setup.s

1 ! 
2 ! setup.s (C) 1991 Linus Torvalds 
3 ! 
4 ! setup.s is responsible for getting the system data from the BIOS, 
5 ! and putting them into the appropriate places in system memory. 
6 ! both setup.s and system has been loaded by the bootblock. 
7 ! 
8 ! This code asks the bios for memory/disk/other parameters, and 
9 ! puts them in a "safe" place: 0x90000-0x901FF, ie where the 
10 ! boot-block used to be. It is then up to the protected mode 
11 ! system to read them from there before the area is overwritte n for buffer-blocks. 
! 
! setup.s 负责从 BIOS 中获取系统数据，并将这些数据放到系统内存的适当地方。 
! 此时 setup.s 和 system 已经由 bootsect 引导块加载到内存中。 
! 
! 这段代码询问 bios 有关内存/磁盘/其它参数， 并将这些参数放到一个 
! “安全的”地方： 0x90000-0x901FF，也即原来 bootsect 代码块曾经在 
! 的地方，然后在被缓冲块覆盖掉之前由保护模式的 system 读取。 
13 ! 
15 ! NOTE! These had better be the same as in bootsect.s! 
! 以下这些参数最好和 bootsect.s 中的相同！ 
16 
17 INITSEG = 0x9000 ! we move boot here - out of the way ! 原来 bootsect 所处的段。

 

18 SYSSEG = 0x1000 ! system loaded at 0x10000 (65536). ! system 在 0x10000(64k)处。 
19 SETUPSEG = 0x9020 ! this is the current segment ! 本程序所在的段地址。 
20 

21 .globl begtext, begdata, begbss, endtext, enddata, endbss 
22 .text 
23 begtext: 
24 .data 
25 begdata: 
26 .bss 
27 begbss: 
28 .text 
29 
30 entry start 
31 start: 
32 
33 ! ok, the read went well so we get current cursor position and save it for 

34 ! posterity. 
! ok，整个读磁盘过程都正常， 现在将光标位置保存以备今后使用。 
35 
36 mov ax,#INITSEG

! 将 ds 置成#INITSEG(0x9000)。这已经在 bootsect 程序中 
! 设置过，但是现在是 setup 程序，Linus 觉得需要再重新 
! 设置一下。 
37 mov ds,ax !重新设置ds寄存器的值，此时，在段内使用偏移量寻址的话实际地址为0x90000+偏移量

! BIOS 中断 0x10 的读光标功能号 ah = 0x03 
! 输入：bh = 页号 
! 返回：ch = 扫描开始线，cl = 扫描结束线， 
! dh = 行号(0x00 是顶端)，dl = 列号(0x00 是左边)。
38 mov ah,#0x03 ! read cursor pos  
39 xor bh,bh 
40 int 0x10 ! save it in known place, con_ init fetches 

41 mov [0],dx ! it from 0x90000. !这里的【0】是相对位置寻址，初始地址已经设置为0x90000
! 上两句是说将光标位置信息存放在 0x90000 处，控制台初始化时会来取。

43 ! Get memory size (extended mem, kB) ! 下面 3 句取扩展内存的大小值（KB）。 
! 是调用中断 0x15，功能号 ah = 0x88 
! 返回：ax = 从 0x100000（1M）处开始的扩展内存大小(KB)。 
! 若出错则 CF 置位，ax = 出错码。 
44 
45 mov ah,#0x88 
46 int 0x15 
47 mov [2],ax ! 将扩展内存数值存在 0x90002 处（1 个字）。 

48 
49 ! Get video-card data: ! 下面这段用于取显示卡当前显示模式。 
! 调用 BIOS 中断 0x10，功能号 ah = 0x0f 
! 返回：ah = 字符列数，al = 显示模式，bh = 当前显示页。 
! 0x90004(1 字)存放当前页，0x90006 显示模式，0x90007 字符列数。 

50 
51 mov ah,#0x0f 
52 int 0x10 
53 mov [4],bx ! bh = display page 
54 mov [6],ax ! al = video mode, ah = window width 

55 
56 ! check for EGA/VGA and some config parameters ! 检查显示方式（EGA/VGA）并取参数。 
! 调用 BIOS 中断 0x10，附加功能选择 -取方式信息 
! 功能号：ah = 0x12，bl = 0x10 
! 返回：bh = 显示状态 
! (0x00 - 彩色模式，I/O 端口=0x3dX) 
! (0x01 - 单色模式，I/O 端口=0x3bX) 
! bl = 安装的显示内存 
! (0x00 - 64k, 0x01 - 128k, 0x02 - 192k, 0x03 = 256k) 
! cx = 显示卡特性参数(参见程序后的说明)。 
57 

58 mov ah,#0x12 
59 mov bl,#0x10 
60 int 0x10 
61 mov [8],ax ! 0x90008 = ?? 
62 mov [10],bx ! 0x9000A = 安装的显示内存， 0x9000B = 显示状态(彩色/单色) 
63 mov [12],cx ! 0x9000C = 显示卡特性参数。 

64 
65 ! Get hd0 data ! 取第一个硬盘的信息（复制硬盘参数表） 。 
! 第 1 个硬盘参数表的首地址竟然是中断向量 0x41 的向量值！ 而第 2 个硬盘 
! 参数表紧接第 1 个表的后面，中断向量 0x46 的向量值也指向这第 2 个硬盘 
! 的参数表首址。表的长度是 16 个字节(0x10)。 
! 下面两段程序分别复制 BIOS 有关两个硬盘的参数表，0x90080 处存放第 1 个 
! 硬盘的表，0x90090 处存放第 2 个硬盘的表。 
66 
67 mov ax,#0x0000 
68 mov ds,ax

!这里下面出现的4*0x41其实只是因为第一个硬盘信息存放的地点的指针存放位置与0x41中断向量的向量值相同，都是0x104，直接写

!【0x104】即可
69 lds si,[4*0x41] ! 取中断向量 0x41 的值，也即 hd0 参数表的地址ds:si 
70 mov ax,#INITSEG 

71 mov es,ax 
72 mov di,#0x0080 ! 传输的目的地址: 0x9000:0x0080 Î es:di 

73 mov cx,#0x10 ! 共传输 0x10 字节。 
74 rep 
75 movsb 
76

77 ! Get hd1 data 
78 
79 mov ax,#0x0000 
80 mov ds,ax 
81 lds si,[4*0x46] ! 取中断向量 0x46 的值，也即 hd1 参数表的地址ds:si 
82 mov ax,#INITSEG 

83 mov es,ax 
84 mov di,#0x0090 ! 传输的目的地址: 0x9000:0x0090 Î es:di 

85 mov cx,#0x10 
86 rep 
87 movsb 
88 
89 ! Check that there IS a hd1 :-) ! 检查系统是否存在第 2 个硬盘， 如果不存在则第 2 个表清零。 
! 利用 BIOS 中断调用 0x13 的取盘类型功能。 
! 功能号 ah = 0x15； 
! 输入：dl = 驱动器号（0x8X 是硬盘：0x80 指第 1 个硬盘，0x81 第 2 个硬盘） 
! 输出：ah = 类型码；00 --没有这个盘，CF 置位； 01 --是软驱，没有 change-line 支持； 
! 02 --是软驱(或其它可移动设备)，有 change-line 支持； 03 --是硬盘。 
90 
91 mov ax,#0x01500 
92 mov dl,#0x81 
93 int 0x13 
94 jc no_disk1 
95 cmp ah,#3 ! 是硬盘吗？(类型 = 3 ？)。 

96 je is_disk1 
97 no_disk1: 
98 mov ax,#INITSEG ! 第 2 个硬盘不存在，则对第 2 个硬盘表清零。 
99 mov es,ax 
100 mov di,#0x0090 
101 mov cx,#0x10 
102 mov ax,#0x00 
103 rep 
104 stosb 
105 is_disk1: 
106 
107 ! now we want to move to protected mode ... ! 现在我们要进入保护模式中了... 
108 
109 cli ! no interrupts allowed ! ! 此 时不允许中断。 
110 
111 ! first we move the system to it's rightful place 
! 首先我们将 system 模块移到正确的位置。 
! bootsect 引导程序是将 system 模块读入到从 0x10000（64k）开始的位置。 由于当时假设 
! system 模块最大长度不会超过 0x80000（512k），也即其末端不会超过内存地址 0x90000， 
! 所以 bootsect 会将自己移动到 0x90000 开始的地方，并把 setup 加载到它的后面。 
! 下面这段程序的用途是再把整个 system 模块移动到 0x00000 位置，即把从 0x10000 到 0x8ffff 
! 的内存数据块(512k)，整块地向内存低端移动了 0x10000（64k）的位置。 
112 
113 mov ax,#0x0000 
114 cld ! 清零进位标志DF 
115 do_move: 
116 mov es,ax ! destination segment ! es:di Î目的地址(初始为 0x0000:0x0) 
117 add ax,#0x1000 
118 cmp ax,#0x9000 ! 已经把从 0x8000 段开始的 64k 代码移动完？

 

119 jz end_move 
120 mov ds,ax ! source segment ! ds:si Î源地址(初始为 0x1000:0x0) 
121 sub di,di 
122 sub si,si 
123 mov cx,#0x8000 ! 移动 0x8000 字（64k 字节）。 
124 rep 
125 movsw 
126 jmp do_move 
127 
128 ! then we load the segment descriptors 
! 此后，我们加载段描述符。 
! 从这里开始会遇到 32 位保护模式的操作，因此需要 Intel 32 位保护模式编程方面的知识了, 
! 有关这方面的信息请查阅列表后的简单介绍或附录中的详细说明。这里仅作概要说明。 
! 在进入保护模式中运行之前， 我们需要首先设置好需要使用的段描述符表。 这里需要设置全局 
! 描述符表和中断描述符表。 
! 
! lidt 指令用于加载中断描述符表(idt)寄存器，它的操作数是 6 个字节，0-1 字节是描述符表的 
! 长度值(字节)；2-5 字节是描述符表的 32 位线性基地址（首地址）， 其形式参见下面 
! 219-220 行和 223-224 行的说明。 中断描述符表中的每一个表项（8 字节） 指出发生中断时 
! 需要调用的代码的信息，与中断向量有些相似， 但要包含更多的信息。 
! 
! lgdt 指令用于加载全局描述符表(gdt)寄存器，其操作数格式与 lidt 指令的相同。 全局描述符 
! 表中的每个描述符项(8 字节)描述了保护模式下数据和代码段（块）的信息。其中包括段的 
! 最大长度限制(16 位)、段的线性基址（32 位）、 段的特权级、段是否在内存、读写许可以及 
! 其它一些保护模式运行的标志。参见后面 205-216 行。 
! 
129 
130 end_move: 
131 mov ax,#SETUPSEG ! right, forgot this at first. didn't work :-) 
132 mov ds,ax ! ds 指向本程序(setup)段。 
133 lidt idt_48 ! load idt with 0,0 
! 加载中断描述符表(idt)寄存器，idt_48 是 6 字节操作数的位置 
! (见 218 行)。 前 2 字节表示 idt 表的限长，后 4 字节表示 idt 表 
! 所处的基地址。 
134 lgdt gdt_48 ! load gdt with whatever appro priate 
! 加载全局描述符表(gdt)寄存器，gdt_48 是 6 字节操作数的位置 
! (见 222 行)。 
135 
136 ! that was painless, now we enable A20 
! 以上的操作很简单， 现在我们开启 A20 地址线。 参见程序列表后有关 A20 信号线的说明。 
! 关于所涉及到的一些端口和命令，可参考 kernel/chr_drv/keyboard.S 程序后对键盘接口的说明。 
137 
138 call empty_8042 ! 等待输入缓冲器空。 
! 只有当输入缓冲器为空时才可以对其进行写命令。 
139 mov al,#0xD1 ! command write ! 0xD1 命令码-表示要写数据到 
140 out #0x64,al ! 8042 的 P2 端口。P2 端口的位 1 用于 A20 线的选通。 
! 数据要写到 0x60 口。 
141 call empty_8042 ! 等待输入缓冲器空，看命令是否被接受。 
142 mov al,#0xDF ! A20 on ! 选通 A20 地址线的参数。 
143 out #0x60,al 
144 call empty_8042 ! 输入缓冲器为空， 则表示 A20 线已经选通。 
145 
146 ! well, that went ok, I hope. Now we have to reprogram the int errupts :-(

 

 

147 ! we put them right after the intel-reserved hardware interrup ts, at 
148 ! int 0x20-0x2F. There they won't mess up anything. Sadly IBM really 
149 ! messed this up with the original PC, and they haven't been a ble to 
150 ! rectify it afterwards. Thus the bios puts interrupts at 0x08 -0x0f, 
151 ! which is used for the internal hardware interrupts as well. We just 
152 ! have to reprogram the 8259's, and it isn't fun. 
!! 希望以上一切正常。现在我们必须重新对中断进行编程/ 
!! 我们将它们放在正好处于 intel 保留的硬件中断后面， 在 int 0x20-0x2F。 
!! 在那里它们不会引起冲突。 不幸的是 IBM 在原 PC 机中搞糟了， 以后也没有纠正过来。 
!! PC 机的 bios 将中断放在了 0x08-0x0f，这些中断也被用于内部硬件中断。 
!! 所以我们就必须重新对 8259 中断控制器进行编程，这一点都没劲。 
153 
154 mov al,#0x11 ! initialization seque nce 
! 0x11 表示初始化命令开始， 是 ICW1 命令字，表示边 
! 沿触发、多片 8259 级连、最后要发送 ICW4 命令字。 
155 out #0x20,al ! send it to 8259A-1 ! 发送到 8259A 主芯片。 
! 下面定义的两个字是直接使用机器码表示的两条相对跳转指令， 起延时作用。 
! 0xeb 是直接近跳转指令的操作码，带 1 个字节的相对位移值。因此跳转范围是-127 到 127。CPU 通过 
! 把这个相对位移值加到 EIP 寄存器中就形成一个新的有效地址。 此时 EIP 指向下一条被执行的指令。 
! 执行时所花费的 CPU 时钟周期数是 7 至 10 个。0x00eb 表示跳转值是 0 的一条指令， 因此还是直接 
! 执行下一条指令。这两条指令共可提供 14-20 个 CPU 时钟周期的延迟时间。 在 as86 中没有表示相应 
! 指令的助记符， 因此 Linus 在 setup.s 等一些汇编程序中就直接使用机器码来表示这种指令。另外， 
! 每个空操作指令 NOP 的时钟周期数是 3 个， 因此若要达到相同的延迟效果就需要 6 至 7 个 NOP 指令。 
156 .word 0x00eb,0x00eb ! jmp $+2, jmp $+2 ! '$' 表示当前指令的地址， 
157 out #0xA0,al ! and to 8259A-2 ! 再发送到 8259A 从芯片。 
158 .word 0x00eb,0x00eb 
159 mov al,#0x20 ! start of hardware in t's (0x20) 
160 out #0x21,al ! 送主芯片 ICW2 命令字，起始中断号， 要送奇地址。 
161 .word 0x00eb,0x00eb 
162 mov al,#0x28 ! start of hardware in t's 2 (0x28) 
163 out #0xA1,al ! 送从芯片 ICW2 命令字，从芯片的起始中断号。 
164 .word 0x00eb,0x00eb 
165 mov al,#0x04 ! 8259-1 is master 
166 out #0x21,al ! 送主芯片 ICW3 命令字，主芯片的 IR2 连从芯片 INT。 
167 .word 0x00eb,0x00eb ！参见代码列表后的说明。 
168 mov al,#0x02 ! 8259-2 is slave 
169 out #0xA1,al ! 送从芯片 ICW3 命令字，表示从芯片的 INT 连到主芯 
! 片的 IR2 引脚上。 
170 .word 0x00eb,0x00eb 
171 mov al,#0x01 ! 8086 mode for both 
172 out #0x21,al ! 送主芯片 ICW4 命令字。8086 模式；普通 EOI 方式， 
! 需发送指令来复位。初始化结束，芯片就绪。 
173 .word 0x00eb,0x00eb 
174 out #0xA1,al ！送从芯片 ICW4 命令字，内容同上。 
175 .word 0x00eb,0x00eb 
176 mov al,#0xFF ! mask off all interru pts for now 
177 out #0x21,al ! 屏蔽主芯片所有中断请求。 
178 .word 0x00eb,0x00eb 
179 out #0xA1,al ！屏蔽从芯片所有中断请求。 
180 
181 ! well, that certainly wasn't fun :-(. Hopefully it works, and we don't 
182 ! need no steenking BIOS anyway (except for the initial loadin g :-). 
183 ! The BIOS-routine wants lots of unnecessary data, and it's le ss 

184 ! "interesting" anyway. This is how REAL programmers do it. 
185 ! 
186 ! Well, now's the time to actually move into protected mode. T o make 
187 ! things as simple as possible, we do no register set-up or an ything, 
188 ! we let the gnu-compiled 32-bit programs do that. We just jum p to 
189 ! absolute address 0x00000, in 32-bit protected mode. 
!! 哼，上面这段当然没劲/， 希望这样能工作， 而且我们也不再需要乏味的 BIOS 了（除了 
!! 初始的加载?。BIOS 子程序要求很多不必要的数据，而且它一点都没趣。 那是“真正”的 
!! 程序员所做的事。 
190 
! 这里设置进入 32 位保护模式运行。 首先加载机器状态字(lmsw-Load Machine Status Word)， 也称 
! 控制寄存器 CR0，其比特位 0 置 1 将导致 CPU 工作在保护模式。 
191 mov ax,#0x0001 ! protected mode (PE) bit ! 保护 模式比特位(PE)。 
192 lmsw ax ! This is it! ! 就这样加载机器状态字! 
193 jmpi 0,8 ! jmp offset 0 of segment 8 (c s) ! 跳转至 cs 段 8，偏移 0 处。 
! 我们已经将 system 模块移动到 0x00000 开始的地方，所以这里的偏移地址是 0。这里的段 
! 值的 8 已经是保护模式下的段选择符了，用于选择描述符表和描述符表项以及所要求的特权级。 
! 段选择符长度为 16 位（2 字节）；位 0-1 表示请求的特权级 0-3，linux 操作系统只 
! 用到两级：0 级（系统级）和 3 级（用户级）； 位 2 用于选择全局描述符表(0)还是局部描 
! 述符表(1)；位 3-15 是描述符表项的索引， 指出选择第几项描述符。所以段选择符 
! 8(0b0000,0000,0000,1000)表示请求特权级 0、 使用全局描述符表中的第 1 项，该项指出 
! 代码的基地址是 0（参见 209 行），因此这里的跳转指令就会去执行 system 中的代码。 
194 
195 ! This routine checks that the keyboard command queue is empty 
196 ! No timeout is used - if this hangs there is something wrong with 
197 ! the machine, and we probably couldn't proceed anyway. 
! 下面这个子程序检查键盘命令队列是否为空。这里不使用超时方法 - 如果这里死机， 
! 则说明 PC 机有问题，我们就没有办法再处理下去了。 
! 只有当输入缓冲器为空时（状态寄存器位 2 = 0）才可以对其进行写命令。 
198 empty_8042: 
199 .word 0x00eb,0x00eb ! 这是两个跳转指令的机器码(跳转到下一句)， 相当于延时空操作。 
200 in al,#0x64 ! 8042 status port ! 读 AT 键盘控制器状态寄存器。 
201 test al,#2 ! is input buffer full? ! 测试位 2，输入缓冲器满？ 
202 jnz empty_8042 ! yes - loop 
203 ret 
204 
205 gdt: ! 全局描述符表开始处。 描述符表由多个 8 字节长的描述符项组成。 
! 这里给出了 3 个描述符项。第 1 项无用（206 行），但须存在。第 2 项是系统代码段 
! 描述符（208-211 行），第 3 项是系统数据段描述符(213-216 行)。 每个描述符的具体 
! 含义参见列表后说明。 
206 .word 0,0,0,0 ! dummy ! 第 1 个描述符， 不用。 
207 ! 这里在 gdt 表中的偏移量为 0x08，当加载代码段寄存器(段选择符)时， 使用的是这个偏移值。 
208 .word 0x07FF ! 8Mb - limit=2047 (2048*4096= 8Mb) 
209 .word 0x0000 ! base address=0 
210 .word 0x9A00 ! code read/exec 
211 .word 0x00C0 ! granularity=4096, 386 
212 ! 这里在 gdt 表中的偏移量是 0x10，当加载数据段寄存器(如 ds 等)时，使用的是这个偏移值。 
213 .word 0x07FF ! 8Mb - limit=2047 (2048*4096= 8Mb) 
214 .word 0x0000 ! base address=0 
215 .word 0x9200 ! data read/write 
216 .word 0x00C0 ! granularity=4096, 386 
217 
218 idt_48: 

219 .word 0 ! idt limit=0 
220 .word 0,0 ! idt base=0L 
221 
222 gdt_48: 
223 .word 0x800 ! gdt limit=2048, 256 GDT entr ies 
! 全局表长度为 2k 字节，因为每 8 字节组成一个段描述符项 
! 所以表中共可有 256 项。 
224 .word 512+gdt,0x9 ! gdt base = 0X9xxxx 
! 4 个字节构成的内存线性地址：0x0009<<16 + 0x0200+gdt 
! 也即 0x90200 + gdt(即在本程序段中的偏移地址，205 行)。 
225 
226 .text 
227 endtext: 
228 .data 
229 enddata: 
230 .bss 
231 endbss: