[009][x86汇编语言]学习加载程序的编写(c08_mbr.asm)

源程序来源

https://www.jianshu.com/p/72c151606908

加载程序功能

• 加载程序 知道 用户程序位于 虚拟硬盘的LBA逻辑扇区100 处；
• 加载程序 知道 虚拟机 内存物理地址0x10000处空闲；
• 加载程序 要把 用户程序 从虚拟硬盘里取出来，然后放到 虚拟机里空闲的内存空间那里；
• 加载程序 知道 虚拟机 开机后会读取 虚拟硬盘主引导扇区（LBA模式逻辑扇区号0） 的内容，将其复制到内存 0x0000:0x7c00处开始执行；

（我们）要做的事情

• 利用工具 nasmide.exe 编译加载程序的源文件.asm，生成一个.bin二进制文件，将.bin文件利用工具 fixvhdwr.exe 写入到虚拟硬盘的主引导扇区（LBA模式逻辑扇区号0）。

加载程序：增加注释

        ;
        ;文件名 c08-1.asm
        ;文件说明：硬盘主引导扇区代码（加载程序）
        ;创建日期：9:12 2018/5/23

        app_lba_start equ 100       ;用户程序源地址的起始逻辑扇区号


SECTION mbr align=16 vstart=0x7c00

        ;设置栈段和栈指针
        mov ax,0
        mov ss,ax
        mov sp,ax
        
        mov ax,[cs:phy_base]
        mov dx,[cs:phy_base+0x02]
        mov bx,16   
        div bx                      ;物理地址0x10000 转换为 段地址0x1000
        mov ds,ax                   
        mov es,ax

        ;以下读取程序的起始部分
        xor di,di                   ;28位起始逻辑扇区号的高12位
        mov si,app_lba_start        ;28位起始逻辑扇区号的低16位
        xor bx,bx                   ; ???
        call read_hard_disk_0
        
        ;以下判断整个用户程序有多大
        mov dx,[2]      ; 32位用户程序长度的高16位
        mov ax,[0]      ; 32位用户程序长度的低16位
        mov bx,512      ; 1个扇区512字节
        div bx
        cmp dx,0        ; dx里存着余数，余数不为0代表没有除尽
        jnz @1
        dec ax
    @1:
        cmp ax,0        ; 小于1个扇区或者长度为512的整数倍时ax = 0
        jz direct
        
        ; 读取剩余的扇区
        push ds         ; 用户程序的开头是基于LBA逻辑扇区号计算出来的段地址
        
        mov cx,ax       ; 循环次数（剩余的扇区数）
    @2: 
        mov ax,ds       
        add ax,0x20     ; 512D = 0x20
        mov ds,ax       ; 得到下一个以512字节为边界的段地址
        
        xor bx,bx       ; 新的一段开始，偏移地址都是从0x0000开始
        inc si          ; 新的LBA逻辑扇区号，最初的是app_lba_start
        call read_hard_disk_0       ; 不重新设置di，是因为di不需要修改,di = 0
        loop @2         ; 循环读，直到读完整个功能程序（即用户程序）
        
        pop ds          ; 恢复数据段基址到用户程序头部段
        
        ;计算入口点代码段基址
    direct:             ; ds 指向用户程序头部段
        mov dx,[0x08]
        mov ax,[0x06]   ; 用户程序 "code_1段"(代码段) 相对于用户程序开头的 偏移量
        call calc_segment_base  ; 结合用户程序目的地址，计算 "code_1段"(代码段) 的 段地址
        mov [0x06],ax   ; 将 "code_1段"(代码段) 的段地址 回写
        
        ; 开始处理段重定位表
        mov cx,[0x0a]   ; 需要重定位的表项数
        mov bx,0x0c     ; 需要重定位表项相对用户程序开头的偏移量
        
    realloc:    
        mov dx,[bx+0x02]    ; 32位表项偏移量，高16位
        mov ax,[bx]         ; 32位表项偏移量，低16位
        call calc_segment_base  ; 结合用户程序目的地址， 计算 表项 的段地址
        mov [bx],ax
        add bx,4            ; 下一个重定位项 （每项占4个字节）
        loop realloc
        
        jmp far [0x04]  ; 跳转到用户程序： code_1段 标号start处开始执行用户程序
                
;-----------------------------------------------------------------
read_hard_disk_0:


            push ax
            push bx
            push cx
            push dx
            ;设置要读取的扇区数为1
            mov dx,0x1f2    ; 0x1f2 
            mov al,1        ; 扇区数   
            out dx,al
            ;设置起始的LBA扇区号
            inc dx          ; 0x1f3
            mov ax,si       
            out dx,al       ; LBA地址7~0

            inc dx          ; 0x1f4
            mov al,ah
            out dx,al       ; LBA地址15~8
            
            inc dx          ;0x1f5
            mov ax,di
            out dx,al       ; LBA地址23~16
            
            inc dx          ; 0x1f6
            mov al,0xe0     ; LAB 主硬盘
            or al,ah
            out dx,al
            ; 请求硬盘读
            inc dx          ; 0x1f7 [命令端口]
            mov al,0x20     ; 读命令
            out dx,al
            ;查看状态
    .waits: 
            in al,dx        ; 0x1f7 [状态端口]
            and al,0x88     ; 1000 1000 保留 BSY ... DRQ...
            cmp al,0x08     ; 0x08 硬盘已准备好与主机交换
            jnz .waits
            ; 连续读取数据
            mov cx,256      ; 总共要读取的字数256字=512字节
            mov dx,0x1f0    ; 0x1f0 [数据端口]
    .readw: 
            in ax,dx        ; 在子程序调用前已经清零xor bx,bx
            mov [bx],ax     ; 指定数据段 DS 指向用户程序目标地址的段地址
            add bx,2        
            loop .readw
            
            pop dx
            pop cx
            pop bx
            pop ax
            
            ret
            
;-----------------------------------------------------------------      
calc_segment_base:          ;计算16位段地址
                            ;输入 DX:AX = 32位物理地址
                            ;返回 AX = 16位段基地址
            push dx
            
            add ax,[cs:phy_base]
            adc dx,[cs:phy_base+0x02]       ; 用户程序开头的物理地址是0x10000位于标号phy_base处
            shr ax,4
            ror dx,4
            and dx,0xf000
            or ax,dx
            
            pop dx
            
            ret
        
;-----------------------------------------------------------------          
        phy_base dd 0x10000         ;用户程序目的地址的物理起始地址
        
    times 510-($-$$) db 0
                     db 0x55,0xaa

用户程序 同 源程序来源

• c08.asm

加载程序 需要结合 用户程序 理解的部分 跨越文件 通过内存读取数据

1、用户程序的目的地址 0x1000.png

2、跨越文件 通过内存 读取用户程序的总长度.png

3.用dx ax 2个16位存一个32位的dd.png

4、将ax回写到用户程序.png

5、需要重定位的表项个数.png

6、回填段的基址.png

7、跳转到用户程序标号start处.png

8、jmp指令跳转到 code-1段的标号start处开始执行用户程序.png

代码说明

• phy_base dd 0x10000 : 用户程序目的地址的物理起始地址 寻址内存

物理地址 0x10000 
使用 【段地址:偏移地址 = 0x1000:0x0000】 来映射
---------------------------------------------------------------------------
完成计算 段地址 的代码片段
 mov ax,[cs:phy_base]
        mov dx,[cs:phy_base+0x02]
        mov bx,16   
        div bx                      ;物理地址0x10000 转换为 段地址0x1000
        mov ds,ax                   
        mov es,ax

• app_lba_start equ 100 : 用户程序源地址的起始LBA逻辑扇区号 寻址硬盘

28位 LBA 逻辑扇区号 100

0000   0000 0000   0000 0000   0000 0100
27~24  23~16        15~8       7~0 
----- DI ---------    -------- SI ----------

-------------------------------------------------------------
;以下读取程序的起始部分
        xor di,di                   ;28位起始逻辑扇区号的高12位
        mov si,app_lba_start        ;28位起始逻辑扇区号的低16位

• 设置起始的LBA扇区号

 ;设置起始的LBA扇区号
            inc dx          ; 0x1f3
            mov ax,si       
            out dx,al       ; LBA地址7~0

            inc dx          ; 0x1f4
            mov al,ah
            out dx,al       ; LBA地址15~8
            
            inc dx          ;0x1f5
            mov ax,di
            out dx,al       ; LBA地址23~16
            
            inc dx          ; 0x1f6
            mov al,0xe0     ; LAB 主硬盘
            or al,ah
            out dx,al

端口 0x1f6 的含义.png

《x86汇编语言：从实模式到保护模式》 第126页

• 查看硬盘状态

          ;查看状态
    .waits: 
            in al,dx        ; 0x1f7 [状态端口]
            and al,0x88     ; 1000 1000 保留 BSY ... DRQ...
            cmp al,0x08     ; 0x08 硬盘已准备好与主机交换
            jnz .waits

端口 0x1f7 部分状态位的含义.png

《x86汇编语言：从实模式到保护模式》 第127页

• 子程序 call read_hard_disk_0

子程序 
    call read_hard_disk_0

参数  
    di:si 是用户程序位于硬盘的源地址的[LBA逻辑扇区号]
    di : 28位起始逻辑扇区号的高12位
    si : 28位起始逻辑扇区号的低16位

    ds:bx 是用户程序将被送往内存的目的地址的[段地址:偏移地址]
    隐藏参数 ds
    bx : 固定初始化为0x0000，因为每一段的偏移地址都是从0x0000开始

疯狂Debug

• 两个文件，如果按照相同的行数输入相同的代码，编译出来的机器码连同行数都会一模一样的，但是这里虽然机器码相同，行数却不同，预感这里有一个BUG：果然把寄存器DX写成了寄存器AX;

  
  
  

  Debug.png

• phy_base dd 0x10000， 用的是dd 型数据，双字，4个字节；