kernel/kernel.asm

;By Marcus Xing
;/kernel/kernel.asm
;内核的入口，以及进行后续的一系列工作

;----------------------------------------------------------------------------EQU
Selector_Kernel_Flat_RW     equ 8           ;内核中GDT的FLAT_RW段选择子
Selector_Kernel_Flat_C      equ 16          ;内核中GDT的FLAT_C段选择子
Selector_TSS                equ 32          ;TSS的选择子
Selector_Kernel_Flat_C_16   equ 126 * 8     ;内核中GDT中的FLAT的16位段的选择子
Selector_Normal             equ 127 * 8     ;Normal描述符的选择子
LDT_Sel_Offset_Of_PCB       equ 72          ;PCB中LDT选择子在PCB的偏移
Stack_Frame_Top             equ 72          ;PCB的寄存器的最高地址，从进程切换到中断处理
                                            ;程序时候esp应该指向[p_Next_PCB + Stack_Frame_Top]

Save_Ret_Addr_Offset        equ 48          ;Save函数的返回地址在PCB的偏移
EAX_Offset                  equ 44          ;EAX寄存器在PCB的偏移
EOI                                         equ 20h
TSS_ESP0_OFFSET             equ 4           ;TSS结构ESP0字段的偏移

;-------------------------------------------------------------------------GLOBAL
global _start       ;默认入口点

;内中断处理函数导出
global Divide_Error
global Single_Step_Exception
global NMI
global Breakpoint_Exception
global Overflow
global Bounds_Check
global Inval_Opcode
global Copr_Not_Available
global Double_Fault
global Copr_Seg_Overrun
global Inval_TSS
global Segment_Not_Present
global Stack_Exception
global General_Protection
global Page_Fault
global Copr_Error

;外中断处理函数导出
global hw_00
global hw_01
global hw_02
global hw_03
global hw_04
global hw_05
global hw_06
global hw_07
global hw_08
global hw_09
global hw_10
global hw_11
global hw_12
global hw_13
global hw_14
global hw_15

;系统调用导出
global System_Call
global Prepare_To_Real_Mode

;-------------------------------------------------------------------------EXTERN
;各函数和变量的详细解释见include/proto.h和include/global.h
;FUNCTION
extern  Init_GDT
extern  Init_IDT
extern  GDT_Ptr
extern  IDT_Ptr
extern  Init_8259A
extern  Init_TSS
extern  Init_PCB
extern  Exception_Handler
extern  Hard_Int_Handler
extern  Disp_Str
extern  Delay
extern  Enable_IRQ
extern  Disable_IRQ
extern  Init_8253
extern  Init_Clock
extern  Init_Keyboard
extern  Init_All_TTY
extern  Memory_Copy

;VARIABLE
extern  d_Disp_Pos
extern  p_Next_PCB
extern  tss
extern  d_Flag_Reenter
extern  IRQ_Handler_Table
extern  System_Call_Handler_Table

;-------------------------------------------------------------------CODE_SEGMENT
[section .text]
[bits 32]

_start:
    pop dword [d_Disp_Pos]          ;把LOADER中的显示位置赋给KERNEL中的相应变量

    ;保存实模式下的IDTR和IMR的值
    sidt    [b6_Old_IDTR_Value]
    in  al,21h
    mov byte [b_Old_IMR],al

    ;复制保存下来的值到0:8000处
    push    Data_Len
    push    LABEL_DATA
    push    0x8000
    call    Memory_Copy
    add esp,12

    ;复制1M下的实模式代码到0:9000h处
    push    Code16_Len
    push    LABEL_ALREADY_REAL_MODE
    push    0x9000
    call    Memory_Copy
    add esp,12

    ;此时ds,es,fs,ss所指向的描述符还在LOADER,即GDT还在LOADER空间中
    call    Init_GDT                    ;初始化GDT,但尚未切换
    call    Init_8259A                  ;初始化8259a
    call    Init_IDT                    ;初始化IDT,但尚未切换

    ;此时GDT已经移动到内核中，内容和LOADER中的GDT是一样的，所以选择子和一样
    lgdt    [GDT_Ptr]                   ;加载入GDTR
    lidt    [IDT_Ptr]                   ;加载入IDTR

    ;使用设置在内核的FLAT_C段
    jmp Selector_Kernel_Flat_C:_GO_ON

_GO_ON:

    mov esp,Top_Of_Kernel_Stack ;堆栈顶指针也移动到内核空间中
    call    Init_TSS                    ;初始化TSS
    call    Init_PCB                    ;初始化PCB
    call    Init_8253                   ;初始化8253
    call    Init_Clock                  ;初始化时钟中断
    call    Init_Keyboard               ;初始化键盘中断
    call    Init_All_TTY                ;初始化所有的TTY

    ;加载入tr
    mov ax,Selector_TSS
    ltr ax

    jmp     Restart                     ;准备进入第一个进程

Restart:
    mov esp,[p_Next_PCB]                ;令esp指向将要执行的进程的PCB最低位置处，
                                        ;准备把PCB中的数据弹出
    ;加载进程的LDT选择子入ldtr
    lldt    [esp + LDT_Sel_Offset_Of_PCB]

    ;设置TSS的ESP0字段为当前进程PCB的寄存器栈的最高地址
    lea eax,[esp + Stack_Frame_Top]
    mov [tss + TSS_ESP0_OFFSET],eax

    ;重入进入，不切换进程
Reenter:
    dec dword [d_Flag_Reenter]  ;重入标志变量自减1
    ;当前进程的PCB的各寄存值POP出去
    pop fs
    pop gs
    pop es
    pop ds
    popad

    add esp,4       ;跳过save_ret_addr

    ;正式进入第一个进程
    iretd

;-------------------------------------------------------------INNER_INT_HANDLERS
;有些内中断有错误码，有些没有，没有的就压入
;0ffffffffh值来代替，以此保持一致
Divide_Error:
    push 0ffffffffh
    push 0
    jmp Exception
Single_Step_Exception:
    push 0ffffffffh
    push 1
    jmp Exception
NMI:
    push 0ffffffffh
    push 2
    jmp Exception
Breakpoint_Exception:
    push 0ffffffffh
    push 3
    jmp Exception
Overflow:
    push 0ffffffffh
    push 4
    jmp Exception
Bounds_Check:
    push 0ffffffffh
    push 5
    jmp Exception
Inval_Opcode:
    push 0ffffffffh
    push 6
    jmp Exception
Copr_Not_Available:
    push 0ffffffffh
    push 7
    jmp Exception
Double_Fault:
    push 8
    jmp Exception
Copr_Seg_Overrun:
    push 0ffffffffh
    push 9
    jmp Exception
Inval_TSS:
    push 10
     jmp Exception
Segment_Not_Present:
    push 11
    jmp Exception
Stack_Exception:
    push 12
    jmp Exception
General_Protection:
    push 13
    jmp Exception
Page_Fault:
    push 14
    jmp Exception
Copr_Error:
    push 0ffffffffh
    push 16
    jmp Exception
Exception:
;此时堆栈先后压入了eflags,cs,eip,error_code,int_vector
    call Exception_Handler  ;此函数用C写成，统一处理
    add esp,8
;清掉了error_code,int_vector
    jmp $
;   hlt

;---------------------------------------------------------------------------SAVE
;为下面的宏调用
Save:
    ;此时esp为当前进程PCB的寄存器栈
    ;的最高地址处

    ;保存各寄存器到当前进程的PCB中
    pushad
    push    ds
    push    es
    push    gs
    push    fs

    ;RING0下设置GDT下的段寄存器，注意bx被改变
    mov bx,Selector_Kernel_Flat_RW
    mov ds,bx
    mov es,bx

    mov esi,esp                         ;esi指向当前进程的PCB的最低地址处

    ;重入标志自增1后如果不等于0，则是发生了重入
    inc dword [d_Flag_Reenter]
    cmp dword [d_Flag_Reenter],0
    jne .1

    mov esp,Top_Of_Kernel_Stack         ;堆栈顶指针也移动到内核空间中

    push    Restart                     ;压入Restart,进程切换
    jmp [esi + Save_Ret_Addr_Offset]    ;回到调用Save的下一条语句

    ;中断重入就压入Reenter，此时已进入内核栈
.1:
    push    Reenter                     ;压入Reenter，进程不切换
    jmp [esi + Save_Ret_Addr_Offset]    ;回到调用Save的下一条语句

;--------------------------------------------------------------HARD_INT_HANDLERS
;初始化外中断处理程序的宏
%macro  hw  1
    ;保存寄存器值到当前进程的PCB等功能
    ;调用后下一条指令的地址入PCB的save_ret_addr字段
    call    Save

    ;通知8259A此次中断已结束
    mov al,EOI
    mov dx,20h
    out dx,al

    ;屏蔽当前向量号中断
    push    %1
    call    Enable_IRQ
    add esp,4

    sti     ;发生中断时CPU自动关中断，这里人为打开

    ;如果是时钟中断
    ;进程调度，中断重入不重入都调度，在函数内判断
    ;跳入相应的处理函数处理
    mov eax,IRQ_Handler_Table
    push    %1
    call    [eax + (%1 * 4)]        ;一个函数指针4字节
    add esp,4

    cli     ;准备返回进程前关中断

    ;恢复当前向量号中断
    push    %1
    call    Enable_IRQ
    add esp,4

    ret     ;准备返回
%endmacro

;以下都是宏的扩展
hw_00:
    hw  0       ;时钟中断处理程序
hw_01:
    hw  1
hw_02:
    hw  2
hw_03:
    hw  3
hw_04:
    hw  4
hw_05:
    hw  5
hw_06:
    hw  6
hw_07:
    hw  7
hw_08:
    hw  8
hw_09:
    hw  9
hw_10:
    hw  10
hw_11:
    hw  11
hw_12:
    hw  12
hw_13:
    hw  13
hw_14:
    hw  14
hw_15:
    hw  15

;--------------------------------------------------------------------System_Call
System_Call:
;由系统调用而进入到内核
;保存各寄存器的值到当前进程的PCB中
    call    Save

    ;压入2个参数，对于0，1号系统调用没有意义，而2号就有意义
    push    dword [p_Next_PCB]
    push    edx
    push    ecx
    push    edi

    sti             ;发生中断时CPU自动关中断，这里人为打开

    ;调用相应的处理函数
    call    [System_Call_Handler_Table + eax * 4]
    add esp,16      ;平衡堆栈

    ;返回值写到PCB的EAX处，进程恢复时使用，对于1，2号系统调用没意义
    mov [esi + EAX_Offset],eax

    cli     ;准备返回进程前关中断

    ret     ;准备返回

;------------------------------------------------------------------STACK_SEGMENT
;内核栈
[section .bss]
[bits 32]
LABEL_KERNEL_STACK_SPACE
    resb    2 * 1024
Top_Of_Kernel_Stack

;-----------------------------------------------------------Prepare_To_Real_Mode
[section .text]
[bits 32]
Prepare_To_Real_Mode:
    cli

    ;设置实模式下的8259A
    mov al,00010111b
    out 20h,al
    nop
    nop
    nop
    nop

    mov al,8h
    out 21h,al
    nop
    nop
    nop
    nop

    mov al,1h
    out 21h,al
    nop
    nop
    nop
    nop

    ;加载NORMAL描述符
    mov ax,Selector_Normal
    mov ds,ax
    mov es,ax
    mov gs,ax
    mov fs,ax
    mov ss,ax

    ;跳到16位代码段准备回到实模式
    jmp Selector_Kernel_Flat_C_16:LABEL_CODE16

;-------------------------------------------------------------------DATA_SEGMENT
;此段内容将被拷到0:8000h
[section .data]
[bits 32]
LABEL_DATA:
    ;sz_Clock_Int_Msg   db  '^',0
    b6_Old_IDTR_Value times 6   db  0       ;存放实模式下的IDTR值
    b_Old_IMR   db  0                       ;存放实模式下的IMR值
Data_Len    equ $ - LABEL_DATA

;------------------------------------------------------------------------Code_16
[section .text]
[bits 16]
LABEL_CODE16:
    ;关闭页表，切回实模式
    mov eax, cr0
    and eax, 7ffffffeh
    mov cr0, eax

    ;跳转到1M空间内执行，即交给下面这段代码执行
    jmp 0:9000h

;下面的代码将被拷到0:9000h处
LABEL_ALREADY_REAL_MODE:
    ;初始化实模式下各段寄存器
    mov ax,cs
    mov ds,ax
    mov es,ax
    mov ss,ax
    mov sp,7000h
    mov gs,ax
    mov fs,ax

    ;完成对8259A的设置
    mov al,[8006]
    out 21h,al
    lidt [8000]

    ;关闭 A20 地址线
    in  al, 92h
    and al, 11111101b
    out 92h, al

    ;设置一系列寄存器的初始值
    mov ax,0aa55h
    xor bx,bx
    xor cx,cx
    xor dx,dx
    xor bp,bp
    mov sp,0ffd6h
    mov si,3258h
    mov di,0ffach

    ;重启
    jmp 0ffffh:0

Code16_Len  equ $ - LABEL_ALREADY_REAL_MODE