WinixJ---boot/boot.s文件详解
本篇主要将boot程序所做的工作做一笔记。
先看代码吧：
1
;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;
2 ; 该文件主要用于加载loader和kernel入内存，其中默认loader和kernel是被压缩成System.Image
3 ; 文件存放到软盘的第二个扇区起始的地方，loader最大大小不应超过128KB，loader + kernel不应
4 ; 超过512KB - 32KB = 480KB大小，否则系统将崩溃。
5 ;
6 ; Author :
7 ; v 0. 01 2011 / 11 / 22
8 ;
9 ;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;
10 org 0x7c00
11 jmp start
12
13 ; loader和kernel映像一起被加载到
14 ; 内存段基址: 0x8000 ( * 0x10 )
15 ; 即在1MB寻址范围的正中间
16 ; 将来还会从0xf0000地址起始处放置一些系统参数
17 ; 因此loader + kernel大小不应超过512KB - 32KB = 480KB，如果
18 ; 超过这个数字那么地址将回滚，系统崩溃
19 LOADER_ADDR equ 0x8000
20
21 start:
22 mov ax, cs
23 mov ds, ax
24 mov es, ax
25 mov ss, ax
26 mov sp, 0x7b00 ; 栈顶为0x7b00，向低地址延伸;其实boot中我们没有用到栈，因此不需设置堆栈
27
28 ; 清屏
29 mov ax, 0x0600
30 mov bx, 0x0700
31 mov cx, 0
32 mov dx, 0x184f
33 int 0x10
34
35 ; 设置光标位置
36 mov ah, 0x02
37 mov bh, 0x00
38 mov dx, 0x0
39 int 0x10
40
41 get_disk_param:
42 mov dl, 0x00 ; 读软盘
43 mov ax, 0x0800 ; 获取磁盘参数
44 int 0x13
45 jnc goon_get_disk_param ; 如果读磁盘驱动器参数成功则保存相关参数
46 mov dx, 0x0000 ; 出错则将磁盘复位然后无限循环读
47 mov ax, 0x0000
48 int 0x13
49 jmp get_disk_param ; 出错则将磁盘复位然后无限循环读
50
51 goon_get_disk_param:
52 mov bl, cl
53 and bl, 0x3f
54 mov byte [SECTOR_PER_TRACK], bl ; SECTOR_PER_TRACK保存每磁道最大扇区数
55 shr cx, 6
56 mov word [TRACK_NUM], cx ; TRACK_NUM保存最大磁道号
57
58 ; 获取当前光标位置
59 mov ah, 0x03
60 xor bh, bh
61 int 0x10
62
63 ; 打印一些信息
64 mov ax, cs
65 mov es, ax
66 mov cx, MSG1_LEN
67 mov bx, 0x0007
68 mov bp, MSG1 ; 显示字符串 " Loading System
"
69 mov ax, 0x1301
70 int 0x10
71
72 ;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;
73 ; 加载loader和kernel文件，存放位置在0x80000起始的地方
74 ; loader + kernel大小不应超过480KB，否则由于在实模式下仅有
75 ; 1MB的寻址能力，loader + kernel的存放空间将超过0x80000 ~ 0xf0000的大小
76 ;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;
77
78 load_loader_and_kernel:
79 mov ax, 0x00
80 mov byte al, [LOADER_LEN]
81 add word ax, [KERNEL_LEN]
82 mov word [CUR_UNREAD_SECTOR], ax ; 初始化当前未加载的扇区数
83 mov ax, LOADER_ADDR
84 mov es, ax
85 mov bx, 0x00 ; es:bx指向loader + kernel映像加载的位置: 0x8000 * 0x10 + 0x0
86
87 read_one_track:
88 mov word ax, [CUR_TRACK]
89 mov ch, al ; 当前读到的磁道号的低8位
90 shl ah, 0x06
91 mov cl, ah
92 mov byte al, [CUR_READ]
93 inc al
94 or cl, al ; cl寄存器高两位为当前读到的磁道号的高两位，低六位为开始扇区号
95 mov byte dh, [CUR_HEAD] ; 当前的磁头号
96 mov dl, 0x00 ; 驱动器号为0，代表是软盘
97 mov ah, 0x02 ; 读扇区
98 mov byte al, [SECTOR_PER_TRACK]
99 sub byte al, [CUR_READ] ; 要读取的扇区数量
100 int 0x13
101 mov byte cl, [SECTOR_PER_TRACK]
102 sub byte cl, [CUR_READ]
103 cmp al, cl
104 jne die ; 如果实际读出的扇区数比所请求的扇区数少，则报错
105 xor ah, ah
106 sub word [CUR_UNREAD_SECTOR], ax ; 修改当前剩余的未读扇区数
107 jc finish_loading
108 cmp word [CUR_UNREAD_SECTOR], 0x00
109 je finish_loading ; 如果已经读完loader和kernel，则跳出
110 shl ax, 0x09 ; al * 512代表本次读出的字节数
111 add bx, ax
112 jno no_overflow
113 mov cx, es
114 add cx, 0x1000
115 cmp cx, 0xf000
116 ja die ; es已经超过了1MB的界限，说明loader + kernel过大
117 mov es, cx ; 修改es:bx缓冲区地址
118 no_overflow:
119 mov byte [CUR_READ], 0x0
120 cmp byte [CUR_HEAD], 0x0
121 je read_head_1
122 add byte [CUR_TRACK], 0x01
123 mov word ax, [TRACK_NUM]
124 cmp word [CUR_TRACK], ax
125 ja die
126 read_head_1:
127 add byte [CUR_HEAD], 0x01
128 and byte [CUR_HEAD], 0x01 ; 磁头号由0转为1，或者由1转为0
129 jmp read_one_track
130
131 die:
132 ; 获取当前光标位置
133 mov ah, 0x03
134 xor bh, bh
135 int 0x10
136
137 ; 打印一些信息
138 mov ax, cs
139 mov es, ax
140 mov cx, MSG2_LEN
141 mov bx, 0x0007
142 mov bp, MSG2 ; 显示字符串 " The loader or kernel is too long
"
143 mov ax, 0x1301
144 int 0x10
145
146 xor ax, ax
147 int 0x16
148 int 0x19
149 jmp $
150
151 finish_loading:
152 ; 关闭软驱马达
153 mov dx, 0x03f2
154 mov al, 0
155 out dx, al
156 nop
157
158 ; 获取当前光标位置
159 mov ah, 0x03
160 xor bh, bh
161 int 0x10
162
163 ; 打印一些信息
164 mov ax, cs
165 mov es, ax
166 mov cx, MSG3_LEN
167 mov bx, 0x0007
168 mov bp, MSG3 ; 显示字符串 " Success to load the loader and kernel\n\nEntering loader
"
169 mov ax, 0x1301
170 int 0x10
171
172 jmp LOADER_ADDR: 0 ; 跳转到loader去执行
173
174 ; 要显示的字符串
175 MSG1: db 13 , 10 , " Loading loader and kernel
"
,
13
,
10
176 MSG1_LEN equ $ - MSG1
177 MSG2: db 13 , 10 , " The loader or kernel is too long
"
,
13
,
10
178 MSG2_LEN equ $ - MSG2
179 MSG3: db 13 , 10 , " Entering loader
"
,
13
,
10
180 MSG3_LEN equ $ - MSG3
181
182 CUR_READ: db 1 ; 当前磁道已经读出的扇区数
183 CUR_HEAD: db 0 ; 当前的磁头号
184 CUR_TRACK: dw 0 ; 当前读到的磁道号
185 CUR_UNREAD_SECTOR dw 0 ; 当前剩余的未读扇区数
186
187 TRACK_NUM: dw 0 ; 最大磁道号
188 SECTOR_PER_TRACK: db 0 ; 每磁道扇区数
189
190 times 507 - ($ - $$) db 0 ; 填充剩余容量为0
191
192 ;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;
193 ; 将loader文件的大小和kernel文件的大小都
194 ; 放到boot文件oxaa55前的末尾
195 ;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;
196
197 ; loader文件所占用的扇区数，loader不会大过
198 ; 2 ^ 8 * 512 = 128KB大小，这在短期内应该足够了
199 LOADER_LEN db 0
200 ; kernel文件所占用的扇区数，kernel不会大过
201 ; 2 ^ 16 * 512 = 32MB大小，这在用1.44MB大小的软盘里足够了
202 KERNEL_LEN dw 0
203
204 dw 0xaa55
2 ; 该文件主要用于加载loader和kernel入内存，其中默认loader和kernel是被压缩成System.Image
3 ; 文件存放到软盘的第二个扇区起始的地方，loader最大大小不应超过128KB，loader + kernel不应
4 ; 超过512KB - 32KB = 480KB大小，否则系统将崩溃。
5 ;
6 ; Author :
7 ; v 0. 01 2011 / 11 / 22
8 ;
9 ;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;
10 org 0x7c00
11 jmp start
12
13 ; loader和kernel映像一起被加载到
14 ; 内存段基址: 0x8000 ( * 0x10 )
15 ; 即在1MB寻址范围的正中间
16 ; 将来还会从0xf0000地址起始处放置一些系统参数
17 ; 因此loader + kernel大小不应超过512KB - 32KB = 480KB，如果
18 ; 超过这个数字那么地址将回滚，系统崩溃
19 LOADER_ADDR equ 0x8000
20
21 start:
22 mov ax, cs
23 mov ds, ax
24 mov es, ax
25 mov ss, ax
26 mov sp, 0x7b00 ; 栈顶为0x7b00，向低地址延伸;其实boot中我们没有用到栈，因此不需设置堆栈
27
28 ; 清屏
29 mov ax, 0x0600
30 mov bx, 0x0700
31 mov cx, 0
32 mov dx, 0x184f
33 int 0x10
34
35 ; 设置光标位置
36 mov ah, 0x02
37 mov bh, 0x00
38 mov dx, 0x0
39 int 0x10
40
41 get_disk_param:
42 mov dl, 0x00 ; 读软盘
43 mov ax, 0x0800 ; 获取磁盘参数
44 int 0x13
45 jnc goon_get_disk_param ; 如果读磁盘驱动器参数成功则保存相关参数
46 mov dx, 0x0000 ; 出错则将磁盘复位然后无限循环读
47 mov ax, 0x0000
48 int 0x13
49 jmp get_disk_param ; 出错则将磁盘复位然后无限循环读
50
51 goon_get_disk_param:
52 mov bl, cl
53 and bl, 0x3f
54 mov byte [SECTOR_PER_TRACK], bl ; SECTOR_PER_TRACK保存每磁道最大扇区数
55 shr cx, 6
56 mov word [TRACK_NUM], cx ; TRACK_NUM保存最大磁道号
57
58 ; 获取当前光标位置
59 mov ah, 0x03
60 xor bh, bh
61 int 0x10
62
63 ; 打印一些信息
64 mov ax, cs
65 mov es, ax
66 mov cx, MSG1_LEN
67 mov bx, 0x0007
68 mov bp, MSG1 ; 显示字符串 " Loading System
"
69 mov ax, 0x1301
70 int 0x10
71
72 ;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;
73 ; 加载loader和kernel文件，存放位置在0x80000起始的地方
74 ; loader + kernel大小不应超过480KB，否则由于在实模式下仅有
75 ; 1MB的寻址能力，loader + kernel的存放空间将超过0x80000 ~ 0xf0000的大小
76 ;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;
77
78 load_loader_and_kernel:
79 mov ax, 0x00
80 mov byte al, [LOADER_LEN]
81 add word ax, [KERNEL_LEN]
82 mov word [CUR_UNREAD_SECTOR], ax ; 初始化当前未加载的扇区数
83 mov ax, LOADER_ADDR
84 mov es, ax
85 mov bx, 0x00 ; es:bx指向loader + kernel映像加载的位置: 0x8000 * 0x10 + 0x0
86
87 read_one_track:
88 mov word ax, [CUR_TRACK]
89 mov ch, al ; 当前读到的磁道号的低8位
90 shl ah, 0x06
91 mov cl, ah
92 mov byte al, [CUR_READ]
93 inc al
94 or cl, al ; cl寄存器高两位为当前读到的磁道号的高两位，低六位为开始扇区号
95 mov byte dh, [CUR_HEAD] ; 当前的磁头号
96 mov dl, 0x00 ; 驱动器号为0，代表是软盘
97 mov ah, 0x02 ; 读扇区
98 mov byte al, [SECTOR_PER_TRACK]
99 sub byte al, [CUR_READ] ; 要读取的扇区数量
100 int 0x13
101 mov byte cl, [SECTOR_PER_TRACK]
102 sub byte cl, [CUR_READ]
103 cmp al, cl
104 jne die ; 如果实际读出的扇区数比所请求的扇区数少，则报错
105 xor ah, ah
106 sub word [CUR_UNREAD_SECTOR], ax ; 修改当前剩余的未读扇区数
107 jc finish_loading
108 cmp word [CUR_UNREAD_SECTOR], 0x00
109 je finish_loading ; 如果已经读完loader和kernel，则跳出
110 shl ax, 0x09 ; al * 512代表本次读出的字节数
111 add bx, ax
112 jno no_overflow
113 mov cx, es
114 add cx, 0x1000
115 cmp cx, 0xf000
116 ja die ; es已经超过了1MB的界限，说明loader + kernel过大
117 mov es, cx ; 修改es:bx缓冲区地址
118 no_overflow:
119 mov byte [CUR_READ], 0x0
120 cmp byte [CUR_HEAD], 0x0
121 je read_head_1
122 add byte [CUR_TRACK], 0x01
123 mov word ax, [TRACK_NUM]
124 cmp word [CUR_TRACK], ax
125 ja die
126 read_head_1:
127 add byte [CUR_HEAD], 0x01
128 and byte [CUR_HEAD], 0x01 ; 磁头号由0转为1，或者由1转为0
129 jmp read_one_track
130
131 die:
132 ; 获取当前光标位置
133 mov ah, 0x03
134 xor bh, bh
135 int 0x10
136
137 ; 打印一些信息
138 mov ax, cs
139 mov es, ax
140 mov cx, MSG2_LEN
141 mov bx, 0x0007
142 mov bp, MSG2 ; 显示字符串 " The loader or kernel is too long
"
143 mov ax, 0x1301
144 int 0x10
145
146 xor ax, ax
147 int 0x16
148 int 0x19
149 jmp $
150
151 finish_loading:
152 ; 关闭软驱马达
153 mov dx, 0x03f2
154 mov al, 0
155 out dx, al
156 nop
157
158 ; 获取当前光标位置
159 mov ah, 0x03
160 xor bh, bh
161 int 0x10
162
163 ; 打印一些信息
164 mov ax, cs
165 mov es, ax
166 mov cx, MSG3_LEN
167 mov bx, 0x0007
168 mov bp, MSG3 ; 显示字符串 " Success to load the loader and kernel\n\nEntering loader
"
169 mov ax, 0x1301
170 int 0x10
171
172 jmp LOADER_ADDR: 0 ; 跳转到loader去执行
173
174 ; 要显示的字符串
175 MSG1: db 13 , 10 , " Loading loader and kernel
"
,
13
,
10
176 MSG1_LEN equ $ - MSG1
177 MSG2: db 13 , 10 , " The loader or kernel is too long
"
,
13
,
10
178 MSG2_LEN equ $ - MSG2
179 MSG3: db 13 , 10 , " Entering loader
"
,
13
,
10
180 MSG3_LEN equ $ - MSG3
181
182 CUR_READ: db 1 ; 当前磁道已经读出的扇区数
183 CUR_HEAD: db 0 ; 当前的磁头号
184 CUR_TRACK: dw 0 ; 当前读到的磁道号
185 CUR_UNREAD_SECTOR dw 0 ; 当前剩余的未读扇区数
186
187 TRACK_NUM: dw 0 ; 最大磁道号
188 SECTOR_PER_TRACK: db 0 ; 每磁道扇区数
189
190 times 507 - ($ - $$) db 0 ; 填充剩余容量为0
191
192 ;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;
193 ; 将loader文件的大小和kernel文件的大小都
194 ; 放到boot文件oxaa55前的末尾
195 ;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;
196
197 ; loader文件所占用的扇区数，loader不会大过
198 ; 2 ^ 8 * 512 = 128KB大小，这在短期内应该足够了
199 LOADER_LEN db 0
200 ; kernel文件所占用的扇区数，kernel不会大过
201 ; 2 ^ 16 * 512 = 32MB大小，这在用1.44MB大小的软盘里足够了
202 KERNEL_LEN dw 0
203
204 dw 0xaa55
该文件是由BIOS自动从软盘的第一个扇区加载进内存的0x0:0x7c00处的。因此必须将boot放到软盘的第一个扇区，且要求该文件编译出来必须是512字节，正好占用一个扇区大小。
boot中指定了loader+kernel被加载的位置：0x8000:0x0，也就是物理地址为0x80000的位置。另外将来loader还要在地址0xf000:0x0处放置一些系统参数，因此loader+kernel文件应该位于0x8000:0x0~0xf000:0x0之间，也就是不大于480KB的大小，超过这个大小系统崩溃，无法启动。
该文件的核心操作就是从软盘的第二个扇区开始将loader+kernel加载进内存，不过前提是应该已经使用proc_kernel和buildImage程序将boot+loader和kernel压缩成一个System.Image文件，也就是说loader和kernel被一起放到软盘的第二个扇区开始的位置，boot将连续读磁道将loader+kernel加载到从0x8000:0x0起始的内存位置。
还有一个地方需要注意，boot文件可启动的标志除了大小需要是512B外，最后两个字节也必须是0xaa55。而且我们在紧挨着0xaa55的地方开辟了3个字节的空间用来记录loader的大小和kernel的大小，都是以扇区数计量。其中loader大小占1个字节，因此说loader不得大于2^8 * 512B = 128KB，紧挨着是kernel大小，占用2个字节。这两个值是为了加载loader+kernel做准备的，而且这两个值不是boot或者loader写入的，而是buildImage这个工具直接在获取了loader文件和kernel文件的大小后直接写入的。
核心的部分是将loader+kernel加载进内存，这个工作具体思想如下：boot先从自己的最后几个字节位置获取loader和kernel占用的扇区数量，然后再利用BIOS中断获取软盘参数，最后加载对应数量的扇区，不过为了加快加载速度，这里学习了linux的做法，每次只要可以，就加载整个磁道。