我们知道主引导程序只能存在第一扇区中，而BIOS只会将第一扇区拷贝到内存执行，第一扇区之后的程序是不会被BIOS加载到内存中的，而这512字节的程序不可能完成整个操作系统的功能，因此，我们要突破这种限制。
这512字节只能完成最基本的功能，我们这样来规划它的功能：
1、首先完成最基本的初始化；
2、从存储介质中加载程序到内存中；
3、将控制权交给新加载的程序。
以上三步如下图所示：
那么怎么加载存储介质中的程序呢？我们平时写应用程序时，可以使用read这种系统调用来读取文件，而这种方法是建立在操作系统之上的，此时，我们没有现成的操作系统，我们写的程序是直接运行在硬件之上的，那么我们还有办法读取存储介质中的程序吗？答案是肯定的，我们可以将存储介质格式化成一种文件系统，然后用汇编程序去查找文件并将其加载到内存中，这个文件可以认为就是操作系统的内核，只不过它现在是以一个文件的形式存储在存储介质中的（和一些ARM开发可能不同，ARM嵌入式开发中，可能是去指定的地址读取内核，并没有文件的概念），我们将它读取到内存中后，然后就可以将控制权交给它了，是不是很简单呢？
接下来我们就先介绍要用到的文件系统和相应的工具，FAT12文件系统是软盘的专用文件系统，在DOS时代非常流行，我们就选用FAT12文件系统做实验，下面先给出FAT12文件系统的大致格式：
将一张软盘格式化成FAT12文件系统需要用到FreeDos操作系统，现在我们已经将这个操作系统做到了虚拟软盘中，名字为freedos.img，可以将它认为是一张现成的系统盘，插到光驱中就可以用了，而我们自己的虚拟软盘文件名为a.img现在还是一张没有格式的空盘。因此，我们需要将a.img插入到运行FreeDos操作系统的机器中，然后借用FreeDos中的工具对a.img进行格式化。
x86模拟器依然使用bochs，现在只需改一下启动文件，如下所示：
我们修改了启动文件的第13、14、16行，第13行表示将带有FreeDos操作系统的虚拟软盘插入光驱中，第14行表示在另一个光驱中插入另一张空盘a.img，第16行表示将软盘a作为启动盘。
修改了启动文件后，我们启动bochs，开始仿真，如下所示，可以看到FreeDos运行起来了。
FreeDos的盘符是A盘，而我们的插入的空盘盘符是B，下一步，首先对B盘进行格式化，然后，切换到B盘，查看B盘下面的文件，如下所示：
可以看到格式化成功了，格式化后的软盘中没有任何文件，是空的。
下面我们将a.img挂载到linux下的目录下，并写入几个文件，然后卸载a.img，如下所示：
其中，mount的-o loop选项表示将一个文件当做硬盘分区挂接到系统上。文件复制成功了，然后我们再去bochs虚拟机中查看B盘中的文件，如下所示：
文件成功写入到了虚拟软盘a.img中。
下面我们来具体分析一下FAT12文件系统的格式，FAT12文件系统由引导区、FAT表、根目录项表和文件数据区组成，每个区域的大小如下图所示：
主引导区存储的比较重要的信息是文件系统的类型，文件系统逻辑扇区总数、每簇包含的扇区数等，主引导扇区最后以0x55AA两个字节作为结束，主引导区共占用一个扇区。下面给出主引导扇区的详细信息，如下所示：
怎么来验证一下我们格式化后的a.img虚拟软盘中就是这些信息呢？我们可以将a.img当成一个普通的文件，然后写一个程序进行读取，读取程序使用Qt creater来写，因为Qt中提供了很多好用的工具类，方便我们来验证程序如下：
1 #include <QtCore/QCoreApplication> 2 #include <QFile> 3 #include <QDataStream> 4 #include <QDebug> 5 6 #pragma pack(push) 7 #pragma pack(1) 8 9 struct Fat12Header 10 { 11 char BS_OEMName[8]; 12 ushort BPB_BytsPerSec; 13 uchar BPB_SecPerClus; 14 ushort BPB_RsvdSecCnt; 15 uchar BPB_NumFATs; 16 ushort BPB_RootEntCnt; 17 ushort BPB_TotSec16; 18 uchar BPB_Media; 19 ushort BPB_FATSz16; 20 ushort BPB_SecPerTrk; 21 ushort BPB_NumHeads; 22 uint BPB_HiddSec; 23 uint BPB_TotSec32; 24 uchar BS_DrvNum; 25 uchar BS_Reserved1; 26 uchar BS_BootSig; 27 uint BS_VolID; 28 char BS_VolLab[11]; 29 char BS_FileSysType[8]; 30 }; 31 32 #pragma pack(pop) 33 34 void PrintHeader(Fat12Header& rf, QString p) 35 { 36 QFile file(p); 37 38 if( file.open(QIODevice::ReadOnly) ) 39 { 40 QDataStream in(&file); 41 42 file.seek(3); 43 44 in.readRawData(reinterpret_cast<char*>(&rf), sizeof(rf)); 45 46 rf.BS_OEMName[7] = 0; 47 rf.BS_VolLab[10] = 0; 48 rf.BS_FileSysType[7] = 0; 49 50 qDebug() << "BS_OEMName: " << rf.BS_OEMName; 51 qDebug() << "BPB_BytsPerSec: " << hex << rf.BPB_BytsPerSec; 52 qDebug() << "BPB_SecPerClus: " << hex << rf.BPB_SecPerClus; 53 qDebug() << "BPB_RsvdSecCnt: " << hex << rf.BPB_RsvdSecCnt; 54 qDebug() << "BPB_NumFATs: " << hex << rf.BPB_NumFATs; 55 qDebug() << "BPB_RootEntCnt: " << hex << rf.BPB_RootEntCnt; 56 qDebug() << "BPB_TotSec16: " << hex << rf.BPB_TotSec16; 57 qDebug() << "BPB_Media: " << hex << rf.BPB_Media; 58 qDebug() << "BPB_FATSz16: " << hex << rf.BPB_FATSz16; 59 qDebug() << "BPB_SecPerTrk: " << hex << rf.BPB_SecPerTrk; 60 qDebug() << "BPB_NumHeads: " << hex << rf.BPB_NumHeads; 61 qDebug() << "BPB_HiddSec: " << hex << rf.BPB_HiddSec; 62 qDebug() << "BPB_TotSec32: " << hex << rf.BPB_TotSec32; 63 qDebug() << "BS_DrvNum: " << hex << rf.BS_DrvNum; 64 qDebug() << "BS_Reserved1: " << hex << rf.BS_Reserved1; 65 qDebug() << "BS_BootSig: " << hex << rf.BS_BootSig; 66 qDebug() << "BS_VolID: " << hex << rf.BS_VolID; 67 qDebug() << "BS_VolLab: " << rf.BS_VolLab; 68 qDebug() << "BS_FileSysType: " << rf.BS_FileSysType; 69 70 file.seek(510); 71 72 uchar b510 = 0; 73 uchar b511 = 0; 74 75 in.readRawData(reinterpret_cast<char*>(&b510), sizeof(b510)); 76 in.readRawData(reinterpret_cast<char*>(&b511), sizeof(b511)); 77 78 qDebug() << "Byte 510: " << hex << b510; 79 qDebug() << "Byte 511: " << hex << b511; 80 } 81 82 file.close(); 83 } 84 85 int main(int argc, char *argv[]) 86 { 87 QCoreApplication a(argc, argv); 88 89 Fat12Header f12; 90 91 PrintHeader(f12, "E:\\a.img"); 92 93 return a.exec(); 94 }
我们定义的Fat12Header结构体是和主引导程序一一对应的，执行以上代码，输出如下所示：
可以看到，我们读出的信息和FAT文件系统引导区的详细信息完全对应了。
以上参考狄泰软件学院操作系统视频教程。
