本汇编代码对应文章保户模式下操作系统内核如何加载用户程序并运行 中的实际内核代码

         ;代码清单13-2
         ;文件名:c13_core.asm
         ;文件说明:保护模式微型核心程序 


         ;以下常量定义部分。内核的大部分内容都应当固定 
         core_code_seg_sel     equ  0x38    ;内核代码段选择子
         core_data_seg_sel     equ  0x30    ;内核数据段选择子 
         sys_routine_seg_sel   equ  0x28    ;系统公共例程代码段的选择子 
         video_ram_seg_sel     equ  0x20    ;视频显示缓冲区的段选择子
         core_stack_seg_sel    equ  0x18    ;内核堆栈段选择子
         mem_0_4_gb_seg_sel    equ  0x08    ;整个0-4GB内存的段的选择子

;-------------------------------------------------------------------------------
         ;以下是系统核心的头部,用于加载核心程序 
         core_length      dd core_end       ;核心程序总长度#00

         sys_routine_seg  dd section.sys_routine.start
                                            ;系统公用例程段位置#04

         core_data_seg    dd section.core_data.start
                                            ;核心数据段位置#08

         core_code_seg    dd section.core_code.start
                                            ;核心代码段位置#0c


         core_entry       dd start          ;核心代码段入口点#10
                          dw core_code_seg_sel

;===============================================================================
         [bits 32]
;===============================================================================
SECTION sys_routine vstart=0                ;系统公共例程代码段 
;-------------------------------------------------------------------------------
         ;字符串显示例程
put_string:                                 ;显示0终止的字符串并移动光标 
                                            ;输入:DS:EBX=串地址
         push ecx
  .getc:
         mov cl,[ebx]
         or cl,cl
         jz .exit
         call put_char
         inc ebx
         jmp .getc

  .exit:
         pop ecx
         retf                               ;段间返回

;-------------------------------------------------------------------------------
put_char:                                   ;在当前光标处显示一个字符,并推进
                                            ;光标。仅用于段内调用 
                                            ;输入:CL=字符ASCII码 
         pushad

         ;以下取当前光标位置
         mov dx,0x3d4
         mov al,0x0e
         out dx,al
         inc dx                             ;0x3d5
         in al,dx                           ;高字
         mov ah,al

         dec dx                             ;0x3d4
         mov al,0x0f
         out dx,al
         inc dx                             ;0x3d5
         in al,dx                           ;低字
         mov bx,ax                          ;BX=代表光标位置的16位数

         cmp cl,0x0d                        ;回车符?
         jnz .put_0a
         mov ax,bx
         mov bl,80
         div bl
         mul bl
         mov bx,ax
         jmp .set_cursor

  .put_0a:
         cmp cl,0x0a                        ;换行符?
         jnz .put_other
         add bx,80
         jmp .roll_screen

  .put_other:                               ;正常显示字符
         push es
         mov eax,video_ram_seg_sel          ;0xb8000段的选择子
         mov es,eax
         shl bx,1
         mov [es:bx],cl
         pop es

         ;以下将光标位置推进一个字符
         shr bx,1
         inc bx

  .roll_screen:
         cmp bx,2000                        ;光标超出屏幕?滚屏
         jl .set_cursor

         push ds
         push es
         mov eax,video_ram_seg_sel
         mov ds,eax
         mov es,eax
         cld
         mov esi,0xa0                       ;小心!32位模式下movsb/w/d 
         mov edi,0x00                       ;使用的是esi/edi/ecx 
         mov ecx,1920
         rep movsd
         mov bx,3840                        ;清除屏幕最底一行
         mov ecx,80                         ;32位程序应该使用ECX
  .cls:
         mov word[es:bx],0x0720
         add bx,2
         loop .cls

         pop es
         pop ds

         mov bx,1920

  .set_cursor:
         mov dx,0x3d4
         mov al,0x0e
         out dx,al
         inc dx                             ;0x3d5
         mov al,bh
         out dx,al
         dec dx                             ;0x3d4
         mov al,0x0f
         out dx,al
         inc dx                             ;0x3d5
         mov al,bl
         out dx,al

         popad
         ret                                

;-------------------------------------------------------------------------------
read_hard_disk_0:                           ;从硬盘读取一个逻辑扇区
                                            ;EAX=逻辑扇区号
                                            ;DS:EBX=目标缓冲区地址
                                            ;返回:EBX=EBX+512
         push eax 
         push ecx
         push edx
      
         push eax
         
         mov dx,0x1f2
         mov al,1
         out dx,al                          ;读取的扇区数

         inc dx                             ;0x1f3
         pop eax
         out dx,al                          ;LBA地址7~0

         inc dx                             ;0x1f4
         mov cl,8
         shr eax,cl
         out dx,al                          ;LBA地址15~8

         inc dx                             ;0x1f5
         shr eax,cl
         out dx,al                          ;LBA地址23~16

         inc dx                             ;0x1f6
         shr eax,cl
         or al,0xe0                         ;第一硬盘  LBA地址27~24
         out dx,al

         inc dx                             ;0x1f7
         mov al,0x20                        ;读命令
         out dx,al

  .waits:
         in al,dx
         and al,0x88
         cmp al,0x08
         jnz .waits                         ;不忙,且硬盘已准备好数据传输 

         mov ecx,256                        ;总共要读取的字数
         mov dx,0x1f0
  .readw:
         in ax,dx
         mov [ebx],ax
         add ebx,2
         loop .readw

         pop edx
         pop ecx
         pop eax
      
         retf                               ;段间返回 

;-------------------------------------------------------------------------------
;汇编语言程序是极难一次成功,而且调试非常困难。这个例程可以提供帮助 
put_hex_dword:                              ;在当前光标处以十六进制形式显示
                                            ;一个双字并推进光标 
                                            ;输入:EDX=要转换并显示的数字
                                            ;输出:无
         pushad
         push ds
      
         mov ax,core_data_seg_sel           ;切换到核心数据段 
         mov ds,ax
      
         mov ebx,bin_hex                    ;指向核心数据段内的转换表
         mov ecx,8
  .xlt:    
         rol edx,4
         mov eax,edx
         and eax,0x0000000f
         xlat
      
         push ecx
         mov cl,al                           
         call put_char
         pop ecx
       
         loop .xlt
      
         pop ds
         popad
         retf
      
;-------------------------------------------------------------------------------
allocate_memory:                            ;分配内存
                                            ;输入:ECX=希望分配的字节数
                                            ;输出:ECX=起始线性地址 
         push ds
         push eax
         push ebx
      
         mov eax,core_data_seg_sel
         mov ds,eax
      
         mov eax,[ram_alloc]
         add eax,ecx                        ;下一次分配时的起始地址
      
         ;这里应当有检测可用内存数量的指令
          
         mov ecx,[ram_alloc]                ;返回分配的起始地址

         mov ebx,eax
         and ebx,0xfffffffc
         add ebx,4                          ;强制对齐 
         test eax,0x00000003                ;下次分配的起始地址最好是4字节对齐
         cmovnz eax,ebx                     ;如果没有对齐,则强制对齐 
         mov [ram_alloc],eax                ;下次从该地址分配内存
                                            ;cmovcc指令可以避免控制转移 
         pop ebx
         pop eax
         pop ds

         retf

;-------------------------------------------------------------------------------
set_up_gdt_descriptor:                      ;在GDT内安装一个新的描述符
                                            ;输入:EDX:EAX=描述符 
                                            ;输出:CX=描述符的选择子
         push eax
         push ebx
         push edx
      
         push ds
         push es
      
         mov ebx,core_data_seg_sel          ;切换到核心数据段
         mov ds,ebx

         sgdt [pgdt]                        ;以便开始处理GDT

         mov ebx,mem_0_4_gb_seg_sel
         mov es,ebx

         movzx ebx,word [pgdt]              ;GDT界限 
         inc bx                             ;GDT总字节数,也是下一个描述符偏移 
         add ebx,[pgdt+2]                   ;下一个描述符的线性地址 
      
         mov [es:ebx],eax
         mov [es:ebx+4],edx
      
         add word [pgdt],8                  ;增加一个描述符的大小   
      
         lgdt [pgdt]                        ;对GDT的更改生效 
       
         mov ax,[pgdt]                      ;得到GDT界限值
         xor dx,dx
         mov bx,8
         div bx                             ;除以8,去掉余数
         mov cx,ax                          
         shl cx,3                           ;将索引号移到正确位置 

         pop es
         pop ds

         pop edx
         pop ebx
         pop eax
      
         retf 
;-------------------------------------------------------------------------------
make_seg_descriptor:                        ;构造存储器和系统的段描述符
                                            ;输入:EAX=线性基地址
                                            ;      EBX=段界限
                                            ;      ECX=属性。各属性位都在原始
                                            ;          位置,无关的位清零 
                                            ;返回:EDX:EAX=描述符
         mov edx,eax
         shl eax,16
         or ax,bx                           ;描述符前32(EAX)构造完毕

         and edx,0xffff0000                 ;清除基地址中无关的位
         rol edx,8
         bswap edx                          ;装配基址的31~2423~16  (80486+)

         xor bx,bx
         or edx,ebx                         ;装配段界限的高4位

         or edx,ecx                         ;装配属性

         retf

;===============================================================================
SECTION core_data vstart=0                  ;系统核心的数据段
;-------------------------------------------------------------------------------
         pgdt             dw  0             ;用于设置和修改GDT 
                          dd  0

         ram_alloc        dd  0x00100000    ;下次分配内存时的起始地址

         ;符号地址检索表
         salt:
         salt_1           db  '@PrintString'
                     times 256-($-salt_1) db 0
                          dd  put_string
                          dw  sys_routine_seg_sel

         salt_2           db  '@ReadDiskData'
                     times 256-($-salt_2) db 0
                          dd  read_hard_disk_0
                          dw  sys_routine_seg_sel

         salt_3           db  '@PrintDwordAsHexString'
                     times 256-($-salt_3) db 0
                          dd  put_hex_dword
                          dw  sys_routine_seg_sel

         salt_4           db  '@TerminateProgram'
                     times 256-($-salt_4) db 0
                          dd  return_point
                          dw  core_code_seg_sel

         salt_item_len   equ $-salt_4
         salt_items      equ ($-salt)/salt_item_len

         message_1        db  ' If you seen this message,that means we '
                          db  'are now in protect mode,and the system '
                          db  'core is loaded,and the video display '
                          db  'routine works perfectly.',0x0d,0x0a,0

         message_5        db  ' Loading user program...',0
         
         do_status        db  'Done.',0x0d,0x0a,0
         
         message_6        db  0x0d,0x0a,0x0d,0x0a,0x0d,0x0a
                          db  ' User program terminated,control returned.',0

         bin_hex          db '0123456789ABCDEF'
                                            ;put_hex_dword子过程用的查找表 
         core_buf   times 2048 db 0         ;内核用的缓冲区

         esp_pointer      dd 0              ;内核用来临时保存自己的栈指针     

         cpu_brnd0        db 0x0d,0x0a,' ',0
         cpu_brand  times 52 db 0
         cpu_brnd1        db 0x0d,0x0a,0x0d,0x0a,0

;===============================================================================
SECTION core_code vstart=0
;-------------------------------------------------------------------------------
load_relocate_program:                      ;加载并重定位用户程序
                                            ;输入:ESI=起始逻辑扇区号
                                            ;返回:AX=指向用户程序头部的选择子 
         push ebx
         push ecx
         push edx
         push esi
         push edi
      
         push ds
         push es
      
         mov eax,core_data_seg_sel
         mov ds,eax                         ;切换DS到内核数据段
       
         mov eax,esi                        ;读取程序头部数据 
         mov ebx,core_buf                        
         call sys_routine_seg_sel:read_hard_disk_0

         ;以下判断整个程序有多大
         mov eax,[core_buf]                 ;程序尺寸
         mov ebx,eax
         and ebx,0xfffffe00                 ;使之512字节对齐(能被512整除的数, 
         add ebx,512                        ;9位都为0 
         test eax,0x000001ff                ;程序的大小正好是512的倍数吗? 
         cmovnz eax,ebx                     ;不是。使用凑整的结果 
      
         mov ecx,eax                        ;实际需要申请的内存数量
         call sys_routine_seg_sel:allocate_memory
         mov ebx,ecx                        ;ebx -> 申请到的内存首地址
         push ebx                           ;保存该首地址 
         xor edx,edx
         mov ecx,512
         div ecx
         mov ecx,eax                        ;总扇区数 
      
         mov eax,mem_0_4_gb_seg_sel         ;切换DS到0-4GB的段
         mov ds,eax

         mov eax,esi                        ;起始扇区号 
  .b1:
         call sys_routine_seg_sel:read_hard_disk_0
         inc eax
         loop .b1                           ;循环读,直到读完整个用户程序

         ;建立程序头部段描述符
         pop edi                            ;恢复程序装载的首地址 
         mov eax,edi                        ;程序头部起始线性地址
         mov ebx,[edi+0x04]                 ;段长度
         dec ebx                            ;段界限 
         mov ecx,0x00409200                 ;字节粒度的数据段描述符
         call sys_routine_seg_sel:make_seg_descriptor
         call sys_routine_seg_sel:set_up_gdt_descriptor
         mov [edi+0x04],cx                   

         ;建立程序代码段描述符
         mov eax,edi
         add eax,[edi+0x14]                 ;代码起始线性地址
         mov ebx,[edi+0x18]                 ;段长度
         dec ebx                            ;段界限
         mov ecx,0x00409800                 ;字节粒度的代码段描述符
         call sys_routine_seg_sel:make_seg_descriptor
         call sys_routine_seg_sel:set_up_gdt_descriptor
         mov [edi+0x14],cx

         ;建立程序数据段描述符
         mov eax,edi
         add eax,[edi+0x1c]                 ;数据段起始线性地址
         mov ebx,[edi+0x20]                 ;段长度
         dec ebx                            ;段界限
         mov ecx,0x00409200                 ;字节粒度的数据段描述符
         call sys_routine_seg_sel:make_seg_descriptor
         call sys_routine_seg_sel:set_up_gdt_descriptor
         mov [edi+0x1c],cx

         ;建立程序堆栈段描述符
         mov ecx,[edi+0x0c]                 ;4KB的倍率 
         mov ebx,0x000fffff
         sub ebx,ecx                        ;得到段界限
         mov eax,4096                        
         mul dword [edi+0x0c]                         
         mov ecx,eax                        ;准备为堆栈分配内存 
         call sys_routine_seg_sel:allocate_memory
         add eax,ecx                        ;得到堆栈的高端物理地址 
         mov ecx,0x00c09600                 ;4KB粒度的堆栈段描述符
         call sys_routine_seg_sel:make_seg_descriptor
         call sys_routine_seg_sel:set_up_gdt_descriptor
         mov [edi+0x08],cx

         ;重定位SALT
         mov eax,[edi+0x04]
         mov es,eax                         ;es -> 用户程序头部 
         mov eax,core_data_seg_sel
         mov ds,eax
      
         cld

         mov ecx,[es:0x24]                  ;用户程序的SALT条目数
         mov edi,0x28                       ;用户程序内的SALT位于头部内0x2c.b2: 
         push ecx
         push edi
      
         mov ecx,salt_items
         mov esi,salt
  .b3:
         push edi
         push esi
         push ecx

         mov ecx,64                         ;检索表中,每条目的比较次数 
         repe cmpsd                         ;每次比较4字节 
         jnz .b4
         mov eax,[esi]                      ;若匹配,esi恰好指向其后的地址数据
         mov [es:edi-256],eax               ;将字符串改写成偏移地址 
         mov ax,[esi+4]
         mov [es:edi-252],ax                ;以及段选择子 
  .b4:
      
         pop ecx
         pop esi
         add esi,salt_item_len
         pop edi                            ;从头比较 
         loop .b3
      
         pop edi
         add edi,256
         pop ecx
         loop .b2

         mov ax,[es:0x04]

         pop es                             ;恢复到调用此过程前的es段 
         pop ds                             ;恢复到调用此过程前的ds段
      
         pop edi
         pop esi
         pop edx
         pop ecx
         pop ebx
      
         ret
      
;-------------------------------------------------------------------------------
start:
         mov ecx,core_data_seg_sel           ;使ds指向核心数据段 
         mov ds,ecx

         mov ebx,message_1
         call sys_routine_seg_sel:put_string
                                         
         ;显示处理器品牌信息 
         mov eax,0x80000002
         cpuid
         mov [cpu_brand + 0x00],eax
         mov [cpu_brand + 0x04],ebx
         mov [cpu_brand + 0x08],ecx
         mov [cpu_brand + 0x0c],edx
      
         mov eax,0x80000003
         cpuid
         mov [cpu_brand + 0x10],eax
         mov [cpu_brand + 0x14],ebx
         mov [cpu_brand + 0x18],ecx
         mov [cpu_brand + 0x1c],edx

         mov eax,0x80000004
         cpuid
         mov [cpu_brand + 0x20],eax
         mov [cpu_brand + 0x24],ebx
         mov [cpu_brand + 0x28],ecx
         mov [cpu_brand + 0x2c],edx

         mov ebx,cpu_brnd0
         call sys_routine_seg_sel:put_string
         mov ebx,cpu_brand
         call sys_routine_seg_sel:put_string
         mov ebx,cpu_brnd1
         call sys_routine_seg_sel:put_string

         mov ebx,message_5
         call sys_routine_seg_sel:put_string
         mov esi,50                          ;用户程序位于逻辑50扇区 
         call load_relocate_program
      
         mov ebx,do_status
         call sys_routine_seg_sel:put_string
      
         mov [esp_pointer],esp               ;临时保存堆栈指针
       
         mov ds,ax
      
         jmp far [0x10]                      ;控制权交给用户程序(入口点)
                                             ;堆栈可能切换 

return_point:                                ;用户程序返回点
         mov eax,core_data_seg_sel           ;使ds指向核心数据段
         mov ds,eax

         mov eax,core_stack_seg_sel          ;切换回内核自己的堆栈
         mov ss,eax 
         mov esp,[esp_pointer]

         mov ebx,message_6
         call sys_routine_seg_sel:put_string

         ;这里可以放置清除用户程序各种描述符的指令
         ;也可以加载并启动其它程序
       
         hlt
            
;===============================================================================
SECTION core_trail
;-------------------------------------------------------------------------------
core_end: