diff --git a/bootloader/CMakeLists.txt b/bootloader/CMakeLists.txt index f5b77372..6d0196f7 100644 --- a/bootloader/CMakeLists.txt +++ b/bootloader/CMakeLists.txt @@ -6,5 +6,8 @@ enable_language(ASM_NASM) #修改输出的路径 set(EXECUTABLE_OUTPUT_PATH ${PROJECT_SOURCE_DIR}/bin/bootloader) +# 添加汇编包含目录（当前文件夹） +add_compile_options(-I ${CMAKE_CURRENT_SOURCE_DIR}/ ) + add_executable(boot.bin boot.asm) -add_executable(loader.bin loader.asm) \ No newline at end of file +add_executable(loader.bin loader.asm fat12.inc) \ No newline at end of file diff --git a/bootloader/boot.asm b/bootloader/boot.asm index f3c62d9b..375c3ee0 100644 --- a/bootloader/boot.asm +++ b/bootloader/boot.asm @@ -114,8 +114,8 @@ Label_Go_On: jmp Label_Cmp_FileName Label_Different: - and di, 0ffe0h ;将di恢复到当前目录项的第0字节 - add di, 20h ;将di跳转到下一目录项的第0字节 + and di, 0xffe0 ;将di恢复到当前目录项的第0字节 + add di, 0x20 ;将di跳转到下一目录项的第0字节 mov si, LoaderFileName jmp Label_Search_For_LoaderBin ;继续搜索下一目录项 diff --git a/bootloader/loader.asm b/bootloader/loader.asm index d18e62ed..42b3519a 100644 --- a/bootloader/loader.asm +++ b/bootloader/loader.asm @@ -5,6 +5,37 @@ ; 由于实模式下，物理地址为CS<<4+IP，而从boot的定义中直到，loader的CS为0x1000， 因此loader首地址为0x10000 org 0x10000 + jmp Label_Start + +%include 'fat12.inc' ; 将fat12文件系统的信息包含进来 + +Base_Of_Kernel_File equ 0x00 +Offset_Of_Kernel_File equ 0x100000 ; 设置内核文件的地址空间从1MB处开始。（大于实模式的寻址空间） + +Base_Tmp_Of_Kernel_Addr equ 0x00 +Offset_Tmp_Of_Kernel_File equ 0x7e00 ; 内核程序的临时转存空间 + +Memory_Struct_Buffer_Addr equ 0x7e00 ; 内核被转移到最终的内存空间后，原来的临时空间就作为内存结构数据的存储空间 + + +[SECTION gdt] + +LABEL_GDT: dd 0,0 +LABEL_DESC_CODE32: dd 0x0000FFFF,0x00CF9A00 +LABEL_DESC_DATA32: dd 0x0000FFFF,0x00CF9200 + +GdtLen equ $ - LABEL_GDT +GdtPtr dw GdtLen - 1 + dd LABEL_GDT + +SelectorCode32 equ LABEL_DESC_CODE32 - LABEL_GDT +SelectorData32 equ LABEL_DESC_DATA32 - LABEL_GDT + + +[SECTION .s16] ;定义一个名为.s16的段 +[BITS 16] ; 通知nasm，将要运行在16位宽的处理器上 + +Label_Start: mov ax, cs mov ds, ax ; 初始化数据段寄存器 mov es, ax ; 初始化附加段寄存器 @@ -24,10 +55,440 @@ org 0x10000 pop ax mov bp, Message_Start_Loader int 0x10 + ;jmp $ + + ; 使用A20快速门来开启A20信号线 + push ax + in al, 0x92 ; A20快速门使用I/O端口0x92来处理A20信号线 + or al, 0x02 ; 通过将0x92端口的第1位置1，开启A20地址线 + out 0x92, al + pop ax + + cli ; 关闭外部中断 + + db 0x66 + lgdt [GdtPtr] ; LGDT/LIDT - 加载全局/中断描述符表格寄存器 + + ; 置位CR0寄存器的第0位，开启保护模式 + mov eax, cr0 + or eax, 1 + mov cr0, eax + + ; 为fs寄存器加载新的数据段的值 + mov ax, SelectorData32 + mov fs, ax + + ; fs寄存器加载完成后，立即从保护模式退出。 这样能使得fs寄存器在实模式下获得大于1MB的寻址能力。 + mov eax, cr0 + and al, 11111110b ; 将第0位置0 + mov cr0, eax + + sti ; 开启外部中断 + + + + +; =========在文件系统中搜索 kernel.bin========== + mov word [SectorNo], SectorNumOfRootDirStart ;保存根目录起始扇区号 + +Label_Search_In_Root_Dir_Begin: + cmp word [RootDirSizeForLoop], 0 ; 比较根目录扇区数量和0的关系。 cmp实际上是进行了一个减法运算 + jz Label_No_KernelBin ; 等于0，不存在kernel.bin + dec word [RootDirSizeForLoop] + + mov ax, 0x00 + mov es, ax + mov bx, 0x8000 + mov ax, [SectorNo] ;向函数传入扇区号 + mov cl, 1 + call Func_ReadOneSector + mov si, Kernel_FileName ;向源变址寄存器传入Loader文件的名字 + mov di, 0x8000 + cld ;由于LODSB的加载方向与DF标志位有关，因此需要用CLD清零DF标志位 + + mov dx, 0x10 ; 每个扇区的目录项的最大条数是(512/32=16,也就是0x10) + +Label_Search_For_LoaderBin: + cmp dx, 0 + jz Label_Goto_Next_Sector_In_Root_Dir + dec dx + mov cx, 11 ; cx寄存器存储目录项的文件名长度， 11B，包括了文件名和扩展名，但是不包括 分隔符'.' + +Label_Cmp_FileName: + cmp cx, 0 + jz Label_FileName_Found + dec cx + lodsb ; 把si对应的字节载入al寄存器中，然后，由于DF为0，si寄存器自增 + cmp al, byte [es:di] ; 间接取址[es+di]。 也就是进行比较当前文件的名字对应字节和loader文件名对应字节 + jz Label_Go_On ; 对应字节相同 + jmp Label_Different ; 字节不同，不是同一个文件 + +Label_Go_On: + inc di + jmp Label_Cmp_FileName + +Label_Different: + and di, 0xffe0 ;将di恢复到当前目录项的第0字节 + add di, 0x20 ;将di跳转到下一目录项的第0字节 + mov si, Kernel_FileName + jmp Label_Search_For_LoaderBin ;继续搜索下一目录项 + +Label_Goto_Next_Sector_In_Root_Dir: + add word [SectorNo], 1 + jmp Label_Search_In_Root_Dir_Begin + +Label_No_KernelBin: + ; 在屏幕上显示 [ERROR] No Kernel Found. + mov ax, 0x1301 + mov bx, 0x000c ; 红色闪烁高亮黑底 + mov dx, 0x0200 ; 显示在第3行（前面已经显示过2行了） + mov cx, 24 ; 字符串长度 + push ax + mov ax, ds + mov es, ax + pop ax + mov bp, Message_No_Loader + int 0x10 jmp $ +; ========= 找到了 kernel.bin =========== +; 将内核加载到内存中 +Label_FileName_Found: + mov ax, RootDirSectors + + ; 先取得目录项DIR_FstClus字段的值（起始簇号） + and di, 0xffe0 + add di, 0x1a + mov cx, word [es:di] + push cx + + + add cx, ax + add cx, SectorBalance + mov eax, Base_Tmp_Of_Kernel_Addr ; 内核放置的临时地址 + mov es, eax ;配置es和bx，指定kernel.bin在内存中的起始地址 + mov bx, Offset_Tmp_Of_Kernel_File + mov ax, cx + +Label_Go_On_Loading_File: + push ax + push bx + + ; 显示字符. + mov ah, 0x0e + mov al, "." + mov bl, 0x0f + int 0x10 + + pop bx + pop ax + + + ; 读取一个扇区 + mov cl, 1 + call Func_ReadOneSector + pop ax + + ; ======逐字节将内核程序复制到临时空间，然后转存到内核空间=== + push cx + push eax + push fs + push edi + push ds + push esi + + mov cx, 0x0200 ; 指定计数寄存器的值为512， 为后面循环搬运这个扇区的数据做准备 + mov ax, Base_Of_Kernel_File + mov fs, ax ; 这样在物理机上是行不通的，因为这样移动的话，fs就失去了32位寻址能力 + mov edi, dword [OffsetOfKernelFileCount] ; 指定目的变址寄存器 + + mov ax, Base_Tmp_Of_Kernel_Addr + mov ds, ax + mov esi, Offset_Tmp_Of_Kernel_File ; 指定来源变址寄存器 + + + +Label_Move_Kernel: + ; 真正进行数据的移动 + mov al, byte [ds:esi] ; 移动到临时区域 + mov byte [fs:edi], al ; 再移动到目标区域 + + inc esi + inc edi + loop Label_Move_Kernel + + ; 当前扇区数据移动完毕 + mov eax, 0x1000 + mov ds, eax + + mov dword [OffsetOfKernelFileCount], edi ; 增加偏移量 + + pop esi + pop ds + pop edi + pop fs + pop eax + pop cx + + + call Func_GetFATEntry + + cmp ax, 0x0fff + jz Label_File_Loaded + + + + push ax + mov dx, RootDirSectors + add ax, dx + add ax, SectorBalance + + + + ; 继续读取下一个簇 + jmp Label_Go_On_Loading_File + +Label_File_Loaded: + + + ;在屏幕上显示 kernel loaded + mov ax, 0x1301 + mov bx, 0x000f + mov dx, 0x0200 ;在第3行显示 + mov cx, 20 ;设置消息长度 + + push ax + + mov ax, ds + mov es, ax + pop ax + mov bp, Message_Kernel_Loaded + int 0x10 + + ; ======直接操作显示内存======= + ; 从内存的0x0B800开始，是一段用于显示字符的内存空间。 + ; 每个字符占用2bytes，低字节保存要显示的字符，高字节保存样式 + mov ax, 0xB800 + mov gs, ax + mov ah, 0x0F ;黑底白字 + mov al, '.' + mov [gs:((80 * 2 + 20) * 2)], ax ;在屏幕第0行，39列 + + + + + +Label_Kill_Motor: + ; =====关闭软驱的马达====== + ; 向IO端口0x03f2写入0，关闭所有软驱 + push dx + mov dx, 0x03F2 + mov al, 0 + out dx, al + pop dx + + ; =====获取物理地址空间==== + + ; 显示 正在获取内存结构 + mov ax, 0x1301 + mov bx, 0x000F + mov dx, 0x0300 ; 在第四行显示 + mov cx, 34 + push ax + mov ax, ds + mov es, ax + pop ax + mov bp, Message_Start_Get_Mem_Struct + int 0x10 + + + mov ax, 0x00 + mov es, ax + + mov di, Memory_Struct_Buffer_Addr ; 设置内存结构信息存储的地址 + mov ebx, 0 ;第一次调用0x15的时候，ebx要置为0 ebx存储的是下一个待返回的ARDS （Address Range Descriptor Structure） + +Label_Get_Mem_Struct: + ;==== 获取内存物理地址信息 + ; 使用0x15中断程序的功能号0xe820来获取内存信息 + ; 返回信息在[es:di]指向的内存中 + ; 一共要分5次才能把20个字节的信息获取完成 + ; 这些信息在内核初始化内存管理单元的时候，会去解析它们。 + + mov eax, 0xe820 + mov ecx, 20 ; 指定ARDS结构的大小，是固定值20 + mov edx, 0x534d4150 ; 固定签名标记，是字符串“SMAP”的ASCII码 + int 0x15 + + jc Label_Get_Mem_Fail ; 若调用出错，则CF=1 + + add di, 20 + cmp ebx, 0 + jne Label_Get_Mem_Struct ; ebx不为0 + jmp Label_Get_Mem_OK ; 获取内存信息完成 + +Label_Get_Mem_Fail: + ; =====获取内存信息失败==== + ; 显示 正在获取内存结构 + mov ax, 0x1301 + mov bx, 0x000c + mov dx, 0x0400 ; 在第5行显示 + mov cx, 33 + push ax + mov ax, ds + mov es, ax + pop ax + mov bp, Message_Get_Mem_Failed + int 0x10 + + jmp $ + +Label_Get_Mem_OK: + ; ==== 成功获取内存信息 === + mov ax, 0x1301 + mov bx, 0x000f + mov dx, 0x0400 ; 在第5行显示 + mov cx, 39 + push ax + mov ax, ds + mov es, ax + pop ax + mov bp, Message_Get_Mem_Success + int 0x10 + + jmp Label_Get_SVGA_Info + +Label_Get_SVGA_Info: + ; ==== 获取SVGA芯片的信息 + mov ax, 0x1301 + mov bx, 0x000f + mov dx, 0x0500 ; 在第6行显示 + mov cx, 30 + push ax + mov ax, ds + mov es, ax + pop ax + mov bp, Message_Start_Get_SVGA_Info + int 0x10 + + jmp $ + +; 从软盘读取一个扇区 +; AX=待读取的磁盘起始扇区号 +; CL=读入的扇区数量 +; ES:BX=>目标缓冲区起始地址 +Func_ReadOneSector: + + push bp + mov bp, sp + sub esp, 2 + mov byte [bp-2], cl + push bx + mov bl, [BPB_SecPerTrk] + div bl ;用AX寄存器中的值除以BL，得到目标磁道号(商：AL)以及目标磁道内的起始扇区号(余数：AH) + inc ah ; 由于磁道内的起始扇区号从1开始计数，因此将余数+1 + mov cl, ah + mov dh, al + shr al, 1 ;计算出柱面号 + mov ch, al + and dh, 1;计算出磁头号 + + pop bx + mov dl, [BS_DrvNum] + ;最终，dh存储了磁头号，dl存储驱动器号 + ; ch存储柱面号，cl存储起始扇区号 + +Label_Go_On_Reading: + ; 使用BIOS中断服务程序INT13h的主功能号AH=02h实现软盘读取操作 + mov ah, 2 + mov al, byte [bp-2] + int 0x13 + + jc Label_Go_On_Reading ;当CF标志位被复位时，说明数据读取完成，恢复调用现场 + + add esp, 2 + pop bp + + ret + + +; 解析FAT表项,根据当前FAT表项索引出下一个FAT表项 +Func_GetFATEntry: + ; AX=FAT表项号（输入、输出参数） + ; 保存将要被修改的寄存器 + + + push es + push bx + push ax + + ; 扩展段寄存器 + mov ax, 00 + mov es, ax + + pop ax + mov byte [Odd], 0 ;将奇数标志位置0 + + ; 将FAT表项号转换为总的字节号 + mov bx, 3 + mul bx + mov bx, 2 + div bx + + cmp dx, 0 + jz Label_Even ; 偶数项 + mov byte [Odd], 1 + +Label_Even: + xor dx, dx ;把dx置0 + + ; 计算得到扇区号（商）和扇区内偏移（余数） + mov bx, [BPB_BytesPerSec] + div bx + push dx + + ; 读取两个扇区到[es:bx] + mov bx, 0x8000 + add ax, SectorNumOfFAT1Start + mov cl, 2 ; 设置读取两个扇区，解决FAT表项跨扇区的问题 + + + + call Func_ReadOneSector + + pop dx + add bx, dx + mov ax, [es:bx] + cmp byte [Odd], 1 + jnz Label_Even_2 ;若是偶数项，则跳转 + + shr ax, 4 ; 解决奇偶项错位问题 + +Label_Even_2: + and ax, 0x0fff ; 确保表项号在正确的范围内 0x0003~0x0fff + pop bx + pop es + ret + + + + + +;====临时变量===== +RootDirSizeForLoop dw RootDirSectors +SectorNo dw 0 +Odd db 0 +OffsetOfKernelFileCount dd Offset_Of_Kernel_File ; 要显示的消息文本 Message_Start_Loader: db "[DragonOS] Start Loader" -len_Message_Start_Loader: db 23 +Message_No_Loader: db "[ERROR] No Kernel Found." +Message_Kernel_Loaded: db "[INFO] Kernel loaded" +Message_Start_Get_Mem_Struct: db "[INFO] Try to get memory struct..." +Message_Get_Mem_Failed: db "[ERROR] Get memory struct failed." +Message_Get_Mem_Success: db "[INFO] Successful to get memory struct." +Message_Start_Get_SVGA_Info: db "[INFO] Try to get SVGA info..." + + +Kernel_FileName: db "KERNEL BIN", 0 \ No newline at end of file diff --git a/run_in_qemu.sh b/run_in_qemu.sh index 4ad1f858..4ba57f53 100644 --- a/run_in_qemu.sh +++ b/run_in_qemu.sh @@ -1,3 +1,11 @@ +# ======检查是否以sudo运行================= +uid=`id -u` +if [ ! $uid == "0" ];then + echo "请以sudo权限运行" + exit +fi + + # ==============检查文件是否齐全================ if [ ! -x "bin/bootloader/boot.bin" ]; then echo "bin/bootloader/boot.bin 不存在！" @@ -14,27 +22,31 @@ fi # ===============文件检查完毕=================== -# 将引导程序写入boot.img +# =========将引导程序写入boot.img============= dd if=bin/bootloader/boot.bin of=bin/boot.img bs=512 count=1 conv=notrunc +# =========创建临时文件夹================== # 判断临时文件夹是否存在，若不存在则创建新的 if [ ! -d "tmp/" ]; then mkdir tmp/ echo "创建了tmp文件夹" fi -# 挂载boot.img到tmp/boot +# ==============挂载boot.img============= mkdir tmp/boot - sudo mount bin/boot.img tmp/boot -t vfat -o loop + mount bin/boot.img tmp/boot -t vfat -o loop # 检查是否挂载成功 if mountpoint -q tmp/boot then echo "成功挂载 boot.img 到 tmp/boot" - # 把loader.bin复制到boot.img - sudo cp bin/bootloader/loader.bin tmp/boot + # ========把loader.bin复制到boot.img========== + cp bin/bootloader/loader.bin tmp/boot + # ========把内核程序复制到boot.img====== + cp bin/bootloader/kernel.bin tmp/boot sync - sudo umount tmp/boot + # 卸载磁盘 + umount tmp/boot else echo "挂载 boot.img 失败！" fi @@ -42,7 +54,7 @@ fi # 运行结束后删除tmp文件夹 -sudo rm -rf tmp +rm -rf tmp # 进行启动前检查 flag_can_run=0