2. Bochs工程概述

开源Bochs介绍

Bochs是一个用C++写的高移植性的开源IA-32架构的PC模拟器。它模拟了Intel x86 CPU，常见IO设备以及一个BIOS。当前， Bochs可以编译为模拟386，486，Pentium，Pentium Pro或AMD64 CPU，包括可选的MMX，SSESSE和3DNow!指令集。Bochs可以运行的操作系统包括Linux，DOS，Windows。

Bochs 可以使用不同的模式编译，有些还在开发之中。典型的应用就是提供了完整的x86 PC 模拟器，包括 x86 CPU、硬件设备以及存储器。

访问 Bochs 的网站 http://bochs.sourceforge.net 得到最新版本。

版本2.2.1源码组织

Bochs 有众多源码版本，每个版本又有对应不同编译器的工程。以下以 2.2.1 for VC++版本（Windows 平台编译）做介绍。

Bochs v2.2.1 总共有 300 多个源文件（.h 和.cpp）约 200,000 行代码，根目录下是 VC 工程文件(.dsp 和.dsw) 和一些全局头文件如 Bochs.h 和主函数 main 所在的 main.cpp。

根目录下有以下文件夹：

Bios 系统 BIOS 代码
Bx_debug Bochs 调试器的代码
Cpu 模拟 x86 CPU
Dasm 反汇编，用于 bochs 调试版本中
Docs-html Html 格式的部分文档
Doc 部分文档
Font VGA 字体点阵
Fpu 浮点处理器
Gui 图形界面，和 OS 相关
Instrument 辅助插件
Iodev IO 设备
Memory 模拟存储器源代码
Misc 一些其它的部件源代码

用 VC6.0 打开 bochs.dsw 工作区文件，可以看到工作区的结构：

整个 Bochs 工作区包括 12 个工程，其中有些工程编译产生 Bochs 辅助工具，如 bximage 编译产生 bximage.exe，该工具用来创建一个虚拟的硬盘。Bochs.exe 是由 bochs 工程编译生成的，它依赖于其它几个工程，依赖关系如下：

因此，在对 bochs 工程进行编译之前，先要编译 iodev, cpu, memory 等工程，生成相应的 lib 供使用。

工程类结构

Bochs 的绝大多数代码都是C++写出，因此具有很好的封装性，可读性也较强。所有的类继承于 logfunctions 的类，该类完成了简单的日志功能，方便调试时输出相关信息。所有的类中，三个主要类构成了 Bochs 的基石，它们是

BX_CPU_C －描述 CPU
BX_MEM_C －描述储存器
IO device 的一系列派生类

而描述 PC 系统板的类 bx_pc_system_c 将它们连接起来形成一台完整的 PC。

在 Bochs 中引入了绝大多数的标准 PC 外设，为了统一外设的接口，Bochs 为每一类设备定义了一个桩(stub)类，stub 中的虚函数提供统一接口，如存储器读写、I/O 读写等。这些虚函数的最终实现是由具体设备中的函数完成的。

主体框架结构分析

4.1 Bochs工程中的重要类

（1） VM控制台界面类

class BOCHSAPI bx_gui_c : public logfunctions

从 bx_gui_c 派生出：

bx_win32_gui_c
bx_svga_gui_c
bx_term_gui_c
bx_sdl_gui_c
bx_wx_gui_c
bx_rfb_gui_c
bx_nogui_gui_c
bx_macintosh_gui_c
bx_beos_gui_c
bx_amigaos_gui_c
bx_carbon_gui_c
bx_x_gui_c

config.h 中进行配置，选择一个控制台界面

#define BX_WITH_X11 0
#define BX_WITH_BEOS 0
#define BX_WITH_WIN32 1
#define BX_WITH_MACOS 0
#define BX_WITH_CARBON 0
#define BX_WITH_NOGUI 0
#define BX_WITH_TERM 0
#define BX_WITH_RFB 0
#define BX_WITH_AMIGAOS 0
#define BX_WITH_SDL 0
#define BX_WITH_SVGA 0
#define BX_WITH_WX 0

（2） CPU 模拟

类 BX_CPU_C 用来描述 CPU
class BOCHSAPI BX_CPU_C : public logfunctions

类 bxInstruction_c 定义一条指令，无基类

（3 ） Memory 模拟

类 BX_MEM_C

class BOCHSAPI BX_MEM_C : public logfunctions //memory/memory.h

变量

#if BX_PROVIDE_CPU_MEMORY==1  
    #if BX_SMP_PROCESSORS==1
        BOCHSAPI extern BX_MEM_C bx_mem; //外部全局变量
    #else
        BOCHSAPI extern BX_MEM_C *bx_mem_array[BX_ADDRESS_SPACES]; //对多处理器，使用内存组

    #endif /* BX_SMP_PROCESSORS */
#endif /* BX_PROVIDE_CPU_MEMORY==1 */

全局变量全局变量

BOCHSAPI BX_CPU_C bx_cpu;
BOCHSAPI BX_MEM_C bx_mem;

（4）．I/O device 模拟

1．Class bx_devices_c : public logfunctions

2．Class bx_devmodel_c : public logfunctions // iodev/iodev.h

派生类列表：

bx_busm_stub_c //bus mouse
bx_cmos_stub_c
bx_devmodel_c
bx_dma_stub_c
bx_floppy_stub_c
bx_hard_drive_stub_c
bx_keyb_stub_c
bx_ne2k_stub_c
bx_pci2isa_stub_c
bx_pci_ide_stub_c
bx_pci_stub_c
bx_pic_stub_c
bx_serial_stub_c
bx_speaker_stub_c
bx_usb_stub_c
bx_vga_stub_c

4.2 入口函数 main()及 Win32 Gui 初始化

Main.cpp 提供了宏定义用来选择编译器入口函数，默认的为 main：

入口函数选择

#if defined(__WXMSW__) WinMain() //使用wxWidgets/win32
#if !defined(__WXMSW__) main()

Main 函数：

int main (int argc, char *argv[])
{
    bx_startup_flags.argc = argc; //全局变量，类型BOCHSAPI，用于记录命令行参数
    bx_startup_flags.argv = argv;
    #if BX_WITH_SDL && defined(WIN32)
        // if SDL/win32, try to create a console window.
        RedirectIOToConsole ();
    #endif
        return bxmain ();
}

函数bxmain()
...
调用bx_init_siminterface(); //create the SIM object

{ …
SIM = new bx_real_sim_c();
…}
类 bx_real_sim_c 定 义 在 gui/simuinterface.cpp 中 ， 从 bx_simulator_interface_c 派生(gui/simuinterface.h)

Bochs的工作方式

和实际 CPU 的原理一样，Bochs 虚拟机 CPU 的运行方式为: 取指 -> 执行 -> 输出结果。CPU 复位后进入实模式, EIP = 0x0000FFF0; CS 的 cache 内的 Base= 0xFFFF0000, 两种相加得到 CS:EIP=0xFFFFFFF0, 该位置是 BIOS ROM 所在位置.用户程序从该处开始运行。进入CPU 循环后，除了取指和执行工作外，每次还要检测标志位，如果没有复位或退出命令, CPU循环将会一直进行下去。

Bochs虚拟机整个过程如下图所示:

2. Bochs工程概述

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