操作原理课设《CPU进入保护模式研究和编程实现》环境配置及编译示例程序

题目

仔细阅读《自己动手写操作系统》的前三章，作者于渊，电子工业出版社。前三章，熟悉初启过程的程序开发环境，编程过程。熟悉实模式，保护模式的概念。

1. 理解保护模式、特权级、页式内存概念。
2. 逐个编译和测试第三章的全部9个示例程序（编号pmtest1.asm ~ pmtest9.asm）
3. 在完全读懂程序的基础上，给pmtest5.asm~pmtest9.asm中的任意一个程序的源代码中写上详细的注释。注释要求：
   1)每个变量，每个宏，每个函数都要有注释
   2)每个函数或每段都要介绍起作用，介绍其进入和返回的参数或机制
   3)每个语句设置的位或域的含义或作用
   4)流程的介绍：循环，分支，跳转的条件等
   5)变量、宏、函数的引用处要说明声明和定义的出处，指明文件名和行号。
   说明：因为作者这本书出了第二版《ORANGE’S：一个操作系统的实现》,内容大致相同，且可读性更好，所以这里是依照第二版完成的环境配置
   个人环境说明：在VMware安装Ubuntu18.04

第一阶段：在虚拟机Ubuntu中安装bochs虚拟机

1.安装bochs所需环境：

i. Sudo apt-get install build-essential>
ii. Sudo apt-get install g++
iii. Sudo apt-get install xorg-dev
iv. Sudo apr-get install libgtk2.0-dev

2.进入 bochs 官网

下载地址：https://sourceforge.net/projects/bochs/files/下载bochs-2.6.11.tar.gz

3.解压该压缩包：tar vxzf bochs-2.6.11.tar.gz

4.执行configure脚本

进入解压后的文件夹bochs-2.6.11,执行configure脚本，来开启调试和反汇编功能。

sudo ./configure --enable-debugger --enable-disasm

5.安装bochs

在文件夹bochs-2.6.11内打开终端，执行

sudo make 2>>log.txt

	2>>log.txt是一个错误输出重定向，将报错输出到log.txt中)	

执行完检查一下log.txt 如果没有问题进行下一步

sudo make install 2>>log.txt

(我记得我在make install时有一个报错，但是我忘了是啥了，他没有在终端显示，但是确实（maybe）会影响后面的实验，百度一下吧应该不难…)

6.使用bochs创建一个软盘映象

在bochs-2.6.11文件夹内有一个文件bximage,在终端打开它：
输入./bximage

我们可以把生成的lalala.img拿出来，放到一个文件夹里(博主这里是MyOS)

7.将引导扇区写入软盘

还记得第一章的那个boot.asm文件吗？编译他生成boot.bin

将生成的boot.bin与lalala.img放在同一个文件夹下，如下

在这个文件夹里打开终端，输入命令写入软盘映像：
dd if=boot.bin of=lalala.img bs=512 count=1 conv=notrunc

boot.bin就是你刚刚编译boot.asm得到的，
lalala.img就是之前bximage生成的软盘映像。

8.编写配置文件bochsrc

(这一步很关键，不弄好的话错误很多)

###############################################################
#  Configuration file for Bochs
###############################################################

# how much memory the emulated machine will have
megs: 32

# filename of ROM images
romimage: file=/usr/local/share/bochs/BIOS-bochs-latest
vgaromimage: file=/usr/local/share/bochs/VGABIOS-elpin-2.40  
 
# what disk images will be used
floppya: 1_44=lalala.img, status=inserted

# choose the boot disk.
boot: floppy

# where do we send log messages?
log: bochsout.txt

# disable the mouse
mouse: enabled=0

# enable key mapping, using US layout as default.
keyboard:keymap=/usr/local/share/bochs/keymaps/x11-pc-us.map

我的bochsrc会和网上的大部分教程的不一样，但是检验标准就是你报不报错，以及你的这个文件目录是否有这个文件

①：教材上给的是romimage:
file=/usr/share/bochs/BIOS-bochs-lates，但是你可以打开自己的/usr/share/文件夹，发现并没有bochs文件夹更别说BIOS-bochs-lates了，而你打开/usr/local/share/bochs/就可以找到BIOS-bochs-latest。

②：这个值其实我也不太懂为什么是这个，但是一个教程里（https://www.iteye.com/blog/sy198704-1025037）写，他在官方给出的示例中看到是这个路径，于是我就这样子写了。（usr/local/share/bochs/文件夹里我尝试了其他两个文件，发现不能输出Hello
,OS world）

③：你上面生成的lalala.img

④：同①，你可以在该地址找到这个键盘文件

9.运行bochs -f bochsrc

输入6选择功能，会弹出一个窗口：
Hello，OS world！

另外，一些同学可能输入6后，出现bochs:1 这是处于bochs调试模式：
需要输入c,继续运行就可以了
附指令大全：

此外我们还可以：
nasm pmtest1.asm -o pmtest1.bin（先检查一下第8行地址应为07c00h）
dd if=pmtest1.bin of=lalala.img bs=512 count=1 conv=notrunc
bochs -f bochsrc
看到pmtest1.asm的效果，一个红色的P。

第二阶段：在虚拟机上安装freedos

但是作者并不喜欢上面那个方法，因为可能有个隐患，就是引导扇区空间有限，只有512个字节，如果我们的程序越来越大超过了512个字节这方法 就不灵了，所以我们得想个更好的方法。

1.安装freedos

从网站：http://bochs.sourceforge.net/diskimages.html下载freedos-img(需要挂梯子)
在解压之后，文件内有一个a.img,将他重命名为freedos.img,然后复制到我们的文件夹中（MyOS）

2.使用bximage重新生成一个软盘映像

自由命名，记住就可，这里我生成的是pm.img（移动到MyOS）

3.修改bochsrc（下面标红的地方修改了）

###############################################################
# Configuration file for Bochs
###############################################################

# how much memory the emulated machine will have
megs: 32

# filename of ROM images
romimage: file=/usr/local/share/bochs/BIOS-bochs-latest
vgaromimage: file=/usr/local/share/bochs/VGABIOS-elpin-2.40  
 
# what disk images will be used
floppya: 1_44=freedos.img, status=inserted
floppyb: 1_44=pm.img, status=inserted

# choose the boot disk.
boot: a

# where do we send log messages?
log: bochsout.txt

# disable the mouse
mouse: enabled=0

# enable key mapping, using US layout as default.
keyboard:keymap=/usr/local/share/bochs/keymaps/x11-pc-us.map

4.启动Bochs，待FreeDos启动完毕后格式化B:盘

输入：bochs -f bochsrc
输入：6
输入：c
在弹出的窗口上输入：format b:

关闭窗口

5.编译pmtest1.asm生成pmtest1.com

(先将第8行中的07c00h改为0100h)

nasm pmtest1.asm -o pmtest1.com

6.将pmtest1.com复制到虚拟软盘pm.img上：

（如果执行成功，什么也不会显示）

①sudo mount -o loop pm.img /mnt/floppy/
大概率报错mount point /mnt/floppy does not exist 就是说那个地方没有这个文件夹，创建一个就好： 进入mnt目录：sudo mkdir floppy

②sudo cp pmtest1.com /mnt/floppy/

③sudo umount /mnt/floppy

7.运行bochs

输入：bochs -f bochsrc
输入：6
输入：c
在弹出的窗口上输入：b:\pmtest1.com
可以看到窗口左侧出现了一个红色的P

8.之后运行建议

只需要编译pmtest2,3…9.asm---->pmtest2,3…9.com后

①sudo mount -o loop pm.img /mnt/floppy/ （执行一次）

②sudo cp pmtest2.com /mnt/floppy/
sudo cp pmtest3.com /mnt/floppy/
……
sudo cp pmtest9.com /mnt/floppy/

③sudo umount /mnt/floppy （执行一次）

运行结果：