%include "boot.inc" section loader vstart=LOADER_BASE_ADDR LOADER_STACK_TOP equ LOADER_BASE_ADDR ;构建gdt及其内部的描述符 GDT_BASE: dd 0x00000000 dd 0x00000000 CODE_DESC: dd 0x0000FFFF dd DESC_CODE_HIGH4 DATA_STACK_DESC: dd 0x0000FFFF dd DESC_DATA_HIGH4 VIDEO_DESC: dd 0x80000007 ; limit=(0xbffff-0xb8000)/4k=0x7 dd DESC_VIDEO_HIGH4 ; 此时dpl为0 GDT_SIZE equ $ - GDT_BASE GDT_LIMIT equ GDT_SIZE - 1 times 60 dq 0 ; 此处预留60个描述符的空位(slot) SELECTOR_CODE equ (0x0001<<3) + TI_GDT + RPL0 ; 相当于(CODE_DESC - GDT_BASE)/8 + TI_GDT + RPL0 SELECTOR_DATA equ (0x0002<<3) + TI_GDT + RPL0 ; 同上 SELECTOR_VIDEO equ (0x0003<<3) + TI_GDT + RPL0 ; 同上 ; total_mem_bytes用于保存内存容量,以字节为单位,此位置比较好记。 ; 当前偏移loader.bin文件头0x200字节,loader.bin的加载地址是0x900, ; 故total_mem_bytes内存中的地址是0xb00.将来在内核中咱们会引用此地址 total_mem_bytes dd 0 ;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;; ;以下是定义gdt的指针，前2字节是gdt界限，后4字节是gdt起始地址 gdt_ptr dw GDT_LIMIT dd GDT_BASE ;人工对齐:total_mem_bytes4字节+gdt_ptr6字节+ards_buf244字节+ards_nr2,共256字节 ards_buf times 244 db 0 ards_nr dw 0 ;用于记录ards结构体数量 loader_start: ;------- int 15h eax = 0000E820h ,edx = 534D4150h ('SMAP') 获取内存布局 ------- xor ebx, ebx ;第一次调用时，ebx值要为0 mov edx, 0x534d4150 ;edx只赋值一次，循环体中不会改变 mov di, ards_buf ;ards结构缓冲区 .e820_mem_get_loop: ;循环获取每个ARDS内存范围描述结构 mov eax, 0x0000e820 ;执行int 0x15后,eax值变为0x534d4150,所以每次执行int前都要更新为子功能号。 mov ecx, 20 ;ARDS地址范围描述符结构大小是20字节 int 0x15 jc .e820_failed_so_try_e801 ;若cf位为1则有错误发生，尝试0xe801子功能 add di, cx ;使di增加20字节指向缓冲区中新的ARDS结构位置 inc word [ards_nr] ;记录ARDS数量 cmp ebx, 0 ;若ebx为0且cf不为1,这说明ards全部返回，当前已是最后一个 jnz .e820_mem_get_loop ;在所有ards结构中，找出(base_add_low + length_low)的最大值，即内存的容量。 mov cx, [ards_nr] ;遍历每一个ARDS结构体,循环次数是ARDS的数量 mov ebx, ards_buf xor edx, edx ;edx为最大的内存容量,在此先清0 .find_max_mem_area: ;无须判断type是否为1,最大的内存块一定是可被使用 mov eax, [ebx] ;base_add_low add eax, [ebx+8] ;length_low add ebx, 20 ;指向缓冲区中下一个ARDS结构 cmp edx, eax ;冒泡排序，找出最大,edx寄存器始终是最大的内存容量 jge .next_ards mov edx, eax ;edx为总内存大小 .next_ards: loop .find_max_mem_area jmp .mem_get_ok ;------ int 15h ax = E801h 获取内存大小,最大支持4G ------ ; 返回后, ax cx 值一样,以KB为单位,bx dx值一样,以64KB为单位 ; 在ax和cx寄存器中为低16M,在bx和dx寄存器中为16MB到4G。 .e820_failed_so_try_e801: mov ax,0xe801 int 0x15 jc .e801_failed_so_try88 ;若当前e801方法失败,就尝试0x88方法 ;1 先算出低15M的内存,ax和cx中是以KB为单位的内存数量,将其转换为以byte为单位 mov cx,0x400 ;cx和ax值一样,cx用做乘数 mul cx shl edx,16 and eax,0x0000FFFF or edx,eax add edx, 0x100000 ;ax只是15MB,故要加1MB mov esi,edx ;先把低15MB的内存容量存入esi寄存器备份 ;2 再将16MB以上的内存转换为byte为单位,寄存器bx和dx中是以64KB为单位的内存数量 xor eax,eax mov ax,bx mov ecx, 0x10000 ;0x10000十进制为64KB mul ecx ;32位乘法,默认的被乘数是eax,积为64位,高32位存入edx,低32位存入eax. add esi,eax ;由于此方法只能测出4G以内的内存,故32位eax足够了,edx肯定为0,只加eax便可 mov edx,esi ;edx为总内存大小 jmp .mem_get_ok ;----------------- int 15h ah = 0x88 获取内存大小,只能获取64M之内 ---------- .e801_failed_so_try88: ;int 15后，ax存入的是以kb为单位的内存容量 mov ah, 0x88 int 0x15 jc .error_hlt and eax,0x0000FFFF ;16位乘法，被乘数是ax,积为32位.积的高16位在dx中，积的低16位在ax中 mov cx, 0x400 ;0x400等于1024,将ax中的内存容量换为以byte为单位 mul cx shl edx, 16 ;把dx移到高16位 or edx, eax ;把积的低16位组合到edx,为32位的积 add edx,0x100000 ;0x88子功能只会返回1MB以上的内存,故实际内存大小要加上1MB .mem_get_ok: mov [total_mem_bytes], edx ;将内存换为byte单位后存入total_mem_bytes处。 ;----------------- 准备进入保护模式 ------------------- ;1 打开A20 ;2 加载gdt ;3 将cr0的pe位置1 ;----------------- 打开A20 ---------------- in al,0x92 or al,0000_0010B out 0x92,al ;----------------- 加载GDT ---------------- lgdt [gdt_ptr] ;----------------- cr0第0位置1 ---------------- mov eax, cr0 or eax, 0x00000001 mov cr0, eax jmp dword SELECTOR_CODE:p_mode_start ; 刷新流水线，避免分支预测的影响,这种cpu优化策略，最怕jmp跳转， ; 这将导致之前做的预测失效，从而起到了刷新的作用。 .error_hlt: ;出错则挂起 hlt [bits 32] p_mode_start: mov ax, SELECTOR_DATA mov ds, ax mov es, ax mov ss, ax mov esp,LOADER_STACK_TOP mov ax, SELECTOR_VIDEO mov gs, ax ; 创建页目录及页表并初始化页内存位图 call setup_page ;要将描述符表地址及偏移量写入内存gdt_ptr,一会用新地址重新加载 sgdt [gdt_ptr] ; 存储到原来gdt所有的位置 ;将gdt描述符中视频段描述符中的段基址+0xc0000000 mov ebx, [gdt_ptr + 2] or dword [ebx + 0x18 + 4], 0xc0000000 ;视频段是第3个段描述符,每个描述符是8字节,故0x18。 ;段描述符的高4字节的最高位是段基址的31~24位 ;将gdt的基址加上0xc0000000使其成为内核所在的高地址 add dword [gdt_ptr + 2], 0xc0000000 add esp, 0xc0000000 ; 将栈指针同样映射到内核地址 ; 把页目录地址赋给cr3 mov eax, PAGE_DIR_TABLE_POS mov cr3, eax ; 打开cr0的pg位(第31位) mov eax, cr0 or eax, 0x80000000 mov cr0, eax ;在开启分页后,用gdt新的地址重新加载 lgdt [gdt_ptr] ; 重新加载 mov byte [gs:160], 'V' ;视频段段基址已经被更新,用字符v表示virtual addr jmp $ ;------------- 创建页目录及页表 --------------- setup_page: ;先把页目录占用的空间逐字节清0 mov ecx, 4096 mov esi, 0 .clear_page_dir: mov byte [PAGE_DIR_TABLE_POS + esi], 0 inc esi loop .clear_page_dir ;开始创建页目录项(PDE) .create_pde: ; 创建Page Directory Entry mov eax, PAGE_DIR_TABLE_POS add eax, 0x1000 ; 此时eax为第一个页表的位置及属性 mov ebx, eax ; 此处为ebx赋值，是为.create_pte做准备，ebx为基址。 ; 下面将页目录项0和0xc00都存为第一个页表的地址， ; 一个页表可表示4MB内存,这样0xc03fffff以下的地址和0x003fffff以下的地址都指向相同的页表， ; 这是为将地址映射为内核地址做准备 or eax, PG_US_U | PG_RW_W | PG_P ; 页目录项的属性RW和P位为1,US为1,表示用户属性,所有特权级别都可以访问. mov [PAGE_DIR_TABLE_POS + 0x0], eax ; 第1个目录项,在页目录表中的第1个目录项写入第一个页表的位置(0x101000)及属性(7) mov [PAGE_DIR_TABLE_POS + 0xc00], eax ; 一个页表项占用4字节,0xc00表示第768个页表占用的目录项,0xc00以上的目录项用于内核空间, ; 也就是页表的0xc0000000~0xffffffff共计1G属于内核,0x0~0xbfffffff共计3G属于用户进程. sub eax, 0x1000 mov [PAGE_DIR_TABLE_POS + 4092], eax ; 使最后一个目录项指向页目录表自己的地址 ;下面创建页表项(PTE) mov ecx, 256 ; 1M低端内存 / 每页大小4k = 256 mov esi, 0 mov edx, PG_US_U | PG_RW_W | PG_P ; 属性为7,US=1,RW=1,P=1 .create_pte: ; 创建Page Table Entry mov [ebx+esi*4],edx ; 此时的ebx已经在上面通过eax赋值为0x101000,也就是第一个页表的地址 add edx,4096 inc esi loop .create_pte ;创建内核其它页表的PDE mov eax, PAGE_DIR_TABLE_POS add eax, 0x2000 ; 此时eax为第二个页表的位置 or eax, PG_US_U | PG_RW_W | PG_P ; 页目录项的属性US,RW和P位都为1 mov ebx, PAGE_DIR_TABLE_POS mov ecx, 254 ; 范围为第769~1022的所有目录项数量 mov esi, 769 .create_kernel_pde: mov [ebx+esi*4], eax inc esi add eax, 0x1000 loop .create_kernel_pde ret