自制操作系统笔记-第2章

helloos.nas节选

　　ORG 0x7c00　　;指明程序的装载地址
;以下记述用于标准FAT12格式软盘

JMP entry ; 0xeb, 0x4e,
DB 0x90 ; 0x90

DB "HELLOIPL" ;引导扇区（启动区）的名称(8字节)
DW 512 ;一个扇区（sector)的大小(必须是512字节)
DB 1 ; 簇（cluster)的大小（必须是1个扇区）
DW 1 ; FAT的起始位置（一般从第1扇区开始）
DB 2 ; FAT个数(必须为2)
DW 224 ; 根目录的大小(一般为224项)
DW 2880 ; 此驱动器的大小(必须为2880扇区)
DB 0xf0 ; 磁盘种类(必须为0xf0)
DW 9 ; FAT的长度(必须为9个扇区)
DW 18 ; 1个磁道（track)有几个扇区（必须是18）
DW 2 ; 磁头数（必须为2）
DD 0 ; 这里不使用分区,必须是0
DD 2880 ; 再写一次这个驱动器的大小
DB 0,0,0x29 ; 虽然不太清楚，但按这个值做就好。
DD 0xffffffff ; 大概是卷标号码
DB "HELLO-OS " ; 磁盘名称(11字节)
DB "FAT12 " ; 格式名称(8字节)
RESB 18 ; 暂且空开18字节

;程序核心

entry:

　　MOV AX, 0　　;初始化寄存器
　　MOV SS, AX 
　　MOV SP, 0x7c00
　　MOV DS, AX
　　MOV ES, AX
　　MOV SI, msg

putloop:

　　MOV AL, [SI]
　　ADD SI, 1　　;给SI加1
　　CMP AL, 0
　　JE fin
　　MOV AH, 0x0e　　;显示一个文字
　　MOV BX, 15     ;指定字符颜色白色
　　INT 0x10　　;调用显示BIOS
　　JMP putloop

fin:
　　HLT 　　;让CPU停止，等待指令
　　JMP fin　　;无限循环


msg:
　　DB 0x0a, 0x0a　　;换行两次
　　DB “hello, world"

　　DB 0x0a　　　　;换行
　　DB 0

　　　　RESB 0x7dfe-$ ; 填写0x00直到0x7dfe，书上写的是0x1fe,光盘代码里是0x7dfe，而7dfe这个实测可以，所以这里就写7dfe了，0x1fe转为十进制是510，而0x7dfe转为十进制为32254

　　　　DB 0x55, 0xaa

; 以下是启动区以外的输出

DB 0xf0, 0xff, 0xff, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00
RESB 4600
DB 0xf0, 0xff, 0xff, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00
RESB 1469432

ORG 源于英文origin ，源头、起点，把程序装载到内存中的指定地址。有了它，$符的含义就随之变化，不再是输出文件的第几个字节，而代表将要读入的内存地址。

JMP 源于英jump，即跳转，用法：

JMP 标签名

MOV 源于英文move,意为移动，功能为赋值，非常重要，理解了它就理解了汇编语言的一大半。

MOV AX,0 相当于 AX=0;

MOV SS,AX 相当于 SS=AX;

执行MOV SS,AX后，AX的值不变

CPU里有一种名为寄存器的存储电路，相当于机器语言中的变量，具有代表性的有以下8个：

AX accumulator 累加寄存器，用来进行各种计算为分AH AL
CX counter 计数寄存器，为方便计数分为 CH CL
DX data 数据寄存器,分为DH DL
BX base 基址寄存器，适合做为计算内存地址的基点分为 BH BL
SP stack pointer 栈指针寄存器
BP base pointer 基址指针寄存器
SI source index 源变址寄存器
DI destination index 目的变址寄存器

这些都是16位寄存器，这个顺序是按机器语言中寄存器的编号顺序排列的，X表示扩展(extend)，因为之前CPU寄存器是8位的，后来变为16位，所以在寄存器名后面加个X，

在16位寄存器名字前面加上一个E（源于Extend）就是32位寄存器的名字了：EAX,ECX,EDX,EBX,ESP,EBP,ESI,EDI。

EAX的32位中的低16位是与AX共用的，而高16位没有名字也没有编号。

32位CPU也只能存储32字节，（32/8=4字节，4字节/寄存器*8个寄存器=32字节）。

CPU里还有6个16位的段寄存器：

ES 附加段寄存器 extra segment
CS 代码段寄存器 code segment
SS 栈段寄存器 stack segment
DS 数据段寄存器 data segment
FS 没有名称 segment part2
GS 没有名称 segment part3

MOV SI,msg ?

JMP entry , entry是标号，每个标号对应的数字由汇编语言编译器根据ORG指令计算出来的，“标号的地方对应的内存地址”就是标号的值。书中例子entry 相当于0x7c50。

MOV AX,entry 会把0x7c50代入到AX寄存器里。

MOV AL, [SI] 方括号代表内存，

对CPU来说，内存是外部存储器，CPU与内存之间的电信号交换，不仅为了存取数据，程序本身也在内存里。程序必须放在内存里。CPU在执行机器语言时，必须从内存中一个命令一个命令的读取程序，顺序执行。

MOV 指令的数据传送源和传送目的地不仅可以是寄存器或常数，也可以是内存地址。这时我们就用[]表示内存地址。

BYTE,WORD,DWORD都是汇编语言保留字。

MOVE BYTE [678],123 用内存的678号地址来保存“123”这个数值。即在内存地址678号存储01111011（即123）;

MOVE WORD [678],123 将123转为0000 0000 0111 1011，将0111 1011存到内存地址678号中，将0000 0000 存到内存地址679中。

汇编语言里指定内存地址时，要用下面方式：

数据大小 [地址]

数据大小为BYTE，使用的存储单元就只是地址所指定的字节，为WORD则相邻的一个字节也会成为这个指令的操作对象。如果为DWORD，则相邻的三个字成为操作对象。相邻指地址增加的方向的相邻。

内存地址的指定方法，不仅可以使用常数，还可使用寄存器，如 BYTE [SI]、WORD [BX]

只有BX,BP,SI,DI这几个寄存器可以用来指定内存地址，（因为CPU没有对应的电路，也就是没有对应的机器语言），所以想把DX内存里的内容赋值给AL的时候，这样写：

MOV BX, DX

MOV AL, BYTE [BX]

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MOV指令有个规则，即源数据和目的数据必须位数相同，即向AL里代入的也只有BYTE,那就可以省略BYTE，

MOV AL, BYTE [SI] 可简写为 MOV AL [SI]

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ADD 加法指令，ADD SI,1 就相当于 SI=SI+1.

CMP 比较指令（compare)，即if语句的一部分，如if(a ==3) { ... }，对a和3比较，翻译成汇编语言必须先写CMP a,3 告诉CPU比较的对象，然后下一步再写“如果二者相等需要做什么”。

JE是条件跳转指令之一（jump if equal)，即根据比较结果决定是否跳转，如相等则跳转到指定地址，否则继续执行下一条指令。

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INT是软件中断指令（interrupt，中途打断)。暂时先看作一个函数调用。

INT 0x10 ，INT后面是个数字，使用不同数字可以调用不同函数，0x10即16号函数，功能是控制显卡。

https://wenku.baidu.com/view/9be1ae2cabea998fcc22bcd126fff705cc175c1d.html 查询BIOS 的中断相关信息，得知：

AH=0x0e; （有的地方也写做0EH ,H表示HEX，十六进制)
AL=字符;
BH=0; （页码）
BL=color code; (需图形模式)
返回值: 无
注： beep、back space、CR、LF都会被当做控制字符处理

所以，按这里所写的步骤往寄存器里代入各种值，再调用 INT 0x10，就能顺利在屏幕上显示一个字符。目前颜色只能是白色。

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HLT 让CPU停止动作的指令（halt 停止），并不是彻底停止（除非断电），而是让CPU进入待机状态，只要外部发生变化，如按键，动鼠标CPU就会醒来，

fin:
    HLT 
    JMP fin

所以，这里有没有HLT都会是无限循环，但是如果没有HLT，CPU就会不信的执行JMP指令，

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用C语言改写后的helloos.nas程序节选：

entry:

　　AX = 0;

　　SS = AX;

　　SP =  0x7c00;

　　DS = AX;

　　ES = AX;

　　SI = msg;

putloop:

　　AL = BYTE [SI];

　　SI = SI + 1;

　　if( AL == 0 )  { goto fin; }

　　AH = 0x0e;

　　BX = 15;

　　INT = 0x10;

　　goto putloop;

fin:

　　HLT;

　　goto fin;

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内存最开始0号地址是BIOS程序用来实现各种功能的地方，不能随便用。内存0xf0000号地址附件还存放着BIOS程序本身，也不能使用。还有其它地方也不能用，

0x00007c00-0x00007dff　：启动区内容的装载地址

程序中ORG指令的值就是这个数。所以程序才能正常运行。（这个数就是规定）

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projects/02_day/helloos4 下的文件说明：

!cons_*.bat 打开命令行窗口的批处理
asm.bat 汇编编译批处理，调用了 ..\z_tools\nask.exe
helloos.img 最后生成的磁盘镜像文件
ipl.bin 汇编编译器..\z_tools\nask.exe 生成的二进制文件
ipl.lst 汇编编译生成的输出列表文件，是个文本文件，可以简单的确认每个指令是怎么翻译成机器语言的。
ipl.nas 启动程序的汇编源代码
install.bat 将镜像写入软盘，没有软驱，现在用不上
makeimg.bat 利用 ..\z_tools\edimg.exe ，将bin文件写入并生成镜像文件helloos.img
run.bat 将镜像复制到模拟器qemu的文件夹，然后打开模拟器

执行步骤： !con* ->asm ->makeimg -> run

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Makefile工具

利用z_tools/make.exe ，位于tolset/z_new_w文件夹中，调用它的批处理文件 make.bat:

..\z_tools\make.exe %1 %2 %3 %4 %5 %6 %7 %8 %9

执行make.exe时，会在执行命令时的当前文件夹下找Makefile这个文件，按钮其内容执行，其内容如下：

#默认操作
default :
	../z_tools/make.exe img

# 文件生成规则

ipl.bin : ipl.nas Makefile
	../z_tools/nask.exe ipl.nas ipl.bin ipl.lst

helloos.img : ipl.bin Makefile
	../z_tools/edimg.exe   imgin:../z_tools/fdimg0at.tek \
		wbinimg src:ipl.bin len:512 from:0 to:0   imgout:helloos.img

# 命令

asm :
	../z_tools/make.exe -r ipl.bin

img :
	../z_tools/make.exe -r helloos.img

run :
	../z_tools/make.exe img
	copy helloos.img ..\z_tools\qemu\fdimage0.bin
	../z_tools/make.exe -C ../z_tools/qemu

install :
	../z_tools/make.exe img
	../z_tools/imgtol.com w a: helloos.img

clean :
	-del ipl.bin
	-del ipl.lst

src_only :
	../z_tools/make.exe clean
	-del helloos.img

后面直接使用这个Makefile工具来编译，生成IMG镜，运行

make asm 编译nas文件为bin文件

make img 将bin文件写入Img文件，默认动作，执行make即 make img

make run 在模拟器上运行img文件

make clear 删除最终结果外的一切中间文件： ipl.bin和ipl.lst

make src_only 删除源代码外的所有： ipl.bin和ipl.lst 和 helloos.img

以上内容放在projects/02_day/helloos5/

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自制操作系统笔记-第2章

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