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Orange’s 自制操作系统系列笔记(4)—一个引导扇区的具体实现


引导扇区（boot sector）是设备的第一个扇区，大小为512个字节，并且以0xAA55结束。当机器加电启动后，如果选择从软盘启动，会检查软盘的0面0磁道1扇区，如果它以0xAA55结束，就认为它是一个引导扇区，之后把引导扇区内容加载到用户指定的内存地址处，并从此处开始执行，从此，计算机的控制权从处理器转移给了操作系统。

先来看引导扇区的代码：

  1.         org     07c00h           
  2.         mov     ax, cs
  3.         mov     ds, ax
  4.         mov     es, ax
  5.         call DispStr           
  6.         jmp     $           
  7. DispStr:
  8.         mov    ax, BootMessage
  9.         mov    bp, ax           
  10.         mov    cx, 38           
  11.         mov    ax, 01301h       
  12.         mov    bx, 000ch       
  13.         mov    dl, 0
  14.         int    10h           
  15.         ret
  16. BootMessage:            db    "Hey! I am Rooeye, welcome to my blog!"
  17. times     510-($-$$)    db    0   
  18. dw     0xaa55

这段代码实现的功能就是在开机的时候让屏幕显示  “Hey! I am Rooeye, welcome to my blog!”

先来看其运行结果，用虚拟机VMare加载其生成的软盘映像文件：



实际上我们实现的就是在屏幕上显示一个特定字符串，并且该字符串背景色是黑色，前景色是红色，并且高亮，显示位置是在第0行。这段代码最重要的莫过于第14行的 int 10h ，int 10h中断例程是BIOS提供的中断例程，其中包含了多个和屏幕输出相关的子程序，接下来就了解下 int 10h。
 
通常一个中断例程都会包含多个内部子程序，执行哪一个子程序根据传递进来的参数而定，而BIOS中的中断例程，都是用8位通用寄存器AH来传递使用的子程序的编号。在本程序的第11行：

  1. mov    ax, 01301h

因为AX = 0x1301 ,  则 AH = 0x13，即最终会执行第10h号中断的编号为13h的子程序，而该子程序的作用就是用来显示一个字符串，其具体调用参数见下：

  1. ES:BP = 串地址
  2. CX = 串长度
  3. DH = 起始行
  4. DL = 起始列
  5. BH = 页号

AL和BL寄存器也会用来传递参数，但是比较复杂，下面详细解释。

AL寄存器一共有8位，但是只使用低两位，高6位并不使用：

  1. 如果AL＝0，表示目标字符串仅仅包含字符，属性在BL中包含，不移动光标
  2. 如果AL＝1，表示目标字符串仅仅包含字符，属性在BL中包含，移动光标
  3. 如果AL＝2，表示目标字符串包含字符和属性，不移动光标
  4. 如果AL＝3，表示目标字符串包含字符和属性，移动光标

在该引导扇区代码中，因为AX = 0x1301,则 AL = 0x01。

BL寄存器主要是用来定义一些颜色属性格式：



  1. 若 BIT7 = 1 ，背景闪烁
  2. 若 BIT3 = 1 ，前景色高亮显示
  3. BIT4~BIT6 表示背景色
  4. BIT0~BIT2 表示前景色

根据上面的知识可以对源代码得到如下分析：

  1. mov    cx, 38     ;字符串长度为 38
  2. mov    ax, 01301h ;AH = 13h,AL=01h,在屏幕上打印字符串
  3. mov    bx, 000ch  ;页号为0，不闪烁，背景色为黑色，前景色高亮显示，前景色为红色
  4. mov    dl, 0      ;在第0列开始显示

从而达到显示黑底红字的效果。
 
上面提到 AH = 13H的时候，调用参数ES：BP 传递字符串的地址。ES寄存器存储段地址，BP寄存器存储段内偏移地址，实际物理地址 = 段地址*16 + 偏移地址。
 
下面代码表示boot sector的内容会被加载到内存偏移地址为0x7c00处开始执行。

  1. org    07c00h

因为段寄存器之间不能直接传递数据，所以先把段寄存器CS的内容传递给通用寄存器AX，然后再把其值送给段寄存器DS和ES。
  1. mov    ax, cs
  2. mov    ds, ax
  3. mov    es, ax

bp存储的就是字符串的偏移地址

  1. mov    ax, BootMessage
  2. mov    bp, ax

因为boot sector的大小为512个字节，所以先填充了 510-($-$$) 个字节，然后在定义了一个字类型数据 0xaa55.

  1. times     510-($-$$)    db    0   ;$表示当前行被汇编后的地址 
  2.                                   ;$$表示section开始处被汇编后的地址
  3. dw     0xaa55                     ;引导扇区的结束标志为 0xaa55

上面提到，cx寄存器是用来存储字符串的长度的，如果我们想显示任意字符串，那么cx的值就必须改变，有没有什么方法可以直接计算出字符串长度而不用我们人为指定呢？当然是有的啦，看如下代码：

  1.     org    07c00h           
  2.     mov    ax, cs
  3.     mov    ds, ax
  4.     mov    es, ax
  5.     call    DispStr           
  6.     jmp    $           
  7. DispStr:
  8.     mov    ax, BootMessage
  9.     mov    bp, ax           
  10.     mov    cx, strlen       
  11.     mov    ax, 01301h       
  12.     mov    bx, 000ch       
  13.     mov    dl, 0
  14.     int    10h           
  15.     ret
  16. BootMessage:            db    "Nowcoder is so good!"
  17. strlen                 equ    $-BootMessage
  18. times     510-($-$$)    db    0   
  19. dw     0xaa55


代码的第17行使用 $–BootMessage 计算字符串长度，在第10行直接把strlen传递给通用寄存器CX即可。下面分别是使用bochs虚拟机和Vmare的运行上述代码的结果,运行后会输出 “Nowcoder is so good!”。





下一篇笔记写保护模式（Protect Mode）。


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