Linux0.12引导启动程序学习笔记（i386）

// 主题：Linux0.12引导启动程序学习笔记（i386）

// 作者：[email protected]

// 版权：kevinjz原创

// 平台：80386

// 发布日期：2011-09-03

// 最后修改：2011-09-03

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一、启动程序执行顺序

       ROMBIOS->bootsect.S->setup.S->head.s->main.c，其中head.s以及main.c共同称为system模块。其中bootsect.S位于磁盘的第一扇区，setup.S位于随后的4个扇区，system模块则占据随后的约260扇区。

二、bootsect.S：磁盘引导块程序

       该程序驻留在磁盘的第一扇区中。

       完成功能及顺序：

1、bootsect.S将被BIOS程序加载到内存的0X7C00处开始执行；

2、bootsect.S将自己移动到0X90000处执行，通过movw指令，移动了512个字节；

3、将es,ds,ss地址都设置为代码段所在地址0x90000，并将堆栈设置在：0x90000：0xfef4(因为setup.S将要放置在0x90200处，且占据4个扇区几512*4个字节，所以SP至少要被安排在大于0x200+0x200*4+堆栈大小-12（参数表长度）的地方即至少大于0x90A00+堆栈大小-12处。此处SP设置为0x9ff00-12即0x9fef4，满足要求)；

4、修改最大扇区数，方法是通过BIOS的0X1E中断将地址存于0x78处的原软驱参数（12字节）复制到0X90000:0XFEF4处，然后修改成最大18个扇区。最后再将新的软驱参数地址存入0x78(偏移)0x80（基地址）；

5、移动setup.S代码至0X90200处。方法是利用BIOS中断0X13，将第二扇区的setup.S程序移至0X90200开始处，共读取四个扇区的数据，读取出错则重启驱动器重试，没有退路。

6、显示”Loading+回车+换行”共九个字节，方法是使用BIOS的0X10中断，功能好ah=0x03来读取光标位置，在使用功能号ah=0X13来显示字符串；

7、将system模块加载至0X10000处；

8、确定使用哪个根文件系统（根设备）；

9、跳转至0X90200处执行setup.S程序；

三、setup.S程序

        该程序是一个操作系统加载程序。其主要功能是利用BIOS中断来读取及其系统数据，并将这些数据保存至0X90000处，将会覆盖bootsect.S的程序，这些参数将被内核相关程序使用。（包括光标位置、扩展内存数、硬盘参数表、根设备号等数据）。然后移动system模块至0x00000处，并加载IDT以及GDT，并进入开起保护模式，接着执行system模块的head.s程序。

完成功能及顺序：

1、使用BIOS中断，获取及其的系统参数，方法都类似，并将参数数据保存至0X90000。其中读取显卡信息的程序比较复杂，需要了解很多品牌显卡的参数才能明白；

2、加载完系统参数后，不再需要BIOS中断功能，所以可以将system模块移动到0X00000处，会覆盖掉BIOS设置的中断向量表。Linux0.12的system模块不会超过512kb，所以此处不会覆盖掉0X90000处保存的系统参数；

3、使用lidt以及lgdt指令从IDTR寄存器以及GDTR寄存器加载IDT以及GDT的基地址。其中IDT基地址为0X00000，限长也是0，所以现在的IDT是一个空表。GTD则设置为限长为0x800(256个表项，每个表项8字节)，基地址则位于0x90200+GDT表在本程序中的偏移（暂时不明）。GDT的内容则为第一个表项空，第二个表项偏移为0x08，内容为00c09a00000007ff，此段内核代码段；第二个表项的偏移同为0x08，内容为00c09200000007ff，此段为内核数据段；

4、开启A20地址线，以访问1M以上的内存。并需要对两个8259A进行编程，重新设置中断

5、置位CR0中的PE位，开起保护模式；

6、跳转至0X00000处执行system模块中的head.s程序；

四、  head.s程序

       该程序位于system最前面的开始部分，从磁盘的第六个扇区开始放置。该程序目前位于内存的0地址处。

完成功能和顺序：

1、将所有段指向GDT中的第二段：内核数据段，然后设置堆栈段；

2、重新设置IDT。此处将IDT设置成256项，每一项都指向ignore_int中断门，之后执行lidt；

3、重新设置GDT，此处仅仅将限长从8M改为16M。并重新加载全局描述符寄存器；

4、测试A20地址线是否正确启用。方法是在0X000000处写一个值，然后在0X100000处读取，看是否是同一个值，如果是则就一直比较，进入死循环，表示A20未开启；

5、检测数字协处理器是否存在。方法是修改CR0，假设数字协处理器存在，并执行一条协处理器指令，如果出错则表示不存在。则置位PP仿真位，复位PP存在位；

6、将main()函数的参数以及地址压入堆栈，以便设置完页表后使用RET指令跳转入main函数；

7、设置页目录、4个页表，一一对应物理内存。就是将页表项都填好，内容是地址+7，从最后一项开始填，每填一项填入地址减去0x1000；

8、将页目录地址0X0000填入CR3。

9、置位PG位，开启页保护；

10、执行RET指令，弹出之前最后PUSH入栈的main()地址，并跳转执行。