30天自制操作系统——第2天

操作系统实验日志

实验日期

2018/9/29

实验项目

第2天：汇编语言学习与Makefile入门

一、实验主要内容

（一）汇编

1、关键代码

 

      运行结果：

 

2、相关汇编指令的解释

指令	格式	含义
ORG指令	ORG    address	指定程序的装载地址
JMP指令	JMP    address	跳往指定地址执行
ADD指令	ADD r1,r2   ADD r,m ADD m,r    ADD r,data	加法指令，将两个操作数相加，m可以为[r]、[address],即寄存器r所存数据或地址address对应的内存区数据
CMP指令	CMP r,m  CMP r,data CMP m,r  CMP m,data	比较两个操作数的值，一般后面会跟一个条件跳转指令
JE指令	JE,address JE,函数名	条件跳转指令之一，即CMP中两个比较的数据相等时跳转到此指令中对应的地址address（也可以是函数名）处，若不等则执行该指令（JE）的下一条指令
INT指令	INT,address	软件中断之令，用来调用该地址对应的中断函数，执行INT时,CPU会自动将标志寄存器的值入栈
HFLT指令	HLT	让CPU停止动作进入待机状态
MOV指令	MOV r,m  MOV r1,r2  MOV m,r  MOV r,data	把源操作数送给目的操作数

3、相关寄存器

      （1）16位的寄存器

寄存器名	AX	CX	DX	BX	SP	BP	SI	DI
详细名称	累加 寄存器	计数 寄存器	数据 寄存器	基址 寄存器	栈指针寄存器	基址指针寄存器	源变址寄存器	目的变址寄存器

      （2）16位的段寄存器

寄存器名	ES	CS	SS	DS	FS	GS
详细名称	附加段寄存器	代码段寄存器	栈段寄存器	数据段寄存器	无名称	无名称

（二）启动区制作

 1、生成.bin和.lst文本文件来查看汇编代码翻译成机器语言的过程：

   ①修改之前的day2.nas文件：删除其他扇区部分有关的代码

   ②改造asm.bat文件中的输出文件的名字，改为day2.bin和day2.lst：

 

   ③另创建一个makeimg.bat文件，利用day2.bin生成day2.img映像文件：

启动区的字节数（此时程序刚好只用了1个扇区，每个扇区的大小为512字节）

2、打开!cons_nt.bat，输入asm->makeimg->run，依次生成day2.bin、day2.lst，day2.img文件，同时输出了运行的结果：

打开day2.bin文件，发现在地址0x000200之前的部分与day2.img文件无异，但0x00200之后，day2.bin没有其他信息，而day2.img全为0x00，如下：

day2.lst文件如下：

 

（三）Makefile

部分内容如下：

解释：

1、“#”：表示注释，注释内容以换行符结束，如果其它地方用到‘#’要用双引号引用；

2、“\”：续行符号，表示这一行写不下跳转到下一行继续写；

3、格式规则：即指定多个目标并能够根据每个目标名构造对应的依赖名的规则。

格式规则的语法格式：

targets...  : 

[tab]commands

Target：生成的目标文件，必写；

prerequisites：前置条件，，生成目标文件时，会先检查源文件是否准备好了，若准备好了Make工具就执行下一行（即命令行）；

[tab]：tab键，每个命令行必须以tab键为首，"前置条件"和"命令"都是可选的，但是两者之中必须至少存在一个。

4、命令行的书写

-r:如果一个规则中的某个命令出错了（命令退出码非零），那么make就会终止执行当前规则，这将有可能终止所有规则的执行，为了忽略命令的出错，我们可以在Makefile的命令行前（在Tab键之后）加一个减号“-”，标记为不管命令出不出错都认为是成功的。“-r”表示禁止使用预定义的隐含规则，同时也清除了缺省的后缀列表和后缀规则。注意缺省的变量仍然有效。

-C dir ：在读入makefile之前，把路径切换到dir下。

-del file:删除文件file

二、遇到的问题及解决方法

问题一：

运行时出现下图情况：

分析和处理过程：

查看Makefile中第13行的代码并与原作者的代码进行对比：

本人的内容：                                                                   《30天自制操作系统》作者的内容：

                 

可以看到书写内容并无区别，于是排除了书写出错的问题，但发现将作者的代码复制过去时，若不复制前面的空格，则仍会报错，只有将前面的空格部分一同复制过去时，运行时才不会报错，于是得出结论：代码前面的空格不符合书写规定。

那为什么会不对呢？之前《30天自制操作系统》作者介绍notepad++时，介绍了一些基本设置即settings->preference->languages，里面提到有tab size:4，如下：

于是在上网查找了tab键和空格键的相关信息，如下：

不同编辑器的Tab键大小设置不一样，在本实验中代表4个空格（4个字符）， 有时在其他电脑下tab键默认为8个空格；如果使用空格代替Tab，就不会有这个问题，因为空格的数量是不会变化的。

一般编程时尽量使用空格键而不使用tab键，以免用不同的编辑器阅读程序时，因TAB键所设置的空格数目不同而造成程序布局不整齐，不要使用BC作为编辑器合版本，因为BC会自动将8个空格变为一个TAB键，因此使用BC合入的版本大多会将缩进变乱。

在网上查找结果都表明尽量用空格键代替tab键，可是我发现用tab键来替换4个空格就能成功运行而直接使用4个空格时就出错，并且若在上图中勾选“Replace by space”，则所有新产生的Tab都会自动转换成对应的空格数（原先已经存在的Tab并不会因为该选项而自动转换成空格）来代替Tab，这种情况下使用tab键时，也会报错，那这是为什么呢？

本人猜测：会不会tab键还有其他的功能时空格键无法替代的？还是Makefile文件的行首不能有空格？于是我又在网上查找tab键的其他功能，得到的结果如下：（参考网址：http://www.mamicode.com/info-detail-1389887.html）

即在Makefile文件中，命令行行首必须使用tab，否则会报错。

解决方法：

所有的命令行的行首全用tab来替换之前写下的4个空格（后来在网上直接用“*** missing separator”搜索时就有许多解释和解决办法，一开始就没想过这茬儿，自己一个劲儿地瞎分析【狗头】）。

三、程序设计创新点

1、创新点以及关键代码

对汇编代码进行改写使屏幕显示出一个皮卡丘图案，关键代码如下：

在汇编代码中，实现在屏幕上显示字符的代码部分如上，我们要改变显示的内容只需设计好图案皮卡丘对应的ASCII码以及相应的排版即可。由于在0x7dfe和0x7dff处输入0x55和0xaa来结束对磁盘中这一扇区的操作，且在这地址0x7dfez之前我们必须保证：（1）信息显示部分最多可以有约400字节；（2）除了信息显示部分，剩下部分用0x00填充。这样计算机才能检测到相应的扇区且不会 出错。

结果截图：

四、实验心得体会

感觉这一次的实验不算很难，主要了解到了一些汇编知识，比如8个16位寄存器和8个16位段寄存器，也了解到了一些常用的基本的汇编指令的应用如加法指令ADD、比较指令CMP等，但我印象最深的是待机指令HLT，在之前学习汇编的时候似乎也很少见，感觉这个指令特别有用，可以让CPU不用不停地去执行JMP指令进入睡眠状态，可以节省很多电。