《30天自制操作系统》读书笔记(3) 引入C语言

这一次的学习相当曲折, 主要是因为粗心, Makefile里面的错误导致了文件生成出现各种奇奇怪怪的问题, 弄得心力交瘁, 因此制作过程还是尽量按着作者的路子来吧.

作者提供的源码的注释在中文系统下是乱码, 而且代码的分隔用了两个Tab, 在这里要处理一下:

:%s/;.*//g 删除所有的注释;

:%s/\t\t/\t 把两个Tab替换为一个Tab;

要让作者的nas文件和asm文件拥有相同的语法规则, 在_vimrc文件的最后一行添加

au BufNewFile,BufRead *.nas set filetype=asm

真正的IPL

之前我们写的只是软盘启动区代码, 所有代码只能放在512字节里, 根本不够用,

所以我们要利用这一段代码读入软盘的其他内容, 并将控制权移交给它, 所以叫做IPL(Initial Program Loader).

需要的知识点:

int 0x13 磁盘中断

AH = 0x02 ; 读盘

AH = 0x03 ; 写盘

AH = 0x04 ; 校验

AH = 0x0c ; 寻道

AH = 0x00 ;大概是重置磁盘, 配合DH = 0x00 使用

AL = 连续处理的扇区数

CH = 柱面号

CL = 扇区号

DH = 磁头号

DL = 驱动器号

ES:BX = 缓冲地址, 寻道及校验不使用

C = 0 没有错误, AH = 0;

C = 1 错误号码存入AH.

这里只会用到0x02和0x00.

软盘的结构:

用柱面(C)-磁头(H)-扇区(S) 来标识软盘上的扇区, 我们的启动扇区的标号是C0-H0-S1, 值得注意的是下一个扇区是C0-H0-S2, 这个例子里作者要读入10个柱面, 从C0-H0-S1 读到 C9-H1-S18, 这样算来应该是18*2*10 = 360 个扇区, 大小是360*512/1024 = 180 KB, 从我们现在小的可怜的需求看来, 180KB绝对够了.(按这样算的话不是一个柱面有36个扇区吗? 此处不解).

以下的代码能将软盘除启动区外开始的180KB的空间读入内存中, 起始地址是0x8200, 占用的空间是0x2d000.

执行软盘中的内容

编写Haribote.nas文件如下, 结构很简单:
```
 fin:

     HLT

     JMP    fin 
```
问题是如何把编译好的程序和IPL结合在一起?

我们可以先编译好IPL, 和之前一样做成一个img, 然后把程序写入img.

最直观的方法是把img文件写入U盘, 把程序写入U盘, 再把U盘打包成img,

虽然有些迂回, 但是我们可以借助WinHex来直接写入, 用WinHex直接打开作者做好的Haribote.img ,可以发现它的内部格式如下:

发现Haribote.SYS处在0x4200的位置处 , 这是不是真的Haribote.sys?

也从Winhex里面打开Hraibote.sys:

只有一句, F4 EB FD, 和img文件0x4200处的完全一样, 和作者的总结一样:

向一个空软盘保存文件的时候,

1.文件名会写在0x2600以后的地方(这里我没有去验证);

2.文件的内容会写入到0x4200以后的地方.

非空软盘的情况没有考虑(这里开始我们就真正意义上使用了FAT12的文件系统了, 而不是自己设计一个文件系统).

知道了这个我们就可以知道怎么调用这个程序了, 使用作者提供的edimg.exe 可以方便地将程序写入到img中, 所以Makefile也要做相应的改动, 具体看Project文件夹day3里面的e文件夹.

这个Haribote.nas 所做的只是不断HLT, 我们并不知道这段代码是否真的执行, 作者这里使用了0x10来切换画面模式, 使得光标消失,

参数是AL = 0x13, AH = 0x00, 效果是屏幕全黑, 连光标也不能看到.

我这里采用的是0x10中断的另一个功能, 能够显示带颜色的字符串, 代码如下:

 ; Program

     ORG    0xc200    ; 加载到 0x8200 + 0x4200 – 0x200(启动区没有被读入)

     MOV    AX,

     MOV    ES,AX

     MOV    AX,loaded

     MOV    BP,AX    ; ES:BP = 串地址

     MOV    CX,        ; 串长度

     MOV    AX,0x1301    ;AH = 0x13，AL = 0x01

     MOV    BX,0x000b    ; 页号BH = 0 黑底蓝字 BL = 0x0b

     MOV    DL,

     INT    0x10

     JMP fin

 loaded:

     DB    0x0a, 0x0a

     DB    "Loaded."

     DB    0x0a

     DB    

 fin:

     HLT

     JMP fin

效果如下, 可以确定我们Haribote.sys里面的代码已经被执行.

进入32位模式&导入C语言_*

这里作者开始用我们看不懂的东西了, 给出了一个长长的asmhead.nas, 并且表示"先跳过这一部分", 让我有点不爽, 但是毕竟不能半途而废不是? 这里的Makefile变得越来越复杂, 在这里我第一次碰到了困难, 由于粗心Makefile写少了几行, 导致编译莫名其妙地出错, 纠结了两天才发现, 抄代码都能抄错 = =, 废话略过, 作者还增加了一个Bootpack.c 大概就是我们以后的主战场了, 这里编译过程异常繁琐(作者啊你可不可以不要用你自己写的工具!? (╯‵□′)╯︵┻━┻),

以上所有的工具都是川和先生写的或者改写的(╯‵□′)╯︵┻━┻.

需要强调的是HariMain这个Main函数的函数名已经写死了, 不能够更换, 为了在C

语言里面使用HLT, (事实上现在C语言里面根本就没有函数可用), 增加naskfunc.nas.

所有文件均如下:

IPL.nas:

; hello-os

; TAB=4

; const

CYLS    EQU    

    ORG    0x7c00    

    JMP    entry

    DB    0x90

    DB    "OS 0.01 "

    DW

    DB

    DW

    DB

    DW

    DW

    DB    0xf0

    DW

    DW

    DW

    DD

    DD

    DB    ,,0x29

    DD    0xffffffff

    DB    "OS ver 0.01"

    DB    "FAT12 "

    RESB            

entry:

    MOV    AX,

    MOV    SS,AX

    MOV    SP,0x7c00

    MOV    DS,AX

    MOV    AX,0x0820    ; 缓存位置 = ES:BX

    MOV    ES,AX

    MOV    CH,    ; 柱面0

    MOV    DH,    ; 磁头0

    MOV    CL,    ; 扇区2

readloop:

    MOV    SI,    ; 记录失败次数

retry:

    MOV    AH,0x02 ; 读盘

    MOV    AL,    ; 一个扇区

    MOV    BX,

    MOV    DL,0x00 ; 驱动器A:

    INT    0x13    ; 调用磁盘中断

    JNC    next

    ADD    SI,

    CMP    SI,    ; 失败5次跳出

    JAE    error

    MOV    AH,0x00

    MOV    DL,0x00    ; 指定驱动器A:

    INT    0x13    ; 重置并重试

    JMP    retry   

next:

    MOV    AX,ES

    ADD    AX,0x0020

    MOV    ES,AX    ; 段寄存器往后移0x0020 实际偏移 0x0020*0x0010 = 0x0200 = 512d

    ADD    CL,

    CMP    CL,    ; 读到18扇区

    JBE    readloop; <= 则跳

    MOV    CL,

    ADD    DH,    ; 换一个磁头

    CMP    DH,

    JB    readloop; <则跳

    MOV    DH,

    ADD    CH,    ; 柱面+1

    CMP    CH,CYLS

    JB    readloop

    MOV    [0x0ff0],CH

    JMP    0xc200

error:            ; 错误提示

    MOV    AX,

    MOV    ES,AX

    MOV    AX,msg

    MOV    BP,AX    ; ES:BP = 串地址

    MOV    CX,    ; 串长度

    MOV    AX,0x1301    ;AH = 0x13，AL = 0x01

    MOV    BX,0x000c    ; 页号BH = 0 黑底红字 BL = 0x0c

    MOV    DL,

    INT    0x10

fin:

    HLT

    JMP    fin

msg:

    DB    0x0a, 0x0a

    DB    "Load error."

    DB    0x0a

    DB    

    RESB    0x7dfe-$

    DB    0x55, 0xaa

Asmhead.nas:

BOTPAK    EQU    0x00280000

DSKCAC    EQU    0x00100000

DSKCAC0    EQU    0x00008000    

CYLS    EQU    0x0ff0    ; 设定启动区

LEDS    EQU    0x0ff1

VMODE    EQU    0x0ff2    ; 关于颜色数目的信息，颜色的位数

SCRNX    EQU    0x0ff4    ; 分辨率 X(Screen X)

SCRNY    EQU    0x0ff6    ; 分辨率 Y(Screen Y)

VRAM    EQU    0x0ff8    ; 图像缓冲区的起始地址    

    ORG    0xc200       

    MOV    AL,0x13    ; VGA 显卡

    MOV    AH,0x00

    INT    0x10

    MOV    BYTE [VMODE],    ; 记录画面模式

    MOV    WORD [SCRNX],

    MOV    WORD [SCRNY],

    MOV    DWORD [VRAM],0x000a0000

; 取得键盘上的LED灯的状态

    MOV    AH,0x02

    INT    0x16

    MOV    [LEDS],AL

    MOV    AL,0xff

    OUT    0x21,AL

    NOP

    OUT    0xa1,AL

    CLI            

    CALL    waitkbdout

    MOV    AL,0xd1

    OUT    0x64,AL

    CALL    waitkbdout

    MOV    AL,0xdf

    OUT    0x60,AL

    CALL    waitkbdout

[INSTRSET "i486p"]        

    LGDT    [GDTR0]

    MOV    EAX,CR0

    AND    EAX,0x7fffffff

    OR    EAX,0x00000001

    MOV    CR0,EAX

    JMP    pipelineflush

pipelineflush:

    MOV    AX,*

    MOV    DS,AX

    MOV    ES,AX

    MOV    FS,AX

    MOV    GS,AX

    MOV    SS,AX

    MOV    ESI,bootpack

    MOV    EDI,BOTPAK

    MOV    ECX,*/

    CALL    memcpy

    MOV    ESI,0x7c00

    MOV    EDI,DSKCAC

    MOV    ECX,/

    CALL    memcpy

    MOV    ESI,DSKCAC0+

    MOV    EDI,DSKCAC+

    MOV    ECX,

    MOV    CL,BYTE [CYLS]

    IMUL    ECX,**/

    SUB    ECX,/

    CALL    memcpy

    MOV    EBX,BOTPAK

    MOV    ECX,[EBX+]

    ADD    ECX,

    SHR    ECX,

    JZ    skip

    MOV    ESI,[EBX+]

    ADD    ESI,EBX

    MOV    EDI,[EBX+]

    CALL    memcpy

skip:

    MOV    ESP,[EBX+]

    JMP    DWORD *:0x0000001b

waitkbdout:

    IN     AL,0x64

    AND     AL,0x02

    JNZ    waitkbdout

    RET

memcpy:

    MOV    EAX,[ESI]

    ADD    ESI,

    MOV    [EDI],EAX

    ADD    EDI,

    SUB    ECX,

    JNZ    memcpy

    RET

    ALIGNB    

GDT0:

    RESB

    DW    0xffff,0x0000,0x9200,0x00cf

    DW    0xffff,0x0000,0x9a28,0x0047

    DW    

GDTR0:

    DW    *-

    DD    GDT0

    ALIGNB

bootpack.c:

void io_hlt(void);

void HariMain(void)

{

fin:

    io_hlt();

    goto fin;

}

Naskkfunc.nas:

;naskfunc

[FORMAT "WCOFF"]        ; 制作目标文件的模式

[BITS ]            ; 制作32位模式用的机械语言

; 制作目标文件的信息

[FILE "naskfunc.nas"]        ; 源文件名信息

    GLOBAL    _io_hlt        ; 程序中包含的函数名

; 实际的函数

[SECTION .text]    ;

_io_hlt:

    HLT

    RET

void io_hlt(void);

void HariMain(void)

{

fin:

    io_hlt();

    goto fin;

}

万恶的Makefile:

TOOLPATH = ../z_tools/

INCPATH = ../z_tools/haribote/

MAKE = $(TOOLPATH)make.exe -r

NASK = $(TOOLPATH)nask.exe

CC1 = $(TOOLPATH)cc1.exe -I$(INCPATH) -Os -Wall -quiet

GAS2NASK = $(TOOLPATH)gas2nask.exe -a

OBJ2BIM = $(TOOLPATH)obj2bim.exe

BIM2HRB = $(TOOLPATH)bim2hrb.exe

RULEFILE = $(TOOLPATH)haribote/haribote.rul

EDIMG = $(TOOLPATH)edimg.exe

DEL = del

SHORTCUT = "D:\Program Files\Oracle\VirtualBox\VirtualBox.exe" --comment "OS1" --startvm "a5c4b0e6-e142-4720-98ee-056911204b29"

default :

    $(MAKE) install

    $(MAKE) run

    $(MAKE) clean

ipl10.bin : ipl10.nas Makefile

    $(NASK) ipl10.nas ipl10.bin ipl10.lst

asmhead.bin : asmhead.nas Makefile

    $(NASK) asmhead.nas asmhead.bin asmhead.lst

bootpack.gas : bootpack.c Makefile

    $(CC1) -o bootpack.gas bootpack.c

bootpack.nas : bootpack.gas Makefile

    $(GAS2NASK) bootpack.gas bootpack.nas

bootpack.obj : bootpack.nas Makefile

    $(NASK) bootpack.nas bootpack.obj bootpack.lst

naskfunc.obj : naskfunc.nas Makefile

    $(NASK) naskfunc.nas naskfunc.obj naskfucn.lst

bootpack.bim : bootpack.obj naskfunc.obj Makefile

    $(OBJ2BIM) @$(RULEFILE) out:bootpack.bim stack:3136k map:bootpack.map \

        bootpack.obj naskfunc.obj

    echo error

# 3MB+64KB=3136KB

bootpack.hrb : bootpack.bim Makefile

    $(BIM2HRB) bootpack.bim bootpack.hrb 0

haribote.sys :asmhead.bin bootpack.hrb Makefile

    copy /B asmhead.bin+bootpack.hrb haribote.sys

haribote.img : ipl10.bin haribote.sys Makefile

    $(EDIMG) imgin:../z_tools/fdimg0at.tek \

        wbinimg src:ipl10.bin len:512 from:0 to:0 \

        copy from:haribote.sys to:@: \

        imgout:haribote.img

install:

    $(MAKE) haribote.img

run :

    echo Running...

    $(SHORTCUT)

    echo Finished

clean :

    -$(DEL) *.bin

    -$(DEL) *.lst

    -$(DEL) *.gas

    -$(DEL) *.obj

    -$(DEL) bootpack.nas

    -$(DEL) bootpack.map

    -$(DEL) bootpack.bim

    -$(DEL) bootpack.hrb

    -$(DEL) haribote.sys

    -$(DEL) *.*~

    -$(DEL) *~

    echo Finished.

这次更新慢了, 下次争取早一点…

巴特西

《30天自制操作系统》读书笔记(3) 引入C语言

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