asm+D build bootloader
guodemone via Digitalmars-d-learn
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Tue Oct 27 05:13:11 PDT 2015
sorry,My english is poot.
file asm.h
/*
是bootasm.S汇编文件所需要的头文件，主要是一些与X86保护模式的段访问方式相关的宏定义
*/
#ifndef __BOOT_ASM_H__
#define __BOOT_ASM_H__
/* Assembler macros to create x86 segments */
/* Normal segment */
#define SEG_NULLASM \
.word 0, 0; \
.byte 0, 0, 0, 0
#define SEG_ASM(type,base,lim) \
.word (((lim) >> 12) & 0xffff), ((base) & 0xffff); \
.byte (((base) >> 16) & 0xff), (0x90 | (type)), \
(0xC0 | (((lim) >> 28) & 0xf)), (((base) >> 24) & 0xff)
/* Application segment type bits */
#define STA_X 0x8 // 可执行
#define STA_E 0x4 // 向下扩展段（非可执行段）
#define STA_C 0x4 // 一致性代码段（只执行）
#define STA_W 0x2 // 段可写（非可执行段）
#define STA_R 0x2 // 段可读 (可执行段）
#define STA_A 0x1 // 可访问
#endif /* !__BOOT_ASM_H__ */
**********************************************************
file bootasm.S
# 定义并实现了bootloader最先执行的函数start，此函数进行了一定的初始化，完成了
# 从实模式到保护模式的转换，并调用bootmain.c中的bootmain函数
#include <asm.h>
# Start the CPU: switch to 32-bit protected mode, jump into C.
# The BIOS loads this code from the first sector of the hard disk
into
# memory at physical address 0x7c00 and starts executing in real
mode
# with %cs=0 %ip=7c00.
# gdt 全局描述符表内的数组索引
.set PROT_MODE_CSEG, 0x8 # kernel code segment selector
.set PROT_MODE_DSEG, 0x10 # kernel data segment selector
.set CR0_PE_ON, 0x1 # protected mode enable flag
.globl start
start:
.code16 # Assemble for 16-bit mode
cli # 禁用中断
cld # 字符串操作设定为递增 si++ di++ ,cld的作用是将direct flag标志位清零
# Set up the important data segment registers (DS, ES, SS).
xorw %ax, %ax # Segment number zero
movw %ax, %ds # -> Data Segment
movw %ax, %es # -> Extra Segment
movw %ax, %ss # -> Stack Segment
# A20地址线控制打开工作
# Enable A20:
# 为了向后兼容早期的PC机，让物理地址线20接低电平
# 如果A20是关闭的，16bit的寻址范围2^20是1M，如果是打开的，那么就是2^21次方，
# 但是寻址还是FFFFh:FFFFh=FFFF0h+FFFFh=10FFEFh=1M+64K-16Bytes
seta20.1:
inb $0x64, %al # Wait for not busy
testb $0x2, %al
jnz seta20.1 #测试 bit 1 是不是为0，如果不是跳回去继续执行
# 对于键盘的8042控制芯片 0x64是命令端口 0xd1 代表写命令
movb $0xd1, %al # 0xd1 -> port 0x64
outb %al, $0x64
seta20.2:
inb $0x64, %al # Wait for not busy
testb $0x2, %al
jnz seta20.2
# 设置写命令后 给0x60端口 发送命令数据0xdf就是打开A20地址线，0xdd就是关闭
movb $0xdf, %al # 0xdf -> port 0x60
outb %al, $0x60
# 转入保护模式，这里需要指定一个临时的GDT，来翻译逻辑地址。
# 这里使用的GDT通过gdtdesc段定义，它翻译得到的物理地址和虚拟地址相同，
# 所以转换过程中内存映射不会改变
lgdt gdtdesc # 启动保护模式前建立好的段描述符合段描述符表
# 打开保护模式标志位，相当于按下了保护模式的开关。
# cr0寄存器的第0位就是这个开关，通过CR0_PE_ON或cr0寄存器，将第0位置1
movl %cr0, %eax
orl $CR0_PE_ON, %eax
movl %eax, %cr0
# 由于上面的代码已经打开了保护模式了，所以这里要使用逻辑地址，
# 而不是之前实模式的地址了。这里用到了PROT_MODE_CSEG,
# 他的值是0x8。根据段选择子的格式定义，0x8就翻译成：
# INDEX TI CPL
# 0000 0000 0000 1 00 0
# INDEX代表GDT中的索引，TI代表使用GDTR中的GDT， CPL代表处于特权级。
# PROT_MODE_CSEG选择子选择了GDT中的第1个段描述符。
# 这里使用的gdt就是变量gdt，下面可以看到gdt的第1个段描述符的基地址是0x0000,
# 所以经过映射后和转换前的内存映射的物理地址一样。0000:7C00=0x00007C00 0000:protcseg
都是相对于物理内存0000基址的
ljmp $PROT_MODE_CSEG, $protcseg
.code32 # Assemble for 32-bit mode
protcseg:
# 重新初始化各个段寄存器。也就是采用平坦式内存方式，
# 代码段同其它段都采用一个内存空间
movw $PROT_MODE_DSEG, %ax # 自定义数据段选择子，因为段选择子是16位的
movw %ax, %ds # -> DS: Data Segment
movw %ax, %es # -> ES: Extra Segment
movw %ax, %fs # -> FS
movw %ax, %gs # -> GS
movw %ax, %ss # -> SS: Stack Segment
# 栈顶设定在start处，也就是地址0x7c00处， # 低地址 0x0000 ^ 此地址为栈基址
0000
# call函数将返回地址入栈，将控制权交给bootmain # /|\
movl $0x0, %ebp #
|
movl $start, %esp #
|
call bootmain # 地址 0x7C00
| 栈顶指针
# bootmain 如果返回，就会在此处死循环，但是目前的bootmain的函数不会返回了，因为他内部就会死循环
spin:
jmp spin
# 注意以下数据结构
# Bootstrap GDT
.p2align 2 # 调整为4字节对齐
# 3个段描述符，每个段描述符占8字节，共24字节
# gdtdesc指出了全局描述符表（可以看成是段描述符组成的一个数组）的起始位置在gdt符号处，
# 而gdt符号处放置了三个段描述符的信息
# 第一个是NULL段描述符，没有意义，表示全局描述符表的开始
# 紧接着是代码段描述符（位于全局描述符表的0x8处的位置），具有可读（STA_R）和可执行（STA_X）的属性，
# 并且段起始地址为0，段大小为4GB；
# 接下来是数据段描述符（位于全局描述符表的0x10处的位置），具有可读（STA_R）和可写（STA_W）的属性，
# 并且段起始地址为0，段大小为4GB。
gdt:
SEG_NULLASM # null seg NULL段
SEG_ASM(STA_X|STA_R, 0x0, 0xffffffff) # code seg for
bootloader and kernel CODE段
SEG_ASM(STA_W, 0x0, 0xffffffff) # data seg for bootloader
and kernel DATA段
gdtdesc:
.word 0x17 # sizeof(gdt) - 1 类似于数组 数组是0开始的，所以数组长度就要减1
.long gdt # address gdt
*****************************************************************************
file bootmain.c
/*
定义并实现了bootmain函数实现了通过屏幕、串口和并口显示字符串
*/
//#include <types.h>
//#include <x86.h>
#define COM1 0x3F8
#define CRTPORT 0x3D4
#define LPTPORT 0x378
#define COM_TX 0 // Out: Transmit buffer (DLAB=0)
#define COM_LSR 5 // In: Line Status Register
#define COM_LSR_TXRDY 20 // Transmit buffer avail
static uint16_t *crt = (uint16_t *) 0xB8000; // CGA memory
/* stupid I/O delay routine necessitated by historical PC design
flaws */
static void
delay(void) {
inb(0x84);
inb(0x84);
inb(0x84);
inb(0x84);
}
/*
考虑到简单性，在proj1中没有对并口设备进行初始化，通过并口进行输出的过程也很简单：
第一步：执行inb指令读取并口的I/O地址（LPTPORT + 1）的值，如果发现发现读出的值代表并口忙，
则空转一小会再读；
如果发现发现读出的值代表并口空闲，则执行outb指令把字符写到并口的I/O地址（LPTPORT ），
这样就完成了一个字符的并口输出。
*/
/* lpt_putc - copy console output to parallel port */
static void
lpt_putc(int c) {
int i;
for (i = 0; !(inb(LPTPORT + 1) & 0x80) && i < 12800; i ++) {
delay();
}
outb(LPTPORT + 0, c);
outb(LPTPORT + 2, 0x08 | 0x04 | 0x01);
outb(LPTPORT + 2, 0x08);
}
/*
通过CGA显示控制器进行输出的过程也很简单：首先通过in/out指令获取当前光标位置；
然后根据得到的位置计算出显存的地址，直接通过访存指令写内存来完成字符的输出；
最后通过in/out指令更新当前光标位置。
*/
/* cga_putc - print character to console */
static void
cga_putc(int c) {
int pos;
// cursor position: col + 80*row.
outb(CRTPORT, 14);
pos = inb(CRTPORT + 1) << 8;
outb(CRTPORT, 15);
pos |= inb(CRTPORT + 1);
if (c == '\n') {
pos += 80 - pos % 80;
}
else {
crt[pos ++] = (c & 0xff) | 0x0700;
}
outb(CRTPORT, 14);
outb(CRTPORT + 1, pos >> 8);
outb(CRTPORT, 15);
outb(CRTPORT + 1, pos);
}
/*
通过串口进行输出的过程也很简单：第一步：执行inb指令读取串口的I/O地址（COM1 + COM_LSR）的值，
如果发现发现读出的值代表串口忙，则空转一小会（0x84是什么地址???）；
如果发现发现读出的值代表串口空闲，则执行outb指令把字符写到串口的I/O地址（COM1 + COM_TX），
这样就完成了一个字符的串口输出。
*/
/* serial_putc - copy console output to serial port */
static void
serial_putc(int c) {
int i;
for (i = 0; !(inb(COM1 + COM_LSR) & COM_LSR_TXRDY) && i < 12800;
i ++) {
delay();
}
outb(COM1 + COM_TX, c);
}
/* 显示字符的函数接口*/
/* 一个cons_putc函数接口，完成字符的输出*/
/* cons_putc - print a single character to console*/
static void
cons_putc(int c) {
lpt_putc(c);
cga_putc(c);
serial_putc(c);
}
/* 提供了一个cons_puts函数接口：完成字符串的输出*/
/* cons_puts - print a string to console */
static void
cons_puts(const char *str) {
int i;
for (i = 0; *str != '\0'; i ++) {
cons_putc(*str ++);
}
}
/* bootmain - the entry of bootloader */
void
bootmain(void) {
cons_puts("This is a bootloader: Hello world!!");
/* do nothing */
while (1);
}
***************************************************
These codes（asm.h bootasm.S bootmain.c） trans to (asm.h bootasm.S
bootmain.d).
ldc -c asm.h bootasm.S bootmain.d
ld bootasm.o bootmain.o of outbin.o
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