构建自己的操作系统[1]－引导程序

 
    这几天一直在看Linux 0.11的内核，也在看国内一些小操作系统的代码，LearnOS，Pretty，Iris。。。。想集合它们的一些优点，先做出一个简单的内核。

    学习操作系统是我一直想法，以前都只是停留在比较肤浅的层面上，学了一些比较大的理论知识，对于底层一点的东西还是一无所知。下个学期有＜操作系统＞这门课，知道课上也不会有什么太细致的讲解的，大纲安排的实验也不会太深入。不过终于可以有一点时间来进行我自己的实验了:-)

    今天正式开始动手实践，写了一个实验性质的引导程序。
    以下引自＜谢煜波的实验报告＞
[quote]
首先，我要先说明一下计算机在你按下电源按钮后，计算机都做了什么
当你按下电源键的时候，同这个键相联的电线就会送出一个电信号给主板，主板将此电信号传给供电系统，供电系统开始工作，为整个系统供电，并送出一个电信号给BIOS，通知BIOS供电系统已经准备完毕。随后BIOS启动一个程序，进行主机自检，主机自检主要工作是确保系统的每一个部分都得到了电源支持，内存储器，主板上的其它芯片，键盘，鼠标，磁盘控制器及一些I/O端口正常可用，此后，自检程序将控制权还给BIOS。
 
接下来，BIOS开始启动操作系统。
BIOS将访问启动盘的第一个扇区（0磁道，1扇区，一共是512字节），BIOS将这第一扇区中的内容调入内存的0x7c00地址处，并开始执行它。这是启动系统的第一关，从此之后，系统就将控制权将给操作系统了，留下的事情就由你的程序来完成。
 
现在我们的任务就是写这样一个程序，系统将它称之为引导程序，用它来引导或说启动我们的计算机。它有如下两个特点：
1。大小只能是512字节，不能多一字节，也不能少一字节。因为BIOS只能读512字节的数据到内存中，多的部份BIOS不会理采
2。它必须以"55 AA"结尾，即最后两字节（511，512）必须是它们。这是引导区程序结束的标志，没有它BIOS不会将它作为引导程序看待。（我以前的程序没有执行，就是因为没有在这里写"55 AA"）
把这一程序放在磁盘的0磁道，1扇区里，这样，此磁盘就可以用来引导系统，而且是用的你自己做的引导程序！
 
在开始制作引导程序之前，先介绍一下怎样在Windows环境下进行这样的开发。
 
首先，需要一个实验环境，你当然可以就用真实的计算机，如果你有多台计算机的话，且不觉得麻烦的话。
这里我们使用虚拟机来进行实验，它与使用真实的计算机是一样的，不信待会儿你可以自己实验一下。
我用的是 MS Virtual PC，使用非常简单，这里就不多说了，它可以用一个1.44M大小的img文件，作为模拟软盘，因此，我们就只需把我们的引导程序写到一个img文件中，就如同写在了一张磁盘上面，就可以用它来引导系统。
启动虚拟机后，在Floopy菜单下，选Floopy Disk Image项，然后选到我们生成的那个img文件后，就可以了。
 
下面说说img文件的创建生成方法
要把引导程序写到这个1.44M的文件里面，我使用的是WinHex工具，它非常方便，可以直接通过拷贝完成二进制文件的写入，而且还可以创建指定大小的文件。
1.44M的img文件可以用WinHex来创建，点击新建按钮就行，大小输入1474560，单位字节。
到时后，把我们写的程序用WinHex打开，将其内容复制到生成的img文件下就行。
[/quote]
    讲启动过程讲得很细致，让我学到了不少知识。他的实验环境是在Windows下的，下面我说说Linux下实验环境的搭建。
   
    1   下载并安装一个虚拟机，我用的是VirtualBox
     2 VirtualBox的详细使用请参考它带的文档。在我们的img制作好了以后可以用虚拟机的Floppy进行启动引导
    3   下载Nasm汇编编译与链接器
   
    实验环境搭建好后就可以进行第一次实验了，一个最简单的引导程序。
    代码如下：

[ BITS 16 ]                         ;  生成16位的程序
[ ORG 0x7C00 ]                  ;  从偏移位置为0x7c00处开始执行

xor ax ,  ax
mov ds ,  ax
mov es ,  ax
call ShowMessage
jmp $                             ;  $ 代表此语句的地址，表示在此语句此进行无限循环

ShowMessage:
    mov ax ,  BootMsg
    mov bp ,  ax                 ;  ES:BP=字串地址
    mov cx ,   28                  ;  CX=字数
    mov ax ,  0x1301          ;  设置显示模式
    mov bx ,  0x000c         ;  BH=页数，BL=颜色属性
    mov dl ,   0                    ;  起始位置
    int 0x10
    ret

BootMsg: db  " Hello, world! I'am l0y0l ^^! "         ;  定义提示信息，l0y0l是我的操作系统的名字:-)
times  510  - ( $ - $$ ) db  0                                  ;  填充 0 以满足文件大小，凑够510字节
                     ;  $ 表示当前语句的地址，$$ 表示程序的起始地址
db 0x55 ,  0xaa                 ;  引导程序结束标志

    1  假设这个引导程序叫做"BootTester.asm"，使用命令nasm BootTester.asm -o BootTest生成二进制文件
    2  使用命令dd if=BootTest of=BootTest.img 制作img文件
    3  用虚拟机的软盘引导功能进行引导
 

    代码中用到那个int 0x10中断请参看一些汇编语言程序设计的书，比如＜IBM PC汇编语言程序设计＞。