Linux小型操作系统项目，《操作系统真象还原》第三章——完善MBR
前引
上一章我们完成了MBR的雏形编写，但是只打印了几个字符，这一章我们才要真正地去完成MBR的功能。
在完成MBR的功能之前我们要先了解一些知识，首先介绍什么是实模式。
书上的内容实在繁杂，简单地说，实模式没有虚拟和抽象这一概念，程序员写的代码，只要写清楚放在什么地方就是放在内存的什么地方，没有系统进行保护，其他程序可以轻松覆盖、内存对于程序员来说是可随意访问的。因此会有很大的操作隐患。但是电脑开机后是先进入实模式的，然后再进入保护模式，这之间的过渡即MBR的作用。
在上一章中BIOS建立了中断向量表，我们可以通过中断打印MBR几个字符；但是中断向量表只能在实模式下存在，等进入保护模式就不能运行了。所以我们需要换一种方式打印字符。
这种方式即直接通过CPU控制显卡的显存来操作显卡；CPU通过操作这部分内存，就可以通过显示器打印字符了；
显示器上每个字在内存中占2字节16位的内存，其中低八位是字符的ASCII码，高八位是控制字符颜色的；具体哪一位对应什么颜色可以搜索资料；
有了这些基础知识，我们就可以对上一章的MBR代码进行改造了；
MBR程序编写
代码逻辑：
1.指定vstart=0x7c00，告诉编译器本程序起始地址请帮我放到0x7c00处
2.查询调用BIOS清屏（后面会直接通过显卡实现）
3.指定段基址，gs=0xb800
4.死循环，填入MBR规定510字节大小剩下的0；固定结尾两字节0x55 和0xaa
;主引导程序
;
;LOADER_BASE_ADDR equ 0xA000
;LOADER_START_SECTOR equ 0x2
;------------------------------------------------------------
SECTION MBR vstart=0x7c00
mov ax,cs
mov ds,ax
mov es,ax
mov ss,ax
mov fs,ax
mov sp,0x7c00
mov ax,0xb800
mov gs,ax
; 清屏
;利用0x06号功能，上卷全部行，则可清屏。
; -----------------------------------------------------------
;INT 0x10 功能号:0x06 功能描述:上卷窗口
;------------------------------------------------------
;输入：
;AH 功能号= 0x06
;AL = 上卷的行数(如果为0,表示全部)
;BH = 上卷行属性
;(CL,CH) = 窗口左上角的(X,Y)位置
;(DL,DH) = 窗口右下角的(X,Y)位置
;无返回值：
mov ax, 0600h
mov bx, 0700h
mov cx, 0 ; 左上角: (0, 0)
mov dx, 184fh ; 右下角: (80,25),
; 因为VGA文本模式中，一行只能容纳80个字符,共25行。
; 下标从0开始，所以0x18=24,0x4f=79
int 10h ; int 10h
; 输出背景色绿色，前景色红色，并且跳动的字符串"1 MBR"
mov byte [gs:0x00],'1'
mov byte [gs:0x01],0xA4 ; A表示绿色背景闪烁，4表示前景色为红色
mov byte [gs:0x02],' '
mov byte [gs:0x03],0xA4
mov byte [gs:0x04],'M'
mov byte [gs:0x05],0xA4
mov byte [gs:0x06],'B'
mov byte [gs:0x07],0xA4
mov byte [gs:0x08],'R'
mov byte [gs:0x09],0xA4
jmp $ ; 通过死循环使程序悬停在此
times 510-($-$$) db 0
db 0x55,0xaa
当然，这并没有完，只是换了一个方式重新打印了MBR字符而已；下面我们要让MBR做一点实事了；即加载操作系统的loader（因为MBR程序被锁死了只有510字节，无法完成太多功能），为进入保护模式做准备；
简单地说，我们要用MBR这个加载器，去加载另一个加载器；另一个加载器（即loader）的功能是加载操作系统；
如何实现呢？我们需要在实模式下，用in 和out 这两个指令与磁盘的一些寄存器进行交互；
这里放一下书上的磁盘IO的寄存器表
操作磁盘的方式方法：
MBR程序再编写
1、include boot.inc ，这里面定义了loader在磁盘中的位置（磁盘2号扇区）和loader加载进内存后的位置（0x900）
2、vstart=0x7c00，告诉编译器将这段代码放到0x7c00
3、按照上面操作磁盘的方法将磁盘数据取出放到指定内存区域
4、跳转到loader位置
5、填充剩下的0，定义结尾0x55和0xaa
;------------- loader和kernel ----------
LOADER_BASE_ADDR equ 0x900
LOADER_START_SECTOR equ 0x2
;主引导程序
;------------------------------------------------------------
%include "boot.inc"
SECTION MBR vstart=0x7c00
mov ax,cs
mov ds,ax
mov es,ax
mov ss,ax
mov fs,ax
mov sp,0x7c00
mov ax,0xb800
mov gs,ax
; 清屏
;利用0x06号功能，上卷全部行，则可清屏。
; -----------------------------------------------------------
;INT 0x10 功能号:0x06 功能描述:上卷窗口
;------------------------------------------------------
;输入：
;AH 功能号= 0x06
;AL = 上卷的行数(如果为0,表示全部)
;BH = 上卷行属性
;(CL,CH) = 窗口左上角的(X,Y)位置
;(DL,DH) = 窗口右下角的(X,Y)位置
;无返回值：
mov ax, 0600h
mov bx, 0700h
mov cx, 0 ; 左上角: (0, 0)
mov dx, 184fh ; 右下角: (80,25),
; 因为VGA文本模式中，一行只能容纳80个字符,共25行。
; 下标从0开始，所以0x18=24,0x4f=79
int 10h ; int 10h
; 输出字符串:MBR
mov byte [gs:0x00],'1'
mov byte [gs:0x01],0xA4
mov byte [gs:0x02],' '
mov byte [gs:0x03],0xA4
mov byte [gs:0x04],'M'
mov byte [gs:0x05],0xA4 ;A表示绿色背景闪烁，4表示前景色为红色
mov byte [gs:0x06],'B'
mov byte [gs:0x07],0xA4
mov byte [gs:0x08],'R'
mov byte [gs:0x09],0xA4
mov eax,LOADER_START_SECTOR ; 起始扇区lba地址
mov bx,LOADER_BASE_ADDR ; 写入的地址
mov cx,1 ; 待读入的扇区数
call rd_disk_m_16 ; 以下读取程序的起始部分（一个扇区）
jmp LOADER_BASE_ADDR
;-------------------------------------------------------------------------------
;功能:读取硬盘n个扇区
rd_disk_m_16:
;-------------------------------------------------------------------------------
; eax=LBA扇区号
; ebx=将数据写入的内存地址
; ecx=读入的扇区数
mov esi,eax ;备份eax
mov di,cx ;备份cx
;读写硬盘:
;第1步：选择特定通道的寄存器，设置要读取的扇区数
mov dx,0x1f2
mov al,cl
out dx,al ;读取的扇区数
mov eax,esi ;恢复ax
;第2步：在特定通道寄存器中放入要读取扇区的地址，将LBA地址存入0x1f3 ~ 0x1f6
;LBA地址7~0位写入端口0x1f3
mov dx,0x1f3
out dx,al
;LBA地址15~8位写入端口0x1f4
mov cl,8
shr eax,cl
mov dx,0x1f4
out dx,al
;LBA地址23~16位写入端口0x1f5
shr eax,cl
mov dx,0x1f5
out dx,al
shr eax,cl
and al,0x0f ;lba第24~27位
or al,0xe0 ; 设置7～4位为1110,表示lba模式
mov dx,0x1f6
out dx,al
;第3步：向0x1f7端口写入读命令，0x20
mov dx,0x1f7
mov al,0x20
out dx,al
;第4步：检测硬盘状态
.not_ready:
;同一端口，写时表示写入命令字，读时表示读入硬盘状态
nop
in al,dx
and al,0x88 ;第4位为1表示硬盘控制器已准备好数据传输，第7位为1表示硬盘忙
cmp al,0x08
jnz .not_ready ;若未准备好，继续等。
;第5步：从0x1f0端口读数据
mov ax, di ;di当中存储的是要读取的扇区数
mov dx, 256 ;每个扇区512字节，一次读取两个字节，所以一个扇区就要读取256次，与扇区数相乘，就等得到总读取次数
mul dx ;8位乘法与16位乘法知识查看书p133,注意：16位乘法会改变dx的值！！！！
mov cx, ax ; 得到了要读取的总次数，然后将这个数字放入cx中
mov dx, 0x1f0
.go_on_read:
in ax,dx
mov [bx],ax
add bx,2
loop .go_on_read
ret
times 510-($-$$) db 0
db 0x55,0xaa
Loader程序编写检验MBR功能
然后我们随便写个loader检验MBR是否能成功运行
我就直接复制粘贴后面的loader打印字符程序了
%include "boot.inc"
section loader vstart=LOADER_BASE_ADDR
; 输出背景色绿色，前景色红色，并且跳动的字符串"1 MBR"
mov byte [gs:0x00],'2'
mov byte [gs:0x01],0xA4 ; A表示绿色背景闪烁，4表示前景色为红色
mov byte [gs:0x02],' '
mov byte [gs:0x03],0xA4
mov byte [gs:0x04],'L'
mov byte [gs:0x05],0xA4
mov byte [gs:0x06],'O'
mov byte [gs:0x07],0xA4
mov byte [gs:0x08],'A'
mov byte [gs:0x09],0xA4
mov byte [gs:0x0a],'D'
mov byte [gs:0x0b],0xA4
mov byte [gs:0x0c],'E'
mov byte [gs:0x0d],0xA4
mov byte [gs:0x0e],'R'
mov byte [gs:0x0f],0xA4
jmp $ ; 通过死循环使程序悬停在此
编译运行
用nasm编译我们的MBR程序和Loader程序
nasm -o mbr mbr.s -I include/
在include文件夹中放入我们的boot.inc
用dd命令将mbr写入磁盘0号分区，loader写入2号分区
dd if=loader of=/bochs/hd60M.img seek=2 bs=512 count=1 conv=notrunc