linux 0.11 内核学习 -- setup.s
参考资料 Linux内核完全注释.pdf
网上相关资料
! setup程序的主要作用是利用rom bios的中断来读取机器系统参数，并将这些数据保存在0x90000
! 开始的位置(覆盖掉了bootsect程序所在的位置)，所取得的参数被内核的相关程序使用。注意在bootsect
! 中已经将该模块和system、模块加载到内存中。
! 然后setup程序将system模块从地址0x10000-0x8fff(当时认为内核的最大值)整块移动到内存的绝对地址
! 0x00000处。接下来加载中断描述符表寄存器idtr和全局描述符表gdtr，开启a20地址线，重新设置两个
! 中断控制芯片，将硬件终端号重新设置，最后设置cpu的控制寄存器cr0，从而进入32位的保护模式，并
! 且跳转到system模块最前面的head.s程序处开始继续运行。
!
! 为了能让head.s在32位的保护模式下运行，本程序设置了中断描述符表idt和全局描述符表gdt，并在gdt
! 中设置了当前内核代码段的描述符和数据段的描述符。在下面的head.s程序中会根据内核的需要重新设置
! 这些描述符表。
!
!
! setup.s (C) 1991 Linus Torvalds
!
! setup.s is responsible for getting the system data from the BIOS,
! and putting them into the appropriate places in system memory.
! both setup.s and system has been loaded by the bootblock.
!
! This code asks the bios for memory/disk/other parameters, and
! puts them in a "safe" place: 0x90000-0x901FF, ie where the
! boot-block used to be. It is then up to the protected mode
! system to read them from there before the area is overwritten
! for buffer-blocks.
!
! NOTE! These had better be the same as in bootsect.s!
INITSEG = 0x9000 ! we move boot here - out of the way，原来的bootsect段
SYSSEG = 0x1000 ! system loaded at 0x10000 (65536).system所在段
SETUPSEG = 0x9020 ! this is the current segment，本程序所在段
.globl begtext, begdata, begbss, endtext, enddata, endbss
.text
begtext:
.data
begdata:
.bss
begbss:
.text
entry start
start:
! ok, the read went well so we get current cursor position and save it for
! posterity.
! 整个读磁盘的过程都很顺利，现在将光标位置保存以备后用。
! 设置ds = 0x9000
mov ax,#INITSEG ! this is done in bootsect already, but...
mov ds,ax
!//////////////////////////////////////////////////////
! 调用系统中断0x10读取光标位置。下面是中断前的准备和调用中断。
mov ah,#0x03 ! read cursor pos ah = 0x03
xor bh,bh ! bh = 页号
int 0x10 ! save it in known place, con_init fetches
!///////////////////////////////////////////////////////
! 将信息保存在0x90000处，控制台初始化时来读取。
mov [0],dx ! it from 0x90000.
! Get memory size (extended mem, kB)
! 得到拓展内存的大小，调用中断0x15，同时将得到信息保存到0x90002处。
mov ah,#0x88
int 0x15
mov [2],ax
! Get video-card data:
! 下面的代码用于取得的是当前的显卡的显示模式
! 调用中断0x10，同时将信息存储。
!//////////////////////////////////////////////////////
mov ah,#0x0f
int 0x10
!//////////////////////////////////////////////////////
! 0x90004中存放的是当前页
! 0x90006 显示模式
! 0x90007 字符列数
mov [4],bx ! bh = display page
mov [6],ax ! al = video mode, ah = window width
!/////////////////////////////////////////////////////
! check for EGA/VGA and some config parameters
! 检查显示模式。并取得参数。其中ega和vga是显示器的两种模式。
! 利用中断0x10来实现读取信息，并将相关信息保存。
!/////////////////////////////////////////////////
mov ah,#0x12
mov bl,#0x10
int 0x10
!////////////////////////////////////////////////
mov [8],ax ! ??
mov [10],bx ! 0x9000A -- 显存大小
! 0x9000B -- 显示状态，彩色还是单色
mov [12],cx ! 0x9000C -- 显卡的特征参数
!///////////////////////////////////////////////
! Get hd0 data
! 获取第一个硬盘信息，赋值硬盘参数列表
mov ax,#0x0000
mov ds,ax
!///////////////////////////////////////////////
! 利用中断向量0x41的值，也即是hd0参数列表的地址。
!
! pc机上的中断向量表 : pc机bios在初始化时会在物理内存
! 开始的一夜内存中存放中断向量表，每个中断向量表对应的
! 中断服务处理程序isr的地址使用4个字节来表示。但是某些
! 的中断向量却使用其他的值，这包括中断向量0x41和ox46，
! 这两个中断向量的处理程序地址实际上就是硬盘参数表的位置。
!
! 在CPU被加电的时候，最初的1M的内存，是由BIOS为我们安排
! 好了的，每一字节都有特殊的用处。
lds si,[4*0x41]
!////////////////////////////////////////////////
mov ax,#INITSEG
mov es,ax
mov di,#0x0080
mov cx,#0x10
rep
movsb
! Get hd1 data
! 取得hd1的参数列表，方法同上。
mov ax,#0x0000
mov ds,ax
lds si,[4*0x46]
mov ax,#INITSEG
mov es,ax
mov di,#0x0090
mov cx,#0x10
rep
movsb
! Check that there IS a hd1 :-)
! 检查是否存在第二个硬盘，如果不存在，第二个硬盘表清0.利用bios的int 0x13来实现。
mov ax,#0x01500
mov dl,#0x81 ! 0x81指的是第2个硬盘
int 0x13
jc no_disk1
cmp ah,#3 ! 是硬盘吗 ? 类型 = 3
je is_disk1
no_disk1:
! 第二个硬盘不存在，则对第二个硬盘表清0
mov ax,#INITSEG
mov es,ax
mov di,#0x0090 ! 0x90090 ---+--- 0x10
mov cx,#0x10
mov ax,#0x00
rep
stosb
is_disk1:
! now we want to move to protected mode ...
cli ! no interrupts allowed !禁止中断
! first we move the system to it's rightful place
! 首先我们将system模块移动到正确的位置。下面程序代码是将system模块移动到0x0000
! 位置，即把从0x10000-0x8ffff的内存数据512k，整体向内存低端移动了0x10000 - 64k
mov ax,#0x0000
cld ! 'direction'=0, movs moves forward
do_move:
mov es,ax ! destination segment
! 目的地址初始为0x000 : 0x0
add ax,#0x1000
cmp ax,#0x9000 ! 移动完毕
jz end_move
mov ds,ax ! source segment
! 源地址 0x1000 : 0x0
sub di,di
sub si,si
mov cx,#0x8000 ! 移动64k
rep
movsw
jmp do_move
! 现在已经将system模块加载到内存的0地址。
! then we load the segment descriptors
! lidt指令用于加载中断描述符表idt寄存器。其中加载时只是加载的描述符表的线性基地址。
! 中断描述符表中的每一个表项指出发生中断时需要调用的代码信息。
!
! lgdt指令用于加载中断描述符表idt。
! ldgt指令用于加载全局描述符表gdt寄存器。
!
! 8086处理器的保护模式和实时模式，采用实
! 时模式的寻址，没有虚拟内存空间,首先物理
! 内存的每个位置都是使用20位的地址来标识的。
! 寻址是通过使用cs，ds，ss，es加上段的偏移量。
!
! 在保护模式下，cpu通过选择子找到段描述符，来
! 寻址。包括全局段表，局部段表，中断表。
! 段选择子通过ldgr寄存器来找到全局段表，通过idtr
! 找到中断表。
!
end_move:
! 加载中断描述符idt
mov ax,#SETUPSEG ! right, forgot this at first. didn't work :-)
mov ds,ax
lidt idt_48 ! load idt with 0,0，idt_48在下面定义。
lgdt gdt_48 ! load gdt with whatever appropriate，
! gdt_48在下面定义。
! 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。
!
! 为了兼容使用开启a20管脚。可以不必追究。
!///////////////////////////////////////////////
call empty_8042
mov al,#0xD1 ! command write
out #0x64,al
call empty_8042
mov al,#0xDF ! A20 on
out #0x60,al
call empty_8042
!///////////////////////////////////////////////
! well, that went ok, I hope. Now we have to reprogram the interrupts :-(
! we put them right after the intel-reserved hardware interrupts, at
! int 0x20-0x2F. There they won't mess up anything. Sadly IBM really
! messed this up with the original PC, and they haven't been able to
! rectify it afterwards. Thus the bios puts interrupts at 0x08-0x0f,
! which is used for the internal hardware interrupts as well. We just
! have to reprogram the 8259's, and it isn't fun.
!
! 下面的代码是给中断编程，我们将他放在处于intel保留的硬件中断后面，在
! int 0x20 -- 0x2f，在哪里它们不会引起中断。
!
! 下面是8259芯片的简介 : 8259芯片是一种可编程控制芯片。每片可以管理8
! 个中断源。通过多片的级联方式，能构成最多管理64个中断向量的系统。在
! pc/at系列的兼容机中，使用了两个8259a芯片，共可管理15级中断向量。主
! 8259a芯片的端口基址是0x20，从芯片是0xa0.
!
!/////////////////////////////////////////////////////////
! 0x11表示初始化命令开始，是icw1命令字，表示边沿触发，多片
! 8259级联,最后要发送icw4命令字。8259a的编程就是根据应用
! 程序需要将初始化字icw1 -- icw4和操作命令字ocw1 -- ocw3
! 分别写入初始化命令寄存器组和操作命令寄存器组。
!
mov al,#0x11 ! initialization sequence
out #0x20,al ! send it to 8259A-1
!/////////////////////////////////////////////////////////
!/////////////////////////////////////////////////////////
! 使用如下的.word 0x00eb,0x00eb来祈祷延迟的作用。下面是相
! 关解释 : 0xeb是直接跳转指令操作码，带一个字节的相对地址
! 偏移量。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。在as86中没有表示的助记符，所以linus直接使用了
! 机器码来表示这种指令。
.word 0x00eb,0x00eb ! jmp $+2, jmp $+2
!/////////////////////////////////////////////////////////
!//////////////////////////////////////////////////////////
! 进行8259a芯片编程。一次发送icw2，3，4
out #0xA0,al ! and to 8259A-2
.word 0x00eb,0x00eb
mov al,#0x20 ! start of hardware int's (0x20)
out #0x21,al
.word 0x00eb,0x00eb
mov al,#0x28 ! start of hardware int's 2 (0x28)
out #0xA1,al
.word 0x00eb,0x00eb
mov al,#0x04 ! 8259-1 is master
out #0x21,al
.word 0x00eb,0x00eb
mov al,#0x02 ! 8259-2 is slave
out #0xA1,al
.word 0x00eb,0x00eb
mov al,#0x01 ! 8086 mode for both
out #0x21,al
.word 0x00eb,0x00eb
out #0xA1,al
.word 0x00eb,0x00eb
!/////////////////////////////////////////////////////////
mov al,#0xFF ! mask off all interrupts for now
! 屏蔽所有的主芯片的中断请求。
out #0x21,al
.word 0x00eb,0x00eb
out #0xA1,al ! 屏蔽芯片所有的中断请求。
! well, that certainly wasn't fun :-(. Hopefully it works, and we don't
! need no steenking BIOS anyway (except for the initial loading :-).
! The BIOS-routine wants lots of unnecessary data, and it's less
! "interesting" anyway. This is how REAL programmers do it.
!
! Well, now's the time to actually move into protected mode. To make
! things as simple as possible, we do no register set-up or anything,
! we let the gnu-compiled 32-bit programs do that. We just jump to
! absolute address 0x00000, in 32-bit protected mode.
!////////////////////////////////////////////////
! 加载cr0
mov ax,#0x0001 ! protected mode (PE) bit
lmsw ax ! This is it!
! cpu处于保护模式。
!////////////////////////////////////////////////
jmpi 0,8 ! jmp offset 0 of segment 8 (cs)
! 跳转到cs段8，偏移量0
! 我们已经将system模块移动到0x00000处，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；0-1位表示请求的特权级；Linus只
! 只使用了2级:0级系统级和3级用户级。第2位用于选择是全局描
! 述符表还是局部描述符表。3-15位是描述表项的索引，指出是第
! 几项描述符。
! 8 -- 0000，0000，0000，1000，表示请求的特权级是0--系统级，
! 使用全局描述符表第1项，该代码指出代码的基地址是0，因此这
! 里的跳转指令就回去执行system中的代码。
!
! This routine checks that the keyboard command queue is empty
! No timeout is used - if this hangs there is something wrong with
! the machine, and we probably couldn't proceed anyway.
!
! 下面的代码检查键盘命令队列是否为空。
! 只有当输入缓冲区为空时才可以对其进行写的操作。
!
empty_8042:
.word 0x00eb,0x00eb ! 延迟
in al,#0x64 ! 8042 status port
test al,#2 ! is input buffer full?
! 输入缓冲区满 ?
jnz empty_8042 ! yes - loop
ret
!////////////////////////////////////////////////////////////////
! 数据描述
!
! (1)Linux的任务：
! ---定义GDT表
! ---定义LDT表
! ---初始化的时候执行LGDT指令，将GDT表的基地址装入到GDTR中
! ---进程初始化的时候执行LLDT指令，将LLDT表的基地址装入到LDTR中
!
! (2)CPU的任务
! ---用GDTR寄存器保存GDT表的基地址
! ---用LDTR寄存器保存当前进程的LDT表的基地址
! ---需要访问内存的时候，利用LDTR(或者GDTR,多数情况下是前者)找到相应的表，再根据提供的内存地址的某些部分找到相应的表项，然后再对表项的内容继续操作，得到最终的物理地址。所有这些操作都是在一条指令的指令周期里面完成的。
! gdt -- 描述符表的主要作用是将应用程序的逻辑地址转换为线性地址。
gdt:
!/////////////////////////////////////////////////////
.word 0,0,0,0 ! dummy，第一个描述符，不可用，
! 主要适用于保护。
!/////////////////////////////////////////////////////
!///////////////////////////////////////////////////////
! 系统代码段描述符。加载代码段时，使用这个偏移量。段描述符
! 一共64位。描述如下 :
! 0 -- 15 limit字段决定段的长度
! 16 -- 39 56 -- 63段的首字节的线性地址
! 40 -- 43 描述段的类型和存取权限
! 44 系统标志；如果被清0，则是系统端。
! 45 -- 46 dpl 描述符的特权级；用于限制这个段的存取。它表示
! 为访问这个段而要求的cpu的最小优先级。
! 47 -- 1
! 48 -- 51
! 52 被linux忽略。
! 53 -- 0
! 54 -- d/s
! 55 -- g 力度标志
!
.word 0x07FF ! 8Mb - limit=2047 (2048*4096=8Mb)
.word 0x0000 ! base address=0
.word 0x9A00 ! code read/exec
.word 0x00C0 ! granularity=4096, 386
!
! 从高地址到低地址为 00c0 9a00 0000 07ff
! 那么断脊地址就是00 00 0000
! 偏移量是 07ff
! 描述符为 07ff
!
!///////////////////////////////////////////////////////
!///////////////////////////////////////////////////////
! 系统数据段描述符。当加载数据段寄存器时使用的是这个偏移量。
.word 0x07FF ! 8Mb - limit=2047 (2048*4096=8Mb)
.word 0x0000 ! base address=0
.word 0x9200 ! data read/write
.word 0x00C0 ! granularity=4096, 386
!//////////////////////////////////////////////////////
idt_48:
.word 0 ! idt limit=0
.word 0,0 ! idt base=0L
gdt_48:
.word 0x800 ! gdt limit=2048, 256 GDT entries
.word 512+gdt,0x9 ! gdt base = 0X9xxxx
!/////////////////////////////////////////////////////////////////
.text
endtext:
.data
enddata:
.bss
endbss:
