本文参考MOOC哈工大操作系统课程,需要有一定的汇编基础
打开电源后,计算机做了什么
此时需要先运行的代码是BIOS
- x86 PC开机后CPU处于实模式,寻址方式为CS:IP(CS左移4位+IP)
- 开机时,初始化的CS=0xFFFF,IP=0x0000,此时指向的地址为0xFFFF0(ROM BIOS映射区,上电后内存中只有此处有代码)
此时载入的是BIOS程序,还没有进入操作系统的部分,BIOS程序是固化在主板上的一段程序负责基本输入输出、系统设置信息、开机后自检程序和系统自启动程序。其主要功能是为计算机提供最底层的、最直接的硬件设置和控制。目前大多烧录在可擦写ROM中,因此也可以进行BIOS升级。
- 此时通过0xFFFF0此处的BIOS代码检查RAM、键盘、鼠标、磁盘等硬件和IO设备(此处执行不通过则不会执行操作系统,代表硬件有问题)
- 然后读取磁盘0磁道0扇区位置的数据到0x7c00处(从磁盘读取到内存0x7c00处),磁盘0磁道0扇区(一个扇区512字节)处的数据即为引导扇区,存放着操作系统的引导程序
- 设置CS=0x07c0,IP=0x0000即指向地址0x7c00
- 读入引导扇区里的代码之后,操作系统的故事就从这里开始了
忽略本文段数据段等,关注核心代码,start开始后
设置ax=0x07c0,ds=ax
设置ax=0x9000,es=ax
设置cx=256 (十进制256)
si,di归零
rep movw 重复执行移动直到cx归零,即移动256字节 源地址ds:si,目的地址es:di
jmpi go, INITSET 间接跳转,意思就是跳转到go标签处的代码处
此时start下面的这部分代码已经是移动到了0x90000处了
设置ds=0x9000,es=0x9000,ss=0x9000,sp=0xff00
load_setup:设置dx=0x0000,cx=0x0002,bx=0x0200,ax=0x0200+setup长度
ax寄存器高八位为ah,低八位为al,此时ax=0x02代表读磁盘,al为setup长度,代表读取的扇区个数
同样cx分为ch和cl,dx分为dh和dl,此时读取的磁盘的位置为柱面号0开始扇区为2磁头号为0驱动器号为0,读取到的内存地址为es:bx=0x9000:0x0200=0x90200。
载入setup扇区的代码后,就要跳出boot扇区的代码开始执行setup代码
INT 0x13 参数参考:https://www.cnblogs.com/AmitX-moten/p/4823598.html
功能号:AH = 08H
调用参数:DL = 驱动器号,ES:BX = 格式化参数表指针
返回参数:成功 ⇒ BL = 磁盘大小,CX中的0-5位存扇区数,CX中的6-15位存柱面号,DH/DL = 磁头数/驱动器数,ES:DI = 磁盘驱动器参数列表地址,失败 ⇒ AH = 错误码,CF = 1
Ok_load_setup:载入代码后,设置dl=0x00,ax=0x0800,执行中断0x13,获取磁盘参数
设置ch=0x00,将扇区数取出给sectors。
通过INT 0x10中断读取光标,再通过该中断显示#mesg1处内存中的字符(loading system…)(cx寄存器代表字符长度)
然后执行call指令,将CS和IP入栈,跳转到read_it处执行代码
setup模块后就需要进入system模块,此时需要从磁盘载入该模块。
通过条件转移指令,跳转ok1_read执行,jb代表jump below,此时应该是为了防止程序跳到system外。
ok1_read代码将磁盘扇区数赋给ax,用ax减去已读扇区数,此时的ax代表未读的扇区数,然后开始读磁道。
至此bootsect.s引导扇区的代码执行完毕,此时需要转入setup模块进行执行。
setup模块,进行系统的设置
此时首先取出鼠标位置,放入[0](间接寻址此时指向CS:IP+0=0x90000)
再取出内存大小放入[2],0x90002处
因为此时CS:IP最多指向的地址空间为1M因为地址位数为20位,2^20bit=1M
所以需要扩展内存
此时SYSSET=0x1000,操作系统的代码放在0x10000起始的位置,下面要整体挪动到0x00000
do_move 此时又要开始移动了,将system模块放到0地址处,此时可以解释为何上面要移动0x07c00的代码到0x90000,就是因为这里要放system的地址。
从ds:si地址 移动到es:di=0x00000处 移动0x8000字节
将CPU从实模式转入保护模式/32位模式,寻址方式发生改变,通过CS选择子选择GDT表中的地址+IP即为内存地址
转入保护模式之前,其实setup还做了一件事,就是建立GDT表,为后面改变寻址方式做准备
此时可以解释一下jmpi 0,8的意思,CS=8选择子查GDT表得到的结果是0x00000000 32位地址,寻址空间为4G,此时CPU可以寻址的空间从1M转到了4G
此时已经跳出setup模块正式进入了system模块,system模块的第一个文件就是head.s,此时的汇编为32位汇编,head.s做了一系列设置(堆栈、idt、gdt、设置地址线等)执行后需要执行main.c,转入C语言执行
通过压栈压入_main的参数 0,0,0,和main的地址(L6死循环地址),跳转到set_paging,执行完设置页表,弹出栈时,main函数的地址被弹出,此时执行main(0,0,0)
上述代码中for循环将内存的页表从0开始的地方设置一段为USED,这一段即为系统所在的地址。
end_men-start_men为剩余的内存的大小,end_men >>=12,end_men右移12位,代表除以4k,此时end_men代表剩余内存有多少页,而mem_map就代表一个数组,这个数组中记录着每个内存页是否被使用。
上述代码中start_men和end_men即从之前的汇编处可以得到,0x90000和0x90002。
通过main.c初始化完成后,操作系统即启动了。