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位(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31~24和23~16 (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 ;低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处
.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:
京公网安备 11010502036488号