第3天 导入32位模式并导入C语言

1.制作真正的IPL

本次修改的内容为：

; 程序主体
entry:MOV AX, 0           ; 初始化寄存器MOV SS, AXMOV SP, 0x7c00MOV DS, AX
; 读取磁盘MOV AX, 0x0820MOV ES, AXMOV CH, 0           ; 柱面0MOV DH, 0           ; 磁头0MOV CL, 2           ; 扇区2MOV AH, 0x02        ; 读取软盘/硬盘MOV AL, 1MOV BX, 0MOV DL, 0x00        ; A驱动器INT 0x13            ; 调用BIOSJC  error

首先介绍“INT 0x13”指令，这个指令与硬盘操作有关，详细的信息可以到http://aprilsloan.ys168.com/网址，在“文件”文件夹下的BIOS接口技术参考手册87.4.pdf有关于BIOS功能的介绍。如要对磁盘进行读盘、写盘操作，则需对如下寄存器赋予不同的值：

• AH = 0x02;（读盘）
• AH = 0x03;（写盘）
• AL = 处理对象的扇区数;（只能同时处理连续的扇区）
• CH = 柱面号;
• CL = 扇区号;
• DH = 磁头号;
• DL = 驱动器号;
• ES:BX = 缓冲地址;

通过上面对寄存器的说明，就可以知道代码的意思了。我们要读取0号柱面0号磁头的第2扇区，并把读取到内容放在内存中地址为0x8200~0x83ff的地方。

读盘写盘操作得到的返回值为：

①FLAGS.CF == 0：没有错误，AH=0

②FLAGS.CF == 1：有错误，错误号码存入AH内

FLAGS.CF是什么？它表示的是标志寄存器FLAGS的进位标志CF（carry flag），现在还不必了解CF的功能，所以就不讲了。

而下方的JC就与磁盘读取操作产生了联系，JC是“jump if carry”的缩写，意思是如果CF位是1的话，就进行跳转。联系磁盘读取操作的代码，如果磁盘读取错误的话，就跳转到error标签去。

那为什么要用0x8200~0x83ff，而不用0x8000~0x81ff呢？看书去，书上都有。启动区的内容拷贝了一份到0x8000~0x81ff地址中，你敢用这块地方，系统就敢罢工。

下图是软盘的示意图，关于软盘的知识就不在此赘述，多看看书总是能懂的。

error:MOV SI, msgputloop:MOV AL, [SI]ADD SI, 1           ; 给SI加1CMP AL, 0JE  finMOV AH, 0x0e        ; 显示一个文字MOV BX, 15          ; 指定字符颜色INT 0x10            ; 调用显卡BIOSJMP putloopmsg:DB  0x0a, 0x0a      ; 2个换行DB  "load error"DB  0x0a            ; 换行DB  0RESB    0x7dfe-$     ; 填写0x00，直到0x07dfeDB  0x55, 0xaa

接下来这一段是当读取磁盘出错时才会运行的，若是看过我第2天的博客的人应该能看懂这段代码吧，看不懂可以去复习一下。最后会在屏幕上显示"load error"，相信你是看不到这个界面的。

最后运行出来不显示什么信息就是对的。

2.试错

软盘并没有那么可靠，有时会发生不能读数据的状况，需要重新读上几遍看是不是真的坏了，于是对代码做出新的调整。（软盘这玩意儿现在都看不到了，这段代码是否有必要添加吗？）

; 读取磁盘MOV AX, 0x0820MOV ES, AXMOV CH, 0           ; 柱面0MOV DH, 0           ; 磁头0MOV CL, 2           ; 扇区2MOV SI, 0           ; 记录失败次数的寄存器retry:MOV AH, 0x02        ; 读取软盘/硬盘MOV AL, 1           ; 1个扇区MOV BX, 0MOV DL, 0x00        ; A驱动器INT 0x13            ; 调用BIOSJNC  fin            ; 没出错的话跳转到finADD SI, 1           ; 将SI加1CMP SI, 5           ; 比较SI与5JAE error           ; SI >= 5时，跳转到errorMOV AH, 0x00MOV DL, 0x00        ; A驱动器INT 0x13            ; 重置驱动器JMP retry

读取磁盘的操作并没有发生什么变化，用SI来记录读取失败的次数。retry标签下前五行代码与上一节的一样。

第六行出现了新的指令JNC，它是无进位跳转（Jump if Not Carry）的缩写，在没有进位的时候才发生跳转。以下是一些短转移指令，我将它们放在一起，方便各位读者整理。

还记得上一节的内容吗？当读取磁盘成功时，CF=0，当读取失败时，CF=1。所以，当成功读取磁盘后，就跳转到fin标签。而读取失败后，将SI加1，与5进行对比，JAE指令的含义如上表所示，当SI大于5，即读取磁盘失败超过5次后，跳转到error标签，否则重置驱动器再次进行读取。

最后执行得到的界面如图：

其实我就是把第一节的图粘贴下来了，毕竟第一节都没出错，第二节就更不会出错了。

3.读到18扇区

再次对代码做出调整：

readloop:MOV SI, 0           ; 记录失败次数的寄存器retry:MOV AH, 0x02        ; 读取软盘/硬盘MOV AL, 1           ; 1个扇区MOV BX, 0MOV DL, 0x00        ; A驱动器INT 0x13            ; 调用BIOSJNC next            ; 没出错的话跳转到nextADD SI, 1           ; 将SI加1CMP SI, 5           ; 比较SI与5JAE error           ; SI >= 5时，跳转到errorMOV AH, 0x00MOV DL, 0x00        ; A驱动器INT 0x13            ; 重置驱动器JMP retrynext:MOV AX, ESADD AX, 0x20        ; 把内存地址后移0x200MOV ES, AX          ; 因为没有ADD ES, 0x20指令，所以以这种方式计算ADD CL, 1           ; 往CL里加1，指定下一个扇区号CMP CL, 18          ; 比较CL与18JBE readloop        ; 如果CL <= 18跳转至readloop

首先是在MOV SI, 0指令前面添加一个标签，取名readloop，这样就能通过条件转移指令跳转到这里进行循环了。

retry的内容并没有改变。在下方添加了next代码段，这里是实现读取到18扇区的关键。在读取完一个扇区之后，更改ES的值，其中0x200=512（1个扇区的大小），给CL加1，读取下一个扇区，JBE指令可以看看上面的表，将CL与18进行比较，如果CL小于或等于18就跳转到readloop读取下一个扇区。

最后得到的界面：

没错，这个图还是粘贴过来的，作者为什么不在读取成功的时候显示个信息呢？

4.读入10个柱面

这一节的代码还是比较简单，让我们看看有什么变化吧。

CYLS    EQU 10...readloop:MOV SI, 0           ; 记录失败次数的寄存器retry:...next:MOV AX, ESADD AX, 0x20        ; 把内存地址后移0x200MOV ES, AX          ; 因为没有ADD ES, 0x20指令，所以以这种方式计算ADD CL, 1           ; 往CL里加1，指定下一个扇区号CMP CL, 18          ; 比较CL与18JBE readloop        ; 如果CL <= 18跳转至readloopMOV CL, 1ADD DH, 1CMP DH, 2JB  readloop        ; 如果DH < 2，则跳转到readloopMOV DH, 0ADD CH, 1CMP CH, CYLSJB  readloop        ; 如果CH < CYLS，则跳转到readloop

唯有next标签下的代码段发生了变化，再读取完第18扇区之后，重置CL为1，将DH加1，更换磁头从第1扇区开始读取，再对DH做对比，如果DH小于2就跳转到readloop继续读扇区。若2个磁头都读完了，再更换柱面读取扇区，直至读完10个柱面后结束。

CYLS EQU 10的意思是CYLS = 10，若是用C语言写的话就是#define CYLS 10，它用来定义常数。

OK，代码的部分就讲完了，下面来运行看看吧。

万年不变的运行界面。。。

5.着手开发操作系统

你以为以前你写的是操作系统？不不不，之前的只是启动区，它被用来把操作系统装载到内存中，现在才是真正的开始。

新建一个文本文档并命名为haribote.nas，并把以下内容输入文档中。

fin:HLTJMP fin

这短小的代码，是不是让人很失望？但学习还是要慢慢来的。

另外，因为新添了文件，需要的Makefile中规定它的编译规则。

ipl.bin : ipl.nas Makefile$(NASK) ipl.nas ipl.bin ipl.lstharibote.sys : haribote.nas Makefile$(NASK) haribote.nas haribote.sys haribote.lstharibote.img : ipl.bin haribote.sys Makefile$(EDIMG)   imgin:../z_tools/fdimg0at.tek \wbinimg src:ipl.bin len:512 from:0 to:0 \copy from:haribote.sys to:@: \imgout:haribote.img

这是Makefile中需要修改的部分。从上我们可以看出，首先要将haribote.nas通过nask转换为haribote.sys，再将ipl.bin和haribote.sys写入镜像中。这就完成了。

用二进制编辑器打开haribote.img，可以发现在0x2600地址附近保存着文件名。在0x4200地址附近，看到“F4 EB FD”。

以上内容可以总结为：一般向一个空软盘保存文件时，

（1）文件名会写在0x2600以后的地方；

（2）文件的内容会写在0x4200以后的地方。

要记住这两点内容哦，以下的某些地方会用到它们的。

好，再次运行代码。

6.从启动区执行操作系统

要怎么才能执行磁盘镜像上0x4200地址的程序呢？程序是从启动区开始的，把磁盘内容转载到内存0x8000地址上，所以磁盘0x4200出的内容就应该位于内存0x8000+0x4200=0xc200地址中。知道了这个，我们就往代码里添点东西，haribote.nas中的代码变为：

    ORG 0xc200      ; 把程序转载到0xc200地址中fin:HLTJMP fin

这代码一如既往地简洁。接下来还需要对ipl.nas进行处理：

    CMP CH, CYLSJB  readloop        ; 如果CH < CYLS，则跳转到readloopJMP 0xc200          ; 读取完磁盘后执行haribote.syserror:  ; 打印错误信息MOV SI, msg

添加JMP 0xc200这句代码。意思是当ipl.nas中读取磁盘操作结束后就跳转到0xc200地址。

最后运行代码。

这图片我都粘贴5次了，下一节中终于要出现新界面了。

7.确定操作系统的执行情况

这次就让我们切换一下画面模式吧。代码如下：

; haribote-os
; TAB = 4ORG 0xc200          ; 将程序加载到这个内存地址MOV AL, 0x13        ; VGA显卡，320x200x8位彩色MOV AH, 0x00INT 0x10fin:HLTJMP fin

INT 0x10在我们显示字符的时候就出现过，这是有关显示服务的BIOS功能，下面介绍一下有关的寄存器配置：

• AH = 0x00; 设置显卡模式
• AL = 模式： （省略了一些不重要的模式）                                                                                                                                          0x03: 16色字符模式，80 * 25                                                                                                                                                      0x12: VGA图形模式，640 * 480 * 4位彩色模式，独特的4面存储模式                                                                                        0x13: VGA图形模式，320 * 200 * 8位彩色模式，调色板模式                                                                                                    0x6a: 扩展VGA图形模式，800 * 600 * 4位彩色模式，独特的4面存储模式（有的显卡不支持这个模式）
• 返回值：无

参照说明，我们采用的是8位彩色模式，可以使用2^8=256种颜色。

此次还修改了其他一些地方。首先将ipl.nas的文件名变成了ipl10.nas（不要忘记在Makefile中更改名字哦）。这是为了提醒大家这个程序只能读入10个柱面。另外，想要吧磁盘装载内容的结束地址告诉给haribote.nas，所以我们在JMP 0xc200之前，加入了一行命令，将CYLS的值写到内容地址0x0ff0中。

    MOV [0x0ff0], CH    ; 将读取的柱面数保存在这个地址中JMP 0xc200          ; 读取完磁盘后执行haribote.sys

如果运行正常的话，画面会变为一片漆黑，来运行看看吧。

虽然画面终于有变动了，但黑漆漆一片还是不好看，要想制作好看点的界面还得等到下一章。

8. 32位模式前期准备

这节是为了C语言开发做准备，作者提供的C编译器只能生成32位模式的机器语言。这个32位指的是CPU的模式，不同模式使用的寄存器不一样，所以一个模式的机器语言在另一个模式下不能运行。另外，32位模式下可以使用的内存容量远远大于1MB，还具有CPU的自我保护功能。

BIOS是用16位机器语言写的，使用32位模式就不能使用BIOS了，所以全部要放在开头先做。

下面我们来修改代码吧，这次只修改haribote.nas。

; 有关BOOT_INFO
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      ; 分辨率的X（screen x）
SCRNY   EQU 0x0ff6      ; 分辨率的Y（screen y）
VRAM    EQU 0x0ff8      ; 图像缓冲器的开始地址ORG 0xc200          ; 将程序加载到这个内存地址MOV AL, 0x13        ; VGA显卡，320x200x8位彩色MOV AH, 0x00INT 0x10MOV BYTE [VMODE], 8 ; 记录画面模式MOV WORD [SCRNX], 320MOV WORD [SCRNY], 200MOV DWORD [VRAM], 0x000a0000; 用BIOS取得键盘上各种LED指示灯的状态MOV AH, 0x02INT 0x16MOV [LEDS], AL

首先我们定义了几个变量的值，它们的用处已经写在注释中。在设置好显卡模式之后，开始向内存地址存入一些数据，唯一需要说明的是向VRAM地址存入0xa0000，可以从内存图中看出0xa0000图像视频缓冲器的开始地址，之后可以通过指针很方便的修改其中的数据。

最后是调用BIOS功能。INT 0x16代表的是调用键盘的功能。下面介绍一些寄存器参数：

• AH = 0x02; （Shift Status）
• 返回值：AL = 当前键盘状态情况

AL中各位表示的含义如下表所示：

目前AL中的数据还用不到，这就当做扩展知识介绍给大家了。

下面来运行程序看看吧。

一如既往的黑，你以为我会告诉你这是从上面粘贴下俩的吗？

9.开始导入C语言

终于要开始我最喜欢的C语言了。

首先把haribote.nas改名为asmhead.nas（别忘了也要在Makefile里面改哦），为了能够调用C语言写的程序，还要添加一点点代码，放心，你看不懂这段代码的，作者也认为你看不懂，他表示以后再讲，我也就偷懒了。

新建文件并命名为bootpack.c，以下是内容：

void HariMain(void)
{
fin:/* 这里想写上HTL，但C语言中不能用HTL！ */goto fin;
}

还是一个很简单的死循环语句。这里的主函数名是HariMain，和C语言有些区别。C语言的基本语法不会多讲，只针对语言的逻辑结构和意义进行说明。

bootpack.c编程机器语言的过程比较复杂，而且书上有，就不赘述了。另外，Makefile也不进行讲解了，反正你们也有源码，复制粘贴多省事。

以下是运行的界面：

我没复制粘贴，你别乱说。

10.实现HLT

作者真的是对hlt这个指令情有独钟。让我们再新建一个文件，命名为naskfunc.nas，今后会在这里写汇编函数，以下是代码：

; naskfunc
; TAB = 4[FORMAT "WCOFF"]            ; 制作目标文件的模式
[BITS 32]                   ; 制作32位模式用的机器语言; 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; 以下是实际的函数
[SECTION .text]             ; 目标文件中谢了这些之后再写程序
_io_hlt:    ; void io_hlt(void);HLTRET

注意要在函数名之前加上“_”，否则就不能很好地与C语言函数链接。需要链接的函数名都要用GLOBAL指令声明。

下面是bootpack.c里面的内容：

/* 告诉C编译器，有一个函数在别的文件里 */
void io_hlt(void);void HariMain(void)
{
fin:io_hlt();   /* 这里想写上HTL，但C语言中不能用HTL！ */goto fin;
}

这样就写好了，内容很简单，相信你一定能看懂。另外也不要修改Makefile，赶紧来运行看看吧。

第3章的内容就到此结束了，这章的内容比较多，请大家好好理解。这篇博客花了好几天才写完，在内容的说明中花费了最多的时间，我也不知道自己是否清晰的解释了代码的含义，若是不清晰，很高兴大家在下方评论指正。愿与诸君能继续看第四章的内容，虽然我一个字都还没写，估计要再等半个月才写得出来吧，反正没几个人看我博客，没人催更，就慢慢拖吧。