自己动手从零写桌面操作系统GrapeOS系列教程——21.汇编语言写硬盘实战

学习操作系统原理最好的方法是自己写一个简单的操作系统。

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在上一讲中我们学习了用汇编语言读硬盘，本讲我们来学习用汇编语言写硬盘。同样也是设计一个简单的实验，实验内容为：

在内存中准备一段有特征的512字节数据，地址为0x7e00~0x7fff，其特征是前3个字节依次为4、5、6，最后3个字节依次为6、5、4。然后将该段内存数据写入到硬盘的第2个扇区，并查看虚拟硬盘第2个扇区的数据是否与内存中0x7e00~0x7fff的数据一致，如果一致则说明写硬盘成功。

本讲代码文件只有一个boot2.asm。
boot2.asm代码如下：

;定义常量
DISK_BUFFER equ 0x7e00 ;临时存放数据用的缓存区，放到boot程序之后。0x7e00~0x7fff。

org 0x7c00

;初始化段寄存器
mov ax,cs
mov ds,ax ;ds指向与cs相同的段

mov bx,DISK_BUFFER
;向缓存区前3个字节依次写入4、5、6。
mov byte [bx+0],4
mov byte [bx+1],5
mov byte [bx+2],6
;向缓存区最后3个字节依次写入6、5、4。
mov byte [bx+509],6
mov byte [bx+510],5
mov byte [bx+511],4

mov si,DISK_BUFFER
mov edi,1 ;写入硬盘的第2个扇区
call func_write_one_sector

stop:
hlt
jmp stop 

;将内存中的512个字节写入到硬盘的一个指定扇区中（主硬盘控制器主盘）
;输入参数：ds:si，edi。
;ds:si 数据源内存地址
;edi LBA扇区号
;输出参数：无。
func_write_one_sector:
;第1步：检查硬盘控制器状态
mov dx,0x1f7
.not_ready1:
nop ;nop相当于稍息 hlt相当于睡觉
in al,dx ;读0x1f7端口
and al,0xc0 ;第7位为1表示硬盘忙，第6位为1表示硬盘控制器已准备好，正在等待指令。
cmp al,0x40 ;当第7位为0，且第6位为1，则进入下一个步。
jne .not_ready1 ;若未准备好，则继续判断。
;第2步：设置要写入的扇区数
mov dx,0x1f2
mov al,1
out dx,al ;写入1个扇区
;第3步：将LBA地址存入0x1f3~0x1f6
mov eax,edi
;LBA地址7~0位写入端口0x1f3
mov dx,0x1f3
out dx,al
;LBA地址15~8位写入端口写入0x1f4
shr eax,8
mov dx,0x1f4
out dx,al
;LBA地址23~16位写入端口0x1f5
shr eax,8
mov dx,0x1f5
out dx,al
;第4步：设置device端口
shr eax,8
and al,0x0f ;LBA第24~27位
or al,0xe0 ;设置7~4位为1110，表示LBA模式，主盘
mov dx,0x1f6
out dx,al
;第5步：向0x1f7端口写入写命令0x30
mov dx,0x1f7
mov al,0x30
out dx,al
;第6步：检测硬盘状态
.not_ready2:
nop ;nop相当于稍息 hlt相当于睡觉
in al,dx ;读0x1f7端口
and al,0x88 ;第7位为1表示硬盘忙，第3位为1表示硬盘控制器已准备好数据传输。
cmp al,0x08 ;当第7位为0，且第3位为1，进入下一步。
jne .not_ready2 ;若未准备好，则继续判断。
;第7步：向0x1f0端口写数据
mov cx,256 ;每次写入2字节，一个扇区需要写256次。
mov dx,0x1f0
.go_on_write:
mov ax,[si]
out dx,ax
add si,2
loop .go_on_write
ret

times 510-($-$$) db 0
db 0x55,0xaa

之前我们介绍过读硬盘操作和写硬盘操作都是7个步骤，其中只有第5步和第7步不同，其它步骤完全相同，大家可以和上一讲中的代码对比看一下。
下面我们将boot2.asm编译并写入到虚拟硬盘的第一个扇区：

nasm boot2.asm -o boot2.bin
dd conv=notrunc if=boot2.bin of=/media/VMShare/GrapeOS.img

此时用hexdum命令查看一下虚拟硬盘第二个扇区当前的数据，截图如下：

从上面的截图可以看到，此时虚拟硬盘第二个扇区前3个字节依次为1、2、3，最后3个字节依次为3、2、1。
下面我们以调试模式运行QEMU：

qemu-system-i386 d:\GrapeOS\VMShare\GrapeOS.img -S -s

通过GDB连接到QEMU，直接输入GDB命令c，让程序运行几秒钟，然后Ctrl+C，让程序暂停。此时写硬盘程序应该已经运行完了。此时查看一下内存0x7e00~0x7fff的数据：

(gdb) x /512xb 0x7e00

从上面截图可以看到，在内存0x7e00~0x7fff的数据中，前3个字节依次为4、5、6，最后3个字节依次为6、5、4，其余全是0。如果程序运行正确的话，此时硬盘第二扇区中的数据与此相同。
下面我们退出GDB，并关闭QEMU。然后用hexdum命令再查看一下虚拟硬盘第二个扇区的数据，截图如下：

从上面截图中可以看到，硬盘第二扇区的数据与内存中0x7e00~0x7fff的数据一致，说明写入成功，实验完毕。

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本讲视频版地址：https://www.bilibili.com/video/BV1Hk4y187Bw/
配套的代码与资料在：https://gitee.com/jackchengyujia/grapeos-course
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