哈工大操作系统实验一——操作系统的引导

写在前面

哈尔滨工业大学李治军老师的《操作系统》课程实验，相关资源：

哈工大操作系统实验手册

实验资源与参考

不配环境懒人福利：实验楼

在线课程：操作系统，李治军，哈工大（网易云课堂）

参考阅读：《Linux内核完全注释》——赵炯，《操作系统原理、实现与实践》——李治军，刘宏伟

实验内容

• 改写bootsect.s，功能：能在屏幕上打印一段提示信息“XXX is booting...”。

• 改写setup.s，功能：

1. bootsect.s能完成setup.s的载入，并跳转到setup.s开始地址执行。而setup.s向屏幕输出一行"Now we are in SETUP"。

2. setup.s获取一些基本的硬件参数（如内存参数、显卡参数、硬盘参数等），将其存放在内存的特定地址，并输出到屏幕上。

3. setup.s不再加载Linux内核，保持上述信息显示在屏幕上即可。

改写bootsect.s

bootsect.s驻留在引导扇区（0磁道，0磁头，第1个扇区）。上电自检后，ROM BIOS把bootsect加载到0x7c00处。bootsect做4件事：

1. 将自身移动到0x90000处并继续执行。

2. 利用INT 0X13中断将setup模块读到0x90200处，一共读四个扇区。

3. 显示“Loading system...”的字符串

4. 再把setup模块后的system模块加载到内存0x10000处。

注：由于实验裁剪Linux 0.11的源代码，没有使用root_dev。

汇编看起来有点头大，大部分源码问题都能在《注释》里找到答案，几个比较重要的点：

• 将自身加载到0x9000后，跳到go处执行：

 jmpi    go,INITSEG      ! 段间跳转, INITSEG是目的段地址, go是段内偏移地址

由于自身代码移动了位置，所以需要段间跳转：

 

• 修改显示字符串 将“Loading system ..."修改为”Welcome to NewOS“

  原字符串共18个字符，加上回车和换行共24个字符，修改后字符串长16个字符。

  调用INT 0X10中断，cx寄存器内存放显示字符数，bx寄存器存放属性（可修改字符串颜色），es:bp 指向待显示字符串。

mov ah,#0x03        ! 读取光标位置
xor bh,bh   
int 0x10
     
mov cx,#22
mov bx,#0x0009      ! page 0, attribute c 
mov bp,#msg1        ! es:bp 指向待显示字符串
mov ax,#0x1301      ! write string, move cursor
int 0x10
     
!开始执行setup代码
jmpi 0,SETUPSEG
 ​
msg1:
    .byte 13,10
    .ascii "Welcome to NewOS"
    .byte 13,10,13,10

改写setup.s

setup.s主要功能：

1. 利用中断读取机器系统数据，保存到0x90000处（覆盖了bootsect.s）

2. 将system模块从0x10000-0x8ffff整块下移到0x00000处。

3. 进入32位保护模式，跳转到system模块的head.s

注：实验要求setup不加载后续的system模块，故暂时不必要实现。

显示“Now we are in SETUP”

参考bootsect.s中显示字符串的代码部分，很容易修改得到：

! 显示"Now we are in SETUP"
 mov ax,cs
 mov ds,ax
 mov es,ax
 ​
 mov ah,#0x03        ! 读取光标位置
 xor bh,bh
 int 0x10
     
 mov cx,#25
 mov bx,#0x0007      ! page 0, attribute normal 
 mov bp,#msg1        ! es:bp 指向待显示 字符串
 mov ax,#0x1301      ! write string, move cursor
 int 0x10

注意，在显示前务必设置cs = es = ds，在显示时需要es定位字符串，现在是setup程序，SETUPSEG = cs = 0x9020

显示硬件参数

显示硬件参数前，先将ds寄存器重置为0x90000(INITSEG)，在读取参数时使用了ds寄存器并覆盖了bootsect.s，所以重置ds，寻址硬件参数，ps:汇编中，mov ax, [0]默认为mov ax, ds:[0]。 后面按照取硬件参数的顺序，复制内存中的数据打印即可，比如光标信息：

 ! 打印光标信息
 mov ax, [0]
 call print_hex
 call print_nl

ps:根据读取时，磁盘硬件参数从[0x80]开始。

改写tools/build.c

根据实验指导在build.c中添加：

 if(strcmp(argv[3],"none")==0) return 0;