 0x8000 mov ax, 0x4F00 int 0x10 cmp ax, 0x004F ; 获取成功 jz Label_Get_SVGA_VBE_Success Label_Get_SVGA_VBE_Failed: ; 获取SVGA VBE信息失败 mov ax, 0x1301 mov bx, 0x008c mov dx, 0x0600 ; 在第7行显示 mov cx, 33 push ax mov ax, ds mov es, ax pop ax mov bp, Message_Get_SVGA_VBE_Failed int 0x10 jmp $ Label_Get_SVGA_VBE_Success: mov ax, 0x1301 mov bx, 0x000f mov dx, 0x0600 ; 在第7行显示 mov cx, 38 push ax mov ax, ds mov es, ax pop ax mov bp, Message_Get_SVGA_VBE_Success int 0x10 Label_Get_SVGA_Mode_Info: ; ====== 获取SVGA mode信息 ====== mov ax, 0x1301 mov bx, 0x000f mov dx, 0x0700 ; 在第8行显示 mov cx, 35 push ax mov ax, ds mov es, ax pop ax mov bp, Message_Start_Get_SVGA_Mode_Info int 0x10 mov ax, 0x00 mov es, ax mov si, 0x800e ; 根据文档可知，偏移量0Eh处， DWORD pointer to list of supported VESA and OEM video modes ;(list of words terminated with FFFFh) mov esi, dword [es:si] mov edi, 0x8200 Label_SVGA_Mode_Info_Get: mov cx, word [es:esi] ; ===========显示SVGA mode的信息 ;push ax ;mov ax, 0x00 ;mov al, ch ;call Label_DispAL ;mov ax, 0x00 ;mov al, cl ;call Label_DispAL ;pop ax ;============ ; 判断是否获取完毕 cmp cx, 0xFFFF jz Label_SVGA_Mode_Info_Finish mov ax, 0x4f01 ; 使用4f01功能，获取SVGA的模式 int 0x10 cmp ax, 0x004f ; 判断是否获取成功 jnz Label_SVGA_Mode_Info_Fail add esi, 2 add edi, 0x100 ; 开辟一个 256-byte 的 buffer jmp Label_SVGA_Mode_Info_Get Label_SVGA_Mode_Info_Fail: ; === 获取信息失败 === mov ax, 0x1301 mov bx, 0x008c mov dx, 0x0800 ; 在第9行显示 mov cx, 34 push ax mov ax, ds mov es, ax pop ax mov bp, Message_Get_SVGA_Mode_Failed int 0x10 jmp $ Label_SVGA_Mode_Info_Finish: ; === 成功获取SVGA mode信息 === mov ax, 0x1301 mov bx, 0x000f mov dx, 0x0800 ; 在第9行显示 mov cx, 39 push ax mov ax, ds mov es, ax pop ax mov bp, Message_Get_SVGA_Mode_Success int 0x10 jmp Label_Set_SVGA_Mode Label_SET_SVGA_Mode_VESA_VBE_FAIL: ; 设置SVGA显示模式失败 mov ax, 0x1301 mov bx, 0x008c mov dx, 0x0800 ; 在第10行显示 mov cx, 29 push ax mov ax, ds mov es, ax pop ax mov bp, Message_Set_SVGA_Mode_Failed int 0x10 jmp $ Label_Set_SVGA_Mode: ; ===== 设置SVGA芯片的显示模式(VESA VBE) === mov ax, 0x4f02 ; 使用int0x10 功能号AX=4f02设置SVGA芯片的显示模式 mov bx, 0x4180 ; 显示模式可以选择0x180(1440*900 32bit)或者0x143(800*600 32bit) int 0x10 cmp ax, 0x004F jnz Label_SET_SVGA_Mode_VESA_VBE_FAIL ; ===== 初始化GDT表，切换到保护模式 ===== cli ; 关闭外部中断 db 0x66 lgdt [GdtPtr] db 0x66 lidt [IDT_POINTER] mov eax, cr0 or eax, 1 ; 启用保护模式 mov cr0, eax ; 跳转到保护模式下的第一个程序 jmp dword SelectorCode32:GO_TO_TMP_Protect [SECTION .s32] [BITS 32] GO_TO_TMP_Protect: ; ==== 切换到长模式 ===== mov ax, 0x10 mov ds, ax mov es, ax mov fs, ax mov ss, ax mov esp, 0x7e00 ; 将栈指针设置在实模式获取到的数据的基地址上 call support_long_mode ; 检测是否支持长模式 test eax, eax ; 将eax自身相与，检测是否为0（test指令不会把结果赋值回去eax） jz no_support ; 不支持长模式 ; 初始化临时页表， 基地址设置为0x90000 ; 设置各级页表项的值（页表起始地址与页属性组成） mov dword [0x90000], 0x91007 mov dword [0x90004], 0x00000 mov dword [0x90800], 0x91007 mov dword [0x90804], 0x00000 mov dword [0x91000], 0x92007 mov dword [0x91004], 0x00000 mov dword [0x92000], 0x000083 mov dword [0x92004], 0x000000 mov dword [0x92008], 0x200083 mov dword [0x9200c], 0x000000 mov dword [0x92010], 0x400083 mov dword [0x92014], 0x000000 mov dword [0x92018], 0x600083 mov dword [0x9201c], 0x000000 mov dword [0x92020], 0x800083 mov dword [0x92024], 0x000000 mov dword [0x92028], 0xa00083 mov dword [0x9202c], 0x000000 ; === 加载GDT === db 0x66 lgdt [GdtPtr64] ; 加载GDT ; 把临时gdt的数据段加载到寄存器中(cs除外) mov ax, 0x10 mov ds, ax mov es, ax mov fs, ax mov gs, ax mov ss, ax mov esp, 0x7e00 ; ====== 开启物理地址扩展 ===== ; 通过bts指令，将cr4第5位置位，开启PAE mov eax, cr4 bts eax, 5 mov cr4, eax ; 将临时页目录的地址设置到CR3控制寄存器中 mov eax, 0x90000 mov cr3, eax ; ==== 启用长模式 === ; 参见英特尔开发手册合集p4360 volume4, chapter2 页码2-60 Vol. 4 ; IA32_EFER寄存器的第8位是LME标志位，能启用IA-32e模式 mov ecx, 0xC0000080 rdmsr bts eax, 8 wrmsr ; === 开启分页机制 === mov eax, cr0 bts eax, 0 ; 再次开启保护模式 bts eax, 31 ; 开启分页管理机制 mov cr0, eax ; === 通过此条远跳转指令，处理器跳转到内核文件进行执行，正式进入IA-32e模式 jmp SelectorCode64:Offset_Of_Kernel_File support_long_mode: ; ===== 检测是否支持长模式 ==== mov eax, 0x80000000 cpuid ; cpuid指令返回的信息取决于eax的值。当前返回到eax中的是最大的输入参数值。 详见：英特尔开发人员手册卷2A Chapter3 (Page 304) cmp eax, 0x80000001 setnb al ; 当cmp结果为不低于时，置位al jb support_long_mode_done ; 当eax小于0x80000001时，跳转 mov eax, 0x80000001 cpuid ; 获取特定信息，参照开发人员手册卷2A p304 bt edx, 29 ; 将edx第29位的值移到CF上。该位指示了CPU是否支持IA-32e模式 ; Bit 29: Intel® 64 Architecture available if 1. setc al ; 若支持则al置位 support_long_mode_done: movzx eax, al ; 将al，零扩展为32位赋值给eax ret no_support: ; 不支持长模式 jmp $ [SECTION .s16lib] [BITS 16] ; 从软盘读取一个扇区 ; AX=待读取的磁盘起始扇区号 ; CL=读入的扇区数量 ; ES:BX=>目标缓冲区起始地址 Func_ReadOneSector: push bp mov bp, sp sub esp, 2 mov byte [bp-2], cl push bx mov bl, [BPB_SecPerTrk] div bl ;用AX寄存器中的值除以BL，得到目标磁道号(商：AL)以及目标磁道内的起始扇区号(余数：AH) inc ah ; 由于磁道内的起始扇区号从1开始计数，因此将余数+1 mov cl, ah mov dh, al shr al, 1 ;计算出柱面号 mov ch, al and dh, 1;计算出磁头号 pop bx mov dl, [BS_DrvNum] ;最终，dh存储了磁头号，dl存储驱动器号 ; ch存储柱面号，cl存储起始扇区号 Label_Go_On_Reading: ; 使用BIOS中断服务程序INT13h的主功能号AH=02h实现软盘读取操作 mov ah, 2 mov al, byte [bp-2] int 0x13 jc Label_Go_On_Reading ;当CF标志位被复位时，说明数据读取完成，恢复调用现场 add esp, 2 pop bp ret ; 解析FAT表项,根据当前FAT表项索引出下一个FAT表项 Func_GetFATEntry: ; AX=FAT表项号（输入、输出参数） ; 保存将要被修改的寄存器 push es push bx push ax ; 扩展段寄存器 mov ax, 00 mov es, ax pop ax mov byte [Odd], 0 ;将奇数标志位置0 ; 将FAT表项号转换为总的字节号 mov bx, 3 mul bx mov bx, 2 div bx cmp dx, 0 jz Label_Even ; 偶数项 mov byte [Odd], 1 Label_Even: xor dx, dx ;把dx置0 ; 计算得到扇区号（商）和扇区内偏移（余数） mov bx, [BPB_BytesPerSec] div bx push dx ; 读取两个扇区到[es:bx] mov bx, 0x8000 add ax, SectorNumOfFAT1Start mov cl, 2 ; 设置读取两个扇区，解决FAT表项跨扇区的问题 call Func_ReadOneSector pop dx add bx, dx mov ax, [es:bx] cmp byte [Odd], 1 jnz Label_Even_2 ;若是偶数项，则跳转 shr ax, 4 ; 解决奇偶项错位问题 Label_Even_2: and ax, 0x0fff ; 确保表项号在正确的范围内 0x0003~0x0fff pop bx pop es ret ; ==== 显示AL中的信息 === Label_DispAL: push ecx push edx push edi mov edi, [DisplayPosition] mov ah, 0x0F mov dl, al ; 为了先显示al的高4位，因此先将al暂存在dl中，然后把al往右移动4位 shr al, 4 mov ecx, 2 ; 计数为2 .begin: and al, 0x0F cmp al, 9 ja .1 ; 大于9，跳转到.1 add al, '0' jmp .2 .1: sub al, 0x0a add al, 'A' .2: ; 移动到显示内存中 mov [gs:edi], ax add edi, 2 mov al, dl loop .begin mov [DisplayPosition], edi pop edi pop edx pop ecx ret ; === 临时的中断描述符表 === ; 为临时的IDT开辟空间。 ; 由于模式切换过程中已经关闭了外部中断，只要确保模式切换过程中不产生异常，就不用完整的初始化IDT。甚至乎，只要没有异常产生，没有IDT也可以。 IDT: times 0x50 dq 0 IDT_END: IDT_POINTER: dw IDT_END - IDT - 1 dd IDT ;==== 临时变量 ===== RootDirSizeForLoop dw RootDirSectors SectorNo dw 0 Odd db 0 OffsetOfKernelFileCount dd Offset_Of_Kernel_File DisplayPosition dd 0 ; 要显示的消息文本 Message_Start_Loader: db "[DragonOS] Start Loader" Message_No_Loader: db "[ERROR] No Kernel Found." Message_Kernel_Loaded: db "[INFO] Kernel loaded" Message_Start_Get_Mem_Struct: db "[INFO] Try to get memory struct..." Message_Get_Mem_Failed: db "[ERROR] Get memory struct failed." Message_Get_Mem_Success: db "[INFO] Successfully got memory struct." Message_Start_Get_SVGA_VBE_Info: db "[INFO] Try to get SVGA VBE info..." Message_Get_SVGA_VBE_Failed: db "[ERROR] Get SVGA VBE info failed." Message_Get_SVGA_VBE_Success: db "[INFO] Successfully got SVGA VBE info." Message_Start_Get_SVGA_Mode_Info: db "[INFO] Try to get SVGA mode info..." Message_Get_SVGA_Mode_Failed: db "[ERROR] Get SVGA Mode info failed." Message_Get_SVGA_Mode_Success: db "[INFO] Successfully got SVGA Mode info." Message_Set_SVGA_Mode_Failed: db "[ERROR] Set SVGA Mode failed." Kernel_FileName: db "KERNEL BIN", 0