自制操作系统笔记-第2章

helloos.nas节选

　　ORG 0x7c00　　;指明程序的装载地址
;以下记述用于标准FAT12格式软盘

JMP entry    ; 0xeb, 0x4e, 
DB 0x90      ; 0x90

DB "HELLOIPL" ;引导扇区（启动区）的名称(8字节)
DW 512 ;一个扇区（sector)的大小(必须是512字节)
DB 1 ; 簇（cluster)的大小（必须是1个扇区）
DW 1 ; FAT的起始位置（一般从第1扇区开始）
DB 2 ; FAT个数(必须为2)
DW 224 ; 根目录的大小(一般为224项)
DW 2880 ; 此驱动器的大小(必须为2880扇区)
DB 0xf0 ; 磁盘种类(必须为0xf0)
DW 9 ; FAT的长度(必须为9个扇区)
DW 18 ; 1个磁道（track)有几个扇区（必须是18）
DW 2 ; 磁头数（必须为2）
DD 0 ; 这里不使用分区,必须是0
DD 2880 ; 再写一次这个驱动器的大小
DB 0,0,0x29 ; 虽然不太清楚，但按这个值做就好。
DD 0xffffffff ; 大概是卷标号码
DB "HELLO-OS   " ; 磁盘名称(11字节)
DB "FAT12   " ; 格式名称(8字节)
RESB 18 ; 暂且空开18字节

;程序核心

entry:

　　MOV AX, 0　　;初始化寄存器
　　MOV SS, AX 
　　MOV SP, 0x7c00
　　MOV DS, AX
　　MOV ES, AX
　　MOV SI, msg

putloop:

　　MOV AL, [SI]
　　ADD SI, 1　　;给SI加1
　　CMP AL, 0
　　JE fin
　　MOV AH, 0x0e　　;显示一个文字
　　MOV BX, 15     ;指定字符颜色白色
　　INT 0x10　　;调用显示BIOS
　　JMP putloop

fin:
　　HLT 　　;让CPU停止，等待指令
　　JMP fin　　;无限循环


msg:
　　DB 0x0a, 0x0a　　;换行两次
　　DB “hello, world"

　　DB 0x0a　　　　;换行
　　DB 0

　　　　RESB 0x7dfe-$ ; 填写0x00直到0x7dfe，程序最开始的ORG 0x7c00表示程序加载到内存中的0x7c00, ，0x1fe转为十进制是510， 0x7c00 + 0x1fe 就是 0x7dfe, 至于为什么是0x1fe第一章说过了，为什么是7c00本章下面介绍了。

　　　　DB 0x55, 0xaa



; 以下是启动区以外的输出




 DB 0xf0, 0xff, 0xff, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00
		RESB	4600
		DB		0xf0, 0xff, 0xff, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00
		RESB	1469432


 




 


 


 


ORG 源于英文origin ，源头、起点，把程序装载到内存中的指定地址。有了它，$符的含义就随之变化，不再是输出文件的第几个字节，而代表将要读入的内存地址。我理解，没写ORG时，$就代表镜像文件从开头到当前行的字节数，有了ORG，就代表的是内存的地址号。


JMP 源于英jump，即跳转，用法：




JMP 标签名




MOV 源于英文move,意为移动， 功能为赋值，非常重要，理解了它就理解了汇编语言的一大半。


MOV AX,0 相当于 AX=0;


MOV SS,AX 相当于 SS=AX;


执行MOV SS,AX后，AX的值不变


 


CPU里有一种名为寄存器的存储电路，相当于机器语言中的变量，具有代表性的有以下8个：


    

  • AX  accumulator 累加寄存器 ，用来进行各种计算   为分AH AL
    • 

  • CX counter 计数寄存器，为方便计数 分为 CH CL
    • 

  • DX data 数据寄存器,分为DH DL
    • 

  • BX base 基址寄存器，适合做为计算内存地址的基点 分为 BH BL
    • 

  • SP stack pointer 栈指针寄存器
    • 

  • BP base pointer 基址指针寄存器
    • 

  • SI source index 源变址寄存器
    • 

  • DI destination index 目的变址寄存器
    • 



这些都是16位寄存器，这个顺序是按机器语言中寄存器的编号顺序排列的，X表示扩展(extend)，因为之前CPU寄存器是8位的，后来变为16位，所以在寄存器名后面加个X，


在16位寄存器名字前面加上一个E（源于Extend）就是32位寄存器的名字了：EAX,ECX,EDX,EBX,ESP,EBP,ESI,EDI。


EAX的32位中的低16位是与AX共用的，而高16位没有名字也没有编号。


32位CPU也只能存储32字节，（32/8=4字节，4字节/寄存器*8个寄存器=32字节）。


CPU里还有6个16位的段寄存器：


    

  • ES 附加段寄存器 extra segment
    • 

  • CS 代码段寄存器 code segment
    • 

  • SS 栈段寄存器 stack segment
    • 

  • DS 数据段寄存器 data segment
    • 

  • FS 没有名称 segment part2
    • 

  • GS 没有名称 segment part3
    • 



MOV SI,msg ?


JMP entry ,  entry是标号，每个标号对应的数字由汇编语言编译器根据ORG指令计算出来的，“标号的地方对应的内存地址”就是标号的值 。书中例子entry 相当于0x7c50。


MOV AX,entry   会把0x7c50代入到AX寄存器里。


MOV AL, [SI]  方括号代表内存，


 


对CPU来说，内存是外部存储器，CPU与内存之间的电信号交换，不仅为了存取数据，程序本身也在内存里。程序必须放在内存里。CPU在执行机器语言时，必须从内存中一个命令一个命令的读取程序，顺序执行。


MOV 指令的数据传送源和传送目的地 不仅可以是寄存器或常数，也可以是内存地址。这时我们就用[]表示内存地址。


BYTE,WORD,DWORD都是汇编语言保留字。


MOVE BYTE [678],123 用内存的678号地址来保存“123”这个数值。即在内存地址678号存储01111011（即123）;


MOVE WORD [678],123 将123转为0000 0000 0111 1011，将0111 1011存到内存地址678号中，将0000 0000 存到内存地址679中。


汇编语言里指定内存地址时，要用下面方式：


数据大小 [地址]


数据大小为BYTE，使用的存储单元就只是地址所指定的字节，为WORD则相邻的一个字节也会成为这个指令的操作对象。如果为DWORD，则相邻的三个字成为操作对象。相邻指地址增加的方向的相邻。 


内存地址的指定方法，不仅可以使用常数，还可使用寄存器，如 BYTE [SI]、WORD [BX]


只有BX,BP,SI,DI这几个寄存器可以用来指定内存地址，（因为CPU没有对应的电路，也就是没有对应的机器语言），所以想把DX内存里的内容赋值给AL的时候， 这样写：


MOV BX, DX


MOV AL, BYTE [BX]


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MOV指令有个规则，即源数据和目的数据必须位数相同，即向AL里代入的也只有BYTE,那就可以省略BYTE，


MOV AL, BYTE [SI] 可简写为 MOV AL [SI]


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 ADD 加法指令，ADD SI,1 就相当于 SI=SI+1.


CMP  比较指令（compare)，即if语句的一部分，如if(a ==3) { ... }，对a和3比较，翻译成汇编语言必须先写CMP a,3 告诉CPU比较的对象，然后下一步再写“如果二者相等需要做什么”。


JE是条件跳转指令之一（jump if equal)，即根据比较结果决定 是否跳转，如相等则跳转到指定地址，否则继续执行下一条指令。


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 INT是软件中断指令（interrupt，中途打断)。暂时先看作一个函数调用。


INT 0x10 ，INT后面是个数字，使用不同数字可以调用 不同函数，0x10即16号函数，功能是控制显卡。


https://wenku.baidu.com/view/9be1ae2cabea998fcc22bcd126fff705cc175c1d.html 查询BIOS 的中断相关信息，得知：


    

  • AH=0x0e; （有的地方也写做0EH ,H表示HEX，十六进制)
    • 

  • AL=字符;
    • 

  • BH=0;       （页码）
    • 

  • BL=color code;  (需图形模式)
    • 

  • 返回值: 无
    • 

  • 注： beep、back space、CR、LF都会被当做控制字符处理
    • 



所以，按这里所写的步骤往寄存器里代入各种值，再调用 INT 0x10，就能顺利在屏幕上显示一个字符。目前颜色只能是白色。


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 HLT 让CPU停止动作的指令（halt 停止），并不是彻底停止（除非断电），而是让CPU进入待机状态，只要外部发生变化，如按键，动鼠标CPU就会醒来，




fin:
    HLT 
    JMP fin




所以，这里有没有HLT都会是无限循环，但是如果没有HLT，CPU就会不信的执行JMP指令，


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 用C语言改写后的helloos.nas程序节选：




entry:

　　AX = 0;

　　SS = AX;

　　SP =  0x7c00;

　　DS = AX;

　　ES = AX;

　　SI = msg;

putloop:

　　AL = BYTE [SI];

　　SI = SI + 1;

　　if( AL == 0 )  { goto fin; }

　　AH = 0x0e;

　　BX = 15;

　　INT = 0x10;

　　goto putloop;

fin:

　　HLT;

　　goto fin;




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内存最开始0号地址是BIOS程序用来实现各种功能的地方，不能随便用。内存0xf0000号地址附件还存放着BIOS程序本身，也不能使用。还有其它地方也不能用，


0x00007c00-0x00007dff　： 启动区内容的装载地址(这是从7c00到7dff的意思，7c00 + 01ff（511）就是7dff ， 一共是512字节


程序中ORG指令的值就是这个数。所以程序才能正常运行。（这个数就是规定）


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projects/02_day/helloos4 下的文件说明：


    

  • !cons_*.bat 打开命令行窗口的批处理
    • 

  • asm.bat 汇编编译批处理，调用了 ..\z_tools\nask.exe
    • 

  • helloos.img 最后生成的磁盘镜像文件
    • 

  • ipl.bin 汇编编译器..\z_tools\nask.exe 生成的二进制文件
    • 

  • ipl.lst 汇编编译生成的输出列表文件，是个文本文件，可以简单的确认每个指令是怎么翻译成机器语言的。
    • 

  • ipl.nas 启动程序的汇编源代码
    • 

  • install.bat 将镜像写入软盘，没有软驱，现在用不上
    • 

  • makeimg.bat 利用 ..\z_tools\edimg.exe ，将bin文件写入并生成镜像文件helloos.img
    • 

  • run.bat 将镜像复制到模拟器qemu的文件夹，然后打开模拟器
    • 



执行步骤： !con* ->asm ->makeimg -> run 


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Makefile工具


利用z_tools/make.exe ，位于tolset/z_new_w文件夹中，调用它的批处理文件 make.bat:




..\z_tools\make.exe %1 %2 %3 %4 %5 %6 %7 %8 %9




执行make.exe时，会在执行命令时的当前文件夹下找Makefile这个文件，按钮其内容执行，其内容如下：




#默认操作
default :
	../z_tools/make.exe img

# 文件生成规则

ipl.bin : ipl.nas Makefile
	../z_tools/nask.exe ipl.nas ipl.bin ipl.lst

helloos.img : ipl.bin Makefile
	../z_tools/edimg.exe   imgin:../z_tools/fdimg0at.tek \
		wbinimg src:ipl.bin len:512 from:0 to:0   imgout:helloos.img

# 命令

asm :
	../z_tools/make.exe -r ipl.bin

img :
	../z_tools/make.exe -r helloos.img

run :
	../z_tools/make.exe img
	copy helloos.img ..\z_tools\qemu\fdimage0.bin
	../z_tools/make.exe -C ../z_tools/qemu

install :
	../z_tools/make.exe img
	../z_tools/imgtol.com w a: helloos.img

clean :
	-del ipl.bin
	-del ipl.lst

src_only :
	../z_tools/make.exe clean
	-del helloos.img




后面直接使用这个Makefile工具来编译，生成IMG镜，运行


make asm 编译nas文件为bin文件


make img 将bin文件写入Img文件 ，默认动作，执行make即 make img


make run 在模拟器上运行img文件


make clear 删除最终结果外的一切中间文件： ipl.bin和ipl.lst


make src_only 删除源代码外的所有： ipl.bin和ipl.lst 和 helloos.img


以上内容放在projects/02_day/helloos5/







            

            
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2020-02-16 15:04 
johnjackson 
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