linux0.11-----从启动程序开始
2013-11-09 13:14 islandscape 阅读(770) 评论(1) 编辑 收藏 举报今天终于鼓起勇气在博客园开博，博客是个分享经验、交流知识的地方，最近在研究linux0.11内核，想把自己的所学记录下来，以备后用。欢迎大家留言批评指正或联系 islandscape@163.com，也欢迎大家一起学习、一起进步。
当我们按下计算机电源键后发生了什么呢？主板接收到一个启动信号，启动供电系统后BIOS进行自检，若发现某个部件不能正常工作系统将进入死循环。所有硬件都通过自检后，系统将控制权交给BIOS。BIOS按照配置顺序读驱动器，将驱动器的第一个扇区（512B）加载到物理地址0x7c00地址，找到启动扇区后从0x7c00这个地址执行启动程序。为什么BIOS会把第一个扇区加载到0x7c00？这是早期设计者们约定的。
下面看一段启动程序，这段程序开机后会显示“hello world”字样。
mov ax,0x7c0
mov ds,ax
mov es,ax
jmp go
go:
mov cx,11
mov dx,0x1004
mov bx,0x000c
mov bp,msg
mov ax,0x1301
int 0x10
loop:
jmp loop
msg:
DB "hello world"
times 510-($-$$) db 0
boot_flag:
DW 0xAA55
mov ax,0x7c0，将寄存器ax赋值为立即数0x7c0。之后将段寄存器ds、es赋值为0x7c0。不直接赋值ds、es为0x7c0的原因是所有段寄存器（cs、ds、es、ss）都是对用户不可见的，不能直接对段寄存器操作，只能通过通用寄存器间接赋值。
为什么是把0x7c0赋值给段寄存器而不是别的值？最早的处理器8086 CPU数据总线是16位的（CPU寄存器是16位的），而地址总线是20位的。16位的寄存器只能寻址到64k（1^16B）远远小于20位地址线能够表示的寻址范围（1--1^20B（1M））。采用单个寄存器寻址总会有4位地址线是浪费的，于是大牛们想出了一种方法：由两个寄存器组成一个寻址单元，一个寄存器的值左移四位（这就变成20位了）再加上另一个寄存器的值就得到了真正寻址地址。这样很像把1M物理地址分成了2^4=16个段，每个段大小是2^16B=64k。偏移四位的寄存器叫做段寄存器，段寄存器有CS、DS、SS、ES、FS、GS六个，另一个寄存器表示段内偏移，一般用通用寄存器表示。这就是大名鼎鼎的实模式寻址，也被写做seg:off，seg为段寄存器、off是段内偏移。常见的寄存器寻址组合有cs:ip 、ss:sp、es:di、ds:bx、ds:ax、ds:cx等。计算机上电后进入实模式，采用上述寻址方式，前面提到bios将该程序加载到0x7c00地址并执行。0x7c0<<4 = 0x7c00，这正是将段寄存器设为0x7c0的原因。
jmp指令是段内转跳指令，段内转跳的意思是跳到该段的另一个偏移地址。对应的段间转跳（jmpi seg,off）是跳到不同段的不同偏移地址执行。jmp go表示执行标记为go的代码。go在汇编中是一个标识，它会被编译器翻译成一个偏移地址0xyyyy，而jmp go运行时为jmp 0xyyyy。有了这个标识，编译器会帮我们算好这个偏移地址，我们可以把心思放在程序上面。
从go标识到loop这段代码把“hello world”采用BIOS 0x10号中断输出到屏幕上，之后程序陷入死循环（jmp loop）。
BIOS中断在实模式中很重要，很多操作如读磁盘、屏幕输出都是通过它完成的。0x10号中断使用方法如下：
- ------------------------------------------------------------------
- INT 0x10功能0x13
- ------------------------------------------------------------------
- 描述：
- 以电传打字机的方式显示字符串
- 接受参数：
- AH 0x13
- AL 显示模式
- BH 视频页
- BL 属性值（如果AL=0x00或0x01）
- CX 字符串的长度
- DH,DL 屏幕上显示起始位置的行、列值
- ES:BP 字符串的段:偏移地址
- 返回值：
- 无
- 显示模式（AL）：
- 0x00:字符串只包含字符码，显示之后不更新光标位置，属性值在BL中
- 0x01:字符串只包含字符码，显示之后更新光标位置，属性值在BL中
- 0x02:字符串包含字符码及属性值，显示之后不更新光标位置
- 0x03:字符串包含字符码及属性值，显示之后更新光标位置
- -------------------------------------------------------------------
$意为当前地址、$$是程序起始地址，（$-$$）表示程序的长度，times 510-($-$$) db 0将程序末尾到地址510全部填充0。DW 0xAA55将程序的511、512字节填充为0xAA55。为什么要这样做？ BIOS依次将驱动器上磁盘第一个扇区（512B）加载到地址0x7c00，若该扇区最后两个字节为0xAA55，则被认为是启动扇区，如果不是则继续寻找下一个驱动器。故谢煜波将引导程序特点归结为三点：1、必须有不多不少512个字节。2、必须放在第一个扇区。3、最后两字节必须为0xAA55。
参考资料：
0x10号BIOS中断使用方法摘自：http://blog.csdn.net/guzhou_diaoke/article/details /8397658
谢煜波，《操作系统引导探究》
赵炯， 《linux内核完全注释》
