从0创建一个OS (六) 汇编函数和控制结构

本节将学习汇编函数和控制结构，其中穿插着字符串打印、数字转字符知识.

关键字: 控制结构; 函数调用; 字符串

目标: 学习使用汇编语言编写控制结构、函数

对于本节的控制结构和函数，读者应该在本系列博客的第一篇原文介绍+环境搭建中，提到的《汇编语言(第三版)》一书中学习到过，因此本节的目地也是复习相关知识，为我们能写出一个功能完备的boot sector做准备.

理论基础

字符串

在汇编中定义一个类似于C语言中的字符串，即一系列的字符和结尾的一个0，可以用如下方式定义

; db表示后面的字符串中每一个字符占一个字节(byte),类似的数据类型还有dw，dd等
db 'Hello, World', 0

 

注意单引号扩起来的字符串会被编译器逐一转换为ASCII码存储起来，而最后的0被存储为ASCII码的0.

控制结构

所谓控制结构，就是控制代码运行顺序的语句，C语言中的for、while、switch、break…都为控制结构语句.

汇编语言方面，本系列博客之前用到过jmp语句，后面跟上$表示死循环，当然jmp还有很多衍生语句，根据上一条语句的执行结果，进行不同的跳转处理，它们被称为条件跳转命令.

这里给出一个条件跳转的例子

cmp ax, 4 ; 对比ax是否等于4
je ax_is_four ; 如果相等，则跳转到一个代码位置
jmp else ; 如果不相等，则跳转到另一个代码位置
jmp endif ; 最后，进入正常执行流

ax_is_four:
    ...
    jmp endif

else:
    ...
    jmp endif

endif:
    ...

 

本节只使用一种条件跳转命令，即jle，表示如果上一条语句的结果为"<="，则跳转.如果需要其它跳转指令，可以到x86条件跳转指令表查询.

函数调用

汇编语言中的函数调用，其实只是跳转到一个标签(label)，所谓标签，就是类似于上面例子中的“ax_if_four、else、endif”，用来标记代码位置.

比较特殊的是传参，汇编传参一般有2步：

1. 将参数放入特定的寄存器，并编写文档告知调用者，应该将参数放入哪个(些)寄存器
2. 稍稍多写一点代码，保证编写的函数能够允许调用者随意调用

进入函数后应该先保存寄存器环境，防止在函数中改写寄存器，返回后导致主环境中寄存器内容混乱，函数返回前将保存的寄存器恢复.

以上要求我们使用CPU提供的指令来实现.

将系统寄存器保存在栈中: pusha
将系统寄存器恢复到进入函数之前的状态: popa
返回到主函数: ret

现在我们来编写一个print函数，来实现打印单个字符的功能.

; =============================================
; 函数名: print
; 函数功能: 打印传入的字符
; 参数: AL,调用者应将需要打印的字符传入8bit寄存器AL中
; =============================================

print:
    pusha
    mov ah, 0x0E
    int 0x10
    popa
    ret

 

包含外部文件

如果我们编写了一类函数，专门用来打印各种类型的数据，如字符串，字符…，这里假设我们写的这类函数的文件叫做print_class.asm.

通用的做法是在需要调用打印函数的源文件中包含print_class.asm.

在C语言中我们的做法为

#include "print_class.asm"

在汇编中我们的做法为

%include "print_class.asm"

注意！汇编中的%include语句的位置放置比较讲究，不同于C语言中只需要将#include放置在文件开头就万事大吉，汇编需要将%include放置在数据段/主程序的代码段之后，目地是不影响主程序的正常执行. 详细情况我在本节的最后会向大家介绍.

打印16进制数

如果直接将16进制数进行打印，那么就会出现打印错误的情况，因为打印函数默认获得的是ASCII码，而ASCII码和数字并不一一对应，因此我们需要提前将16进制数转化为对应的ASCII码.

将16进制数转化为对应的字符形式是有规律可循的，这里直接给出规律，读者可以自行参照ASCII码表进行验证.

情况一: 0～9的16进制数 + 0x30 = 对应ASCII码
情况二: A～F的16进制数 + 0x37 = 对应ASCII码

源码

boot_sect_print.asm
包含print和println两个函数，用以实现打印字符串和打印换行归位

; ===========================================================
; 函数名: print
; input: bx
; input的意义: 需要打印的字符串的首地址
; 效果：打印以bx为首地址的字符串
; ===========================================================
print:
    pusha

; 以 while(string[i] != 0) { print string[i]; i++} 为指导思想


start:
    ; 确认是否为字符串结尾(值为0的字节)
    mov al, [bx]
    cmp al, 0
    je done

    ; 没到结尾则打印字符, 并跳转到字符串的下一个字符
    mov ah, 0x0E
    int 0x10
    inc bx ; bx = bx + 1, 也可以使用 add bx, 1
    jmp start

done:
    popa
    ret

; ===========================================================
; 函数名: print_nl
; input: 没有输入
; 效果：换行并将光标置到第一列
; ===========================================================

print_nl:
    pusha

    mov ah, 0x0E
    mov al,  0x0A ; 0x0A是换行键的ASCII码,但只会将光标置到下一行的当前列，而不是第一列
    int 0x10
    
    mov al, 0x0D ; 0x0D是归位键的ASCII码，作用为将光标回到第一列
    int 0x10

    popa
    ret

 

boot_sect_print_hex.asm
包含print_hex函数，用于打印16进制数

; ===========================================================
; 函数名: print_hex
; input: dx
; input的意义: 需要打印的16bit的16进制数
; 效果：打印存储在dx中的16进制数
; ===========================================================

print_hex:
    pusha

    mov cx, 0
    
    ; 对于0~9的数字，转换为字符0~9,只需在数字上加0x30，再打印字符即可
    ; 对于A~F(10~15)的数字，转换为字符A~F，只需在数字上加0x37即可

hex_loop:
    cmp cx, 4 ; 循环4次
    je end

    ; 16进制数的每一位用4bit二进制表示，如0x1234可以用二进制表示为 0001 0010 0011 0100
    ; 因此我们的思路为，利用16bit寄存器AX，获取DX中每4个bit的二进制数，将其转换为对应字符的ASCII码
    ; 并按顺序放置在我们提前准备好的一个32bit的空间(HEX_OUT)里(严格讲db "0x0000", 0 共占用56bit)
    mov ax, dx
    and ax, 0x000F
    add al, 0x30
    cmp al, 0x39 ; 0x39是字符'9'的ASCII码
    jle step2 ; 如果ASCII码<='9'的ASCII码
    add al, 7 ; 如果是A～F，应该在加0x30的基础上再多加7

    ;-----将16进制的一位(0～9,A～F)，转换为对应字符的ASCII码成功-----
    

step2: 
    mov bx, HEX_OUT + 5 ; 此时bx指向HEX_OUT的0x0000的最低位的0

    ; 利用cx定位0x0000中的右侧4个0, 循环中cx取值依次为0,1,2,3,对应bx指向0x0000右侧的第4、3、2、1个0
    sub bx, cx

    mov [bx], al

    ; 也可以使用ror dx, 4  意为: 0x1234 -> 0x4123 -> 0x3412 -> 0x2341 -> 0x1234
    shr dx, 4 ; 0x1234 -> 0x0123 -> 0x0012 -> 0x0001 -> 0x0000
    
    add cx, 1
    jmp hex_loop

end:
    mov bx, HEX_OUT
    call print

    popa
    ret

HEX_OUT:
    db '0x0000', 0

 

boot_sect_main.asm
主函数

[org 0x7C00] ; 变量寻址基址从0x7C00(boot sector被load的地址)开始



; 向寄存器传参数，并调用函数
mov bx, HELLO
call print

call print_nl

mov bx, GOODBYE
call print

call print_nl

mov dx, 0x12fe
call print_hex

call print_nl


; 无限循环
jmp $

%include "boot_sect_print.asm"
%include "boot_sect_print_hex.asm"

HELLO:
    db 'Hello, World', 0

GOODBYE:
    db 'Goodbye', 0

times 510 - ($ - $$) db 0
dw 0xAA55

 

编译并Boot

本系列博客自本节之后不再对编译并Boot作说明，如果没有特别提到，默认使用nasm编译，qemu启动仿真.

实验结果

番外

英文原文教程在主函数中对于%include的注释为:

它说要把%include语句放在无限循环之后，嘿，译者尝试将%include放在org 0x7c00后面，结果啥都没有输出，我就很奇怪了(其实是我蠢)，于是乎上网搜索，发现在stackoverflow里有位兄弟跟我一样stupid.

贴上链接nasm-instruction-sequence，回答者很明显游刃有余，说明了原因.

针对该汇编程序来说，如果将%include放在无限循环之前，那么将会导致在执行主程序时先执行你的boot_sect_print.asm和boot_sect_print_hex.asm中的内容，可是都还没往函数里传参，AL中都是乱码，自然打印出来的东西乱七八糟了，所以你这个程序的%include只能往无限循环后面放.

一般的，必须将%include语句放在数据段/非主程序段，总而言之就是不能让它主动执行，要让它被动调用

 

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本文作者：EwanHai
本文链接：https://www.cnblogs.com/haiyonghao/p/14623202.html
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