Linux-0.01 引导代码分析－head.s
head.s 通过编译链接的处理，同时被 boot.s 加载到保护模式零地址开始运行，在最后会调用 main 函数。
代码：
/* * head.s contains the 32-bit startup code. * * NOTE!!! Startup happens at absolute address 0x00000000, which is also where * the page directory will exist. The startup code will be overwritten by * the page directory. * 注意：启动程序在 0x00000000，同时这个地址也是页表的地址，在这个启动完成后，这里的程序与数据会被页表覆盖。 */ .code32 .text .globl idt, gdt, pg_dir, startup_32 pg_dir: startup_32: movl $0x10,%eax # 已经处于32 位保护模式，$0x10 是全局描述符表项的选择符 mov %ax,%ds mov %ax,%es mov %ax,%fs mov %ax,%gs lss stack_start,%esp # 设置系统堆栈：ss，esp，stack_start 在 kernel/sched.c, 40 行 call setup_idt # 设置中断描述符表 call setup_gdt # 设置全局描述符表 # 因为修改了gdt，所以需要重新装载所有的段寄存器 movl $0x10,%eax # reload all the segment registers mov %ax,%ds # after changing gdt. CS was already mov %ax,%es # reloaded in 'setup_gdt' mov %ax,%fs mov %ax,%gs lss stack_start,%esp xorl %eax,%eax # 测试A20 地址线是否已经开启,如果没有开启，内核无法使用大于 1M 的内存 # 采用的方法是向内存地址0x000000 处写入任意数值， # 检查 0x100000(1M) 处是否也是这个数值。 1: incl %eax # check that A20 really IS enabled movl %eax,0x000000 cmpl %eax,0x100000 je 1b # 向后寻找标号 # CR0 : http://en.wikipedia.org/wiki/Control_register movl %cr0,%eax # check math chip andl $0x80000011,%eax # Save PG,ET,PE testl $0x10,%eax # test MP 位 jne 1f # ET is set - 387 is present orl $4,%eax # else set emulate bit, EM 位 1: movl %eax,%cr0 jmp after_page_tables /*********************************setup_idt*******************************/ /* * setup_idt * * sets up a idt with 256 entries pointing to * ignore_int, interrupt gates. It then loads * idt. Everything that wants to install itself * in the idt-table may do so themselves. Interrupts * are enabled elsewhere, when we can be relatively * sure everything is ok. This routine will be over- * written by the page tables. */ /* * 下面这段是设置中断描述符表子程序 setup_idt * * 将中断描述符表idt 设置成具有256 个项，并都指向ignore_int 中断门。然后加载中断 * 描述符表寄存器(用lidt 指令)。真正实用的中断门以后再安装。当我们在其它地方认为一切 * 都正常时再开启中断。该子程序将会被页表覆盖掉。 */ setup_idt: lea ignore_int,%edx # 将 ignore_int 的有效地址（偏移值）存入到 edx 寄存器 movl $0x00080000,%eax # 将选择符 0x0008 置入 eax 的高16 位中 movw %dx,%ax /* selector = 0x0008 = cs # 偏移值的低16 位置入eax 的低16 位中。此时eax 含有门描述符低4 字节的值*/ movw $0x8E00,%dx /* interrupt gate - dpl=0, present */ lea idt,%edi # 将 idt 的有效地址存入 edi mov $256,%ecx # 循环计数 256,256 个表项 rp_sidt: movl %eax,(%edi) # 将 eax 的值存入 idt 的第一项的前32位 movl %edx,4(%edi) # 将 edx 的值存入 idt 的第一项的第二个32位 addl $8,%edi # 使 edi 指向 idt 的第二项 dec %ecx jne rp_sidt # 重复执行 lidt idt_descr # 设置中断描述符表 ret /*********************************setup_gdt*******************************/ /* * setup_gdt * * This routines sets up a new gdt and loads it. * Only two entries are currently built, the same * ones that were built in init.s. The routine * is VERY complicated at two whole lines, so this * rather long comment is certainly needed :-). * This routine will beoverwritten by the page tables. */ setup_gdt: lgdt gdt_descr # 设置全局描述附表 ret /**********************************************************************/ /* Linus 将内核的内存页表直接放在页目录之后，使用了2 个表来寻址8 Mb 的物理内存。 * 如果你有多于8 Mb 的内存，就需要在这里进行扩充修改。 */ # 每个页表长为4 Kb 字节，而每个页表项需要4 个字节，因此一个页表共可以存放1000 个表项， # 如果一个表项寻址4 Kb 的地址空间，则一个页表就可以寻址4 Mb 的物理内存。 # 页表项的格式为：项的前0-11 位存放一些标志，如是否在内存中(P 位0)、读写许可(R/W 位1)、 # 普通用户还是超级用户使用(U/S 位2)、是否修改过(是否脏了)(D 位6)等；表项的位12-31 是 # 页框地址，用于指出一页内存的物理起始地址。 # 从偏移0x1000 处开始是第1 个页表（偏移0 开始处将存放页表目录）。 /*********************************0x1000*******************************/ .org 0x1000 # 设置起始地址 pg0: /*********************************0x2000*******************************/ .org 0x2000 pg1: /*********************************0x3000*******************************/ .org 0x3000 pg2: # This is not used yet, but if you # want to expand past 8 Mb, you'll have # to use it. /*********************************0x4000*******************************/ .org 0x4000 after_page_tables: pushl $0 # These are the parameters to main :-) pushl $0 pushl $0 pushl $L6 # return address for main, if it decides to. pushl $main jmp setup_paging # 跳转到分页的设置代码 L6: jmp L6 # main should never return here, but # just in case, we know what happens. /*********************************default interrupt "handler"*******************************/ /* This is the default interrupt "handler" :-) */ .align 2 # 2字节对齐 ignore_int: incb 0xb8000+160 # put something on the screen movb $2,0xb8000+161 # so that we know something iret # happened /*********************************Setup_paging*******************************/ /* * Setup_paging * * This routine sets up paging by setting the page bit * in cr0. The page tables are set up, identity-mapping * the first 8MB. The pager assumes that no illegal * addresses are produced (ie >4Mb on a 4Mb machine). * * NOTE! Although all physical memory should be identity * mapped by this routine, only the kernel page functions * use the >1Mb addresses directly. All "normal" functions * use just the lower 1Mb, or the local data space, which * will be mapped to some other place - mm keeps track of * that. * * For those with more memory than 8 Mb - tough luck. I've * not got it, why should you :-) The source is here. Change * it. (Seriously - it shouldn't be too difficult. Mostly * change some constants etc. I left it at 8Mb, as my machine * even cannot be extended past that (ok, but it was cheap :-) * I've tried to show which constants to change by having * some kind of marker at them (search for "8Mb"), but I * won't guarantee that's all :-( ) */ /* * 这个子程序通过设置控制寄存器cr0 的标志（PG 位31）来启动对内存的分页处理功能， * 并设置各个页表项的内容，以恒等映射前8 MB 的物理内存。分页器假定不会产生非法的 * 地址映射（也即在只有4Mb 的机器上设置出大于4Mb 的内存地址）。 * 注意！尽管所有的物理地址都应该由这个子程序进行恒等映射，但只有内核页面管理函数能 * 直接使用>1Mb 的地址。所有"一般"函数仅使用低于1Mb 的地址空间，或者是使用局部数据 * 空间，地址空间将被映射到其它一些地方去 -- mm(内存管理程序)会管理这些事的。 * 对于那些有多于8Mb 内存的家伙 - 太幸运了，我还没有，为什么你会有?代码就在这里， * 对它进行修改吧。（实际上，这并不太困难的。通常只需修改一些常数等。我把它设置为 * 8Mb，因为我的机器再怎么扩充甚至不能超过这个界限（当然，我的机器很便宜的）。 * 我已经通过设置某类标志来给出需要改动的地方（搜索"8Mb"），但我不能保证作这些 * 改动就行了）。 */ # paging : http://en.wikipedia.org/wiki/Paging .align 2 setup_paging: movl $1024*3,%ecx # 0x1000=4096 byte=1024*32位, pg2 并没有使用，也没有在这里初始化。 xorl %eax,%eax # eax 清零 xorl %edi,%edi # edi 清零/* pg_dir is at 0x000 */ cld;rep;stosl # cld 设置传送方向，rep 重复 ecx 次，stos 将 eax 的值传送到 edi 所指向的内存 # 下面2 句设置页目录中的项，我们共有2 个页表所以只需设置2 项。 # 页目录项的结构与页表中项的结构一样，4 个字节为1 项。 # "$pg0+7"表示：0x00001007，是页目录表中的第1 项。 # 则第1 个页表所在的地址 = 0x00001007 & 0xfffff000 = 0x1000； # 第1 个页表的属性标志 = 0x00001007 & 0x00000fff = 0x07，表示该页存在、用户可读写。 movl $pg0+7,pg_dir /* set present bit/user r/w */ movl $pg1+7,pg_dir+4 /* --------- " " --------- */ # 下面6 行填写2 个页表中所有项的内容，共有：2(页表)*1024(项/页表)=2048 项(0 - 0xfff)， # 也即能映射物理内存 2048*4Kb = 8Mb。 # 每项的内容是：当前项所映射的物理内存地址 + 该页的标志（这里均为7）。 # 使用的方法是从最后一个页表的最后一项开始按倒退顺序填写。一个页表的最后一项在页表中的 # 位置是1023*4 = 4092。因此最后一页的最后一项的位置就是$pg3+4092。 movl $pg1+4092,%edi # 最后1 项对应物理内存页面的地址是0x7ff000， # 加上属性标志7，即为0xfff007. movl $0x7ff007,%eax /* 8Mb - 4096 + 7 (r/w user,p) */ std # 方向位置位，edi 值递减(4 字节)。 1: stosl /* fill pages backwards - more efficient :-) */ subl $0x1000,%eax # 每填写好一项，物理地址值减0x1000。 jge 1b # 如果大于等于零，向后跳转到 1 继续执行。 xorl %eax,%eax /* pg_dir is at 0x0000 */ # 页目录表在0x0000 处 movl %eax,%cr3 /* cr3 - page directory start */ # 设置启动使用分页处理（cr0 的PG 标志，位31） movl %cr0,%eax orl $0x80000000,%eax movl %eax,%cr0 /* set paging (PG) bit */ # 添上PG 标志 # 在改变分页处理标志后要求使用转移指令刷新预取指令队列，这里用的是返回指令ret。 # 该返回指令的另一个作用是将堆栈中的main 程序的地址弹出，并开始运行/init/main.c 程序。 # 本程序到此真正结束了。终于结束了该死的汇编代码！ ret /* this also flushes prefetch-queue */ /*********************************idt_descr*******************************/ .align 2 .word 0 idt_descr: .word 256*8-1 # idt contains 256 entries .long idt /*********************************gdt_descr*******************************/ .align 2 .word 0 gdt_descr: .word 256*8-1 # so does gdt (not that that's any .long gdt # magic number, but it works for me :^) /*********************************idt*******************************/ .align 8 idt: .fill 256,8,0 # idt is uninitialized # 256 项，每项8 字节，填0。 /*********************************gdt*******************************/ gdt: .quad 0x0000000000000000 /* NULL descriptor */ .quad 0x00c09a00000007ff /* 8Mb , 代码段*/ .quad 0x00c09200000007ff /* 8Mb , 数据段*/ .quad 0x0000000000000000 /* TEMPORARY - don't use */ .fill 252,8,0 /* space for LDT's and TSS's etc */