实模式代码go_to_proteced_mode函数

3.4 实模式代码go_to_proteced_mode函数

main函数走到go_to_protected_mode，就是将告别实模式环境，进入保护模式了。保护模式（Protected Mode，或有时简写为 pmode）是一种 80286 系列和之后的 x86 兼容 CPU 操作模式。保护模式有一些新的特色，设计用来增强多功能和系统稳定度，像是内存保护，分页系统，以及硬件支援的虚拟内存。大部分的现今x86操作系统都在保护模式下运行，包含Linux、FreeBSD、以及微软 Windows 2.0 和之后版本。

 

注意，这里还是在实模式下，只不过是进入保护模式相关的代码。有关保护模式编程的详细介绍，请参考博客“保护模式编程”

 

看到main函数中的最后一行代码，注释上写的是激活保护模式，调用

go_to_protected_mode()函数，在linux/arch/x86/boot/pm.c中：

 

101/*  102 * Actual invocation sequence  103 */  104void go_to_protected_mode(void)  105{  106        /* Hook before leaving real mode, also disables interrupts */  107        realmode_switch_hook();  108  109        /* Enable the A20 gate */  110        if (enable_a20()) {  111                puts("A20 gate not responding, unable to boot.../n");  112                die();  113        }  114  115        /* Reset coprocessor (IGNNE#) */  116        reset_coprocessor();  117  118        /* Mask all interrupts in the PIC */  119        mask_all_interrupts();  120  121        /* Actual transition to protected mode... */  122        setup_idt();  123        setup_gdt();  124        protected_mode_jump(boot_params.hdr.code32_start,  125                            (u32)&boot_params + (ds() << 4));  126}

 

3.4.1 禁止可屏蔽和不可屏蔽中断

107行，调用realmode_switch_hook()函数。这个函数位于同一个文件中，内容如下：

 

18/*   19 * Invoke the realmode switch hook if present; otherwise   20 * disable all interrupts.   21 */   22static void realmode_switch_hook(void)   23{   24        if (boot_params.hdr.realmode_swtch) {   25                asm volatile("lcallw *%0"   26                             : : "m" (boot_params.hdr.realmode_swtch)   27                             : "eax", "ebx", "ecx", "edx");   28        } else {   29                asm volatile("cli");   30                outb(0x80, 0x70); /* Disable NMI */   31                io_delay();   32        }   33}

 

注释中写得很清楚了，这个函数的目的在于如果hdr参数的realmode_swtch字段被设置，则直接跳到对应的子程序中，一些bootloader程序用该子程序来抓住实模式下最后的执行代码的机会。否则关中断。我们看到header.S的第122行，realmode_swtch字段为0，即没有设置，所以函数直接到29行，执行cli指令关中断。有关x86相关的指令请参考博客“Intel 8086/8088 指令系统”

 

30行是全内核代码中第一次出现跟I/O低级函数，在博文“Linux I/O体系结构”有这些低级函数的介绍，这里讲这些函数的原型：

 

static inline void outb(u8 v, u16 port) {        asm volatile("outb %0,%1" : : "a" (v), "dN" (port)); }

 

其实这些低级I/O函数都在arch/x86/boot/Boot.h中定义，以后全代码的所有对这些函数的扩展，最后也都会走到这里，我们就只看outb的源代码，其他的类似。outb()函数就是对outb指令进行封装，将参数v的内容传输到参数port对应的端口中。那么30行的outb(0x80, 0x70)意思是将0x70端口对应接口内部寄存器的值置为0x80。

 

注意，Linux启动程序运行到此，还没有建立起内核I/O子系统，所有这里的I/O端口跟我们平常在/proc/ioports文件中查的I/O端口是不一样的。系统上电以后，BIOS程序把0x70号端口置为的不可屏蔽中断寄存器，NMI。

 

NMI (Non Maskable Interrupt)——不可屏蔽中断(即CPU不能屏蔽)，无论状态寄存器中 IF 位的状态如何，CPU收到有效的NMI必须进行响应。NMI中断类型号固定为2，它在被响应时无中断响应周期。不可屏蔽中断通常用于故障处理（如：协处理器运算出错，存储器校验出错，I/O通道校验出错等）。这里执行30行代码就是紧接着把这个NMI也给禁止掉。随后31行io_delay()函数，是对outb()函数的扩展：

 

static inline void io_delay(void) {        const u16 DELAY_PORT = 0x80;        asm volatile("outb %%al,%0" : : "dN" (DELAY_PORT)); }

 

是把0x80端口对应接口内部寄存器的值也置为0x80。我们知道，0x80其实是个空端口，所以这个io_delay函数的意义仅仅是对I/O端口执行一个空操作，以达到对CPU的I/O访问周期的延时工作。