【OS学习笔记】二十一保护模式六：保户模式下操作系统内核如何加载用户程序并运行对应的汇编代码之内核代码

本汇编代码对应文章保户模式下操作系统内核如何加载用户程序并运行中的实际内核代码

对应的主引导扇区代码：主引导扇区代码
对应的用户程序代码：用户程序代码

         ;代码清单13-2;文件名：c13_core.asm;文件说明：保护模式微型核心程序 ;以下常量定义部分。内核的大部分内容都应当固定 core_code_seg_sel     equ  0x38    ;内核代码段选择子core_data_seg_sel     equ  0x30    ;内核数据段选择子 sys_routine_seg_sel   equ  0x28    ;系统公共例程代码段的选择子 video_ram_seg_sel     equ  0x20    ;视频显示缓冲区的段选择子core_stack_seg_sel    equ  0x18    ;内核堆栈段选择子mem_0_4_gb_seg_sel    equ  0x08    ;整个0-4GB内存的段的选择子;-------------------------------------------------------------------------------;以下是系统核心的头部，用于加载核心程序 core_length      dd core_end       ;核心程序总长度#00sys_routine_seg  dd section.sys_routine.start;系统公用例程段位置#04core_data_seg    dd section.core_data.start;核心数据段位置#08core_code_seg    dd section.core_code.start;核心代码段位置#0ccore_entry       dd start          ;核心代码段入口点#10dw core_code_seg_sel;===============================================================================[bits 32]
;===============================================================================
SECTION sys_routine vstart=0                ;系统公共例程代码段 
;-------------------------------------------------------------------------------;字符串显示例程
put_string:                                 ;显示0终止的字符串并移动光标 ;输入：DS:EBX=串地址push ecx.getc:mov cl,[ebx]or cl,cljz .exitcall put_charinc ebxjmp .getc.exit:pop ecxretf                               ;段间返回;-------------------------------------------------------------------------------
put_char:                                   ;在当前光标处显示一个字符,并推进;光标。仅用于段内调用 ;输入：CL=字符ASCII码 pushad;以下取当前光标位置mov dx,0x3d4mov al,0x0eout dx,alinc dx                             ;0x3d5in al,dx                           ;高字mov ah,aldec dx                             ;0x3d4mov al,0x0fout dx,alinc dx                             ;0x3d5in al,dx                           ;低字mov bx,ax                          ;BX=代表光标位置的16位数cmp cl,0x0d                        ;回车符？jnz .put_0amov ax,bxmov bl,80div blmul blmov bx,axjmp .set_cursor.put_0a:cmp cl,0x0a                        ;换行符？jnz .put_otheradd bx,80jmp .roll_screen.put_other:                               ;正常显示字符push esmov eax,video_ram_seg_sel          ;0xb8000段的选择子mov es,eaxshl bx,1mov [es:bx],clpop es;以下将光标位置推进一个字符shr bx,1inc bx.roll_screen:cmp bx,2000                        ;光标超出屏幕？滚屏jl .set_cursorpush dspush esmov eax,video_ram_seg_selmov ds,eaxmov es,eaxcldmov esi,0xa0                       ;小心！32位模式下movsb/w/d mov edi,0x00                       ;使用的是esi/edi/ecx mov ecx,1920rep movsdmov bx,3840                        ;清除屏幕最底一行mov ecx,80                         ;32位程序应该使用ECX.cls:mov word[es:bx],0x0720add bx,2loop .clspop espop dsmov bx,1920.set_cursor:mov dx,0x3d4mov al,0x0eout dx,alinc dx                             ;0x3d5mov al,bhout dx,aldec dx                             ;0x3d4mov al,0x0fout dx,alinc dx                             ;0x3d5mov al,blout dx,alpopadret                                ;-------------------------------------------------------------------------------
read_hard_disk_0:                           ;从硬盘读取一个逻辑扇区;EAX=逻辑扇区号;DS:EBX=目标缓冲区地址;返回：EBX=EBX+512push eax push ecxpush edxpush eaxmov dx,0x1f2mov al,1out dx,al                          ;读取的扇区数inc dx                             ;0x1f3pop eaxout dx,al                          ;LBA地址7~0inc dx                             ;0x1f4mov cl,8shr eax,clout dx,al                          ;LBA地址15~8inc dx                             ;0x1f5shr eax,clout dx,al                          ;LBA地址23~16inc dx                             ;0x1f6shr eax,clor al,0xe0                         ;第一硬盘  LBA地址27~24out dx,alinc dx                             ;0x1f7mov al,0x20                        ;读命令out dx,al.waits:in al,dxand al,0x88cmp al,0x08jnz .waits                         ;不忙，且硬盘已准备好数据传输 mov ecx,256                        ;总共要读取的字数mov dx,0x1f0.readw:in ax,dxmov [ebx],axadd ebx,2loop .readwpop edxpop ecxpop eaxretf                               ;段间返回 ;-------------------------------------------------------------------------------
;汇编语言程序是极难一次成功，而且调试非常困难。这个例程可以提供帮助 
put_hex_dword:                              ;在当前光标处以十六进制形式显示;一个双字并推进光标 ;输入：EDX=要转换并显示的数字;输出：无pushadpush dsmov ax,core_data_seg_sel           ;切换到核心数据段 mov ds,axmov ebx,bin_hex                    ;指向核心数据段内的转换表mov ecx,8.xlt:    rol edx,4mov eax,edxand eax,0x0000000fxlatpush ecxmov cl,al                           call put_charpop ecxloop .xltpop dspopadretf;-------------------------------------------------------------------------------
allocate_memory:                            ;分配内存;输入：ECX=希望分配的字节数;输出：ECX=起始线性地址 push dspush eaxpush ebxmov eax,core_data_seg_selmov ds,eaxmov eax,[ram_alloc]add eax,ecx                        ;下一次分配时的起始地址;这里应当有检测可用内存数量的指令mov ecx,[ram_alloc]                ;返回分配的起始地址mov ebx,eaxand ebx,0xfffffffcadd ebx,4                          ;强制对齐 test eax,0x00000003                ;下次分配的起始地址最好是4字节对齐cmovnz eax,ebx                     ;如果没有对齐，则强制对齐 mov [ram_alloc],eax                ;下次从该地址分配内存;cmovcc指令可以避免控制转移 pop ebxpop eaxpop dsretf;-------------------------------------------------------------------------------
set_up_gdt_descriptor:                      ;在GDT内安装一个新的描述符;输入：EDX:EAX=描述符 ;输出：CX=描述符的选择子push eaxpush ebxpush edxpush dspush esmov ebx,core_data_seg_sel          ;切换到核心数据段mov ds,ebxsgdt [pgdt]                        ;以便开始处理GDTmov ebx,mem_0_4_gb_seg_selmov es,ebxmovzx ebx,word [pgdt]              ;GDT界限 inc bx                             ;GDT总字节数，也是下一个描述符偏移 add ebx,[pgdt+2]                   ;下一个描述符的线性地址 mov [es:ebx],eaxmov [es:ebx+4],edxadd word [pgdt],8                  ;增加一个描述符的大小   lgdt [pgdt]                        ;对GDT的更改生效 mov ax,[pgdt]                      ;得到GDT界限值xor dx,dxmov bx,8div bx                             ;除以8，去掉余数mov cx,ax                          shl cx,3                           ;将索引号移到正确位置 pop espop dspop edxpop ebxpop eaxretf 
;-------------------------------------------------------------------------------
make_seg_descriptor:                        ;构造存储器和系统的段描述符;输入：EAX=线性基地址;      EBX=段界限;      ECX=属性。各属性位都在原始;          位置，无关的位清零 ;返回：EDX:EAX=描述符mov edx,eaxshl eax,16or ax,bx                           ;描述符前32位(EAX)构造完毕and edx,0xffff0000                 ;清除基地址中无关的位rol edx,8bswap edx                          ;装配基址的31~24和23~16  (80486+)xor bx,bxor edx,ebx                         ;装配段界限的高4位or edx,ecx                         ;装配属性retf;===============================================================================
SECTION core_data vstart=0                  ;系统核心的数据段
;-------------------------------------------------------------------------------pgdt             dw  0             ;用于设置和修改GDT dd  0ram_alloc        dd  0x00100000    ;下次分配内存时的起始地址;符号地址检索表salt:salt_1           db  '@PrintString'times 256-($-salt_1) db 0dd  put_stringdw  sys_routine_seg_selsalt_2           db  '@ReadDiskData'times 256-($-salt_2) db 0dd  read_hard_disk_0dw  sys_routine_seg_selsalt_3           db  '@PrintDwordAsHexString'times 256-($-salt_3) db 0dd  put_hex_dworddw  sys_routine_seg_selsalt_4           db  '@TerminateProgram'times 256-($-salt_4) db 0dd  return_pointdw  core_code_seg_selsalt_item_len   equ $-salt_4salt_items      equ ($-salt)/salt_item_lenmessage_1        db  '  If you seen this message,that means we 'db  'are now in protect mode,and the system 'db  'core is loaded,and the video display 'db  'routine works perfectly.',0x0d,0x0a,0message_5        db  '  Loading user program...',0do_status        db  'Done.',0x0d,0x0a,0message_6        db  0x0d,0x0a,0x0d,0x0a,0x0d,0x0adb  '  User program terminated,control returned.',0bin_hex          db '0123456789ABCDEF';put_hex_dword子过程用的查找表 core_buf   times 2048 db 0         ;内核用的缓冲区esp_pointer      dd 0              ;内核用来临时保存自己的栈指针     cpu_brnd0        db 0x0d,0x0a,'  ',0cpu_brand  times 52 db 0cpu_brnd1        db 0x0d,0x0a,0x0d,0x0a,0;===============================================================================
SECTION core_code vstart=0
;-------------------------------------------------------------------------------
load_relocate_program:                      ;加载并重定位用户程序;输入：ESI=起始逻辑扇区号;返回：AX=指向用户程序头部的选择子 push ebxpush ecxpush edxpush esipush edipush dspush esmov eax,core_data_seg_selmov ds,eax                         ;切换DS到内核数据段mov eax,esi                        ;读取程序头部数据 mov ebx,core_buf                        call sys_routine_seg_sel:read_hard_disk_0;以下判断整个程序有多大mov eax,[core_buf]                 ;程序尺寸mov ebx,eaxand ebx,0xfffffe00                 ;使之512字节对齐（能被512整除的数， add ebx,512                        ;低9位都为0 test eax,0x000001ff                ;程序的大小正好是512的倍数吗? cmovnz eax,ebx                     ;不是。使用凑整的结果 mov ecx,eax                        ;实际需要申请的内存数量call sys_routine_seg_sel:allocate_memorymov ebx,ecx                        ;ebx -> 申请到的内存首地址push ebx                           ;保存该首地址 xor edx,edxmov ecx,512div ecxmov ecx,eax                        ;总扇区数 mov eax,mem_0_4_gb_seg_sel         ;切换DS到0-4GB的段mov ds,eaxmov eax,esi                        ;起始扇区号 .b1:call sys_routine_seg_sel:read_hard_disk_0inc eaxloop .b1                           ;循环读，直到读完整个用户程序;建立程序头部段描述符pop edi                            ;恢复程序装载的首地址 mov eax,edi                        ;程序头部起始线性地址mov ebx,[edi+0x04]                 ;段长度dec ebx                            ;段界限 mov ecx,0x00409200                 ;字节粒度的数据段描述符call sys_routine_seg_sel:make_seg_descriptorcall sys_routine_seg_sel:set_up_gdt_descriptormov [edi+0x04],cx                   ;建立程序代码段描述符mov eax,ediadd eax,[edi+0x14]                 ;代码起始线性地址mov ebx,[edi+0x18]                 ;段长度dec ebx                            ;段界限mov ecx,0x00409800                 ;字节粒度的代码段描述符call sys_routine_seg_sel:make_seg_descriptorcall sys_routine_seg_sel:set_up_gdt_descriptormov [edi+0x14],cx;建立程序数据段描述符mov eax,ediadd eax,[edi+0x1c]                 ;数据段起始线性地址mov ebx,[edi+0x20]                 ;段长度dec ebx                            ;段界限mov ecx,0x00409200                 ;字节粒度的数据段描述符call sys_routine_seg_sel:make_seg_descriptorcall sys_routine_seg_sel:set_up_gdt_descriptormov [edi+0x1c],cx;建立程序堆栈段描述符mov ecx,[edi+0x0c]                 ;4KB的倍率 mov ebx,0x000fffffsub ebx,ecx                        ;得到段界限mov eax,4096                        mul dword [edi+0x0c]                         mov ecx,eax                        ;准备为堆栈分配内存 call sys_routine_seg_sel:allocate_memoryadd eax,ecx                        ;得到堆栈的高端物理地址 mov ecx,0x00c09600                 ;4KB粒度的堆栈段描述符call sys_routine_seg_sel:make_seg_descriptorcall sys_routine_seg_sel:set_up_gdt_descriptormov [edi+0x08],cx;重定位SALTmov eax,[edi+0x04]mov es,eax                         ;es -> 用户程序头部 mov eax,core_data_seg_selmov ds,eaxcldmov ecx,[es:0x24]                  ;用户程序的SALT条目数mov edi,0x28                       ;用户程序内的SALT位于头部内0x2c处.b2: push ecxpush edimov ecx,salt_itemsmov esi,salt.b3:push edipush esipush ecxmov ecx,64                         ;检索表中，每条目的比较次数 repe cmpsd                         ;每次比较4字节 jnz .b4mov eax,[esi]                      ;若匹配，esi恰好指向其后的地址数据mov [es:edi-256],eax               ;将字符串改写成偏移地址 mov ax,[esi+4]mov [es:edi-252],ax                ;以及段选择子 .b4:pop ecxpop esiadd esi,salt_item_lenpop edi                            ;从头比较 loop .b3pop ediadd edi,256pop ecxloop .b2mov ax,[es:0x04]pop es                             ;恢复到调用此过程前的es段 pop ds                             ;恢复到调用此过程前的ds段pop edipop esipop edxpop ecxpop ebxret;-------------------------------------------------------------------------------
start:mov ecx,core_data_seg_sel           ;使ds指向核心数据段 mov ds,ecxmov ebx,message_1call sys_routine_seg_sel:put_string;显示处理器品牌信息 mov eax,0x80000002cpuidmov [cpu_brand + 0x00],eaxmov [cpu_brand + 0x04],ebxmov [cpu_brand + 0x08],ecxmov [cpu_brand + 0x0c],edxmov eax,0x80000003cpuidmov [cpu_brand + 0x10],eaxmov [cpu_brand + 0x14],ebxmov [cpu_brand + 0x18],ecxmov [cpu_brand + 0x1c],edxmov eax,0x80000004cpuidmov [cpu_brand + 0x20],eaxmov [cpu_brand + 0x24],ebxmov [cpu_brand + 0x28],ecxmov [cpu_brand + 0x2c],edxmov ebx,cpu_brnd0call sys_routine_seg_sel:put_stringmov ebx,cpu_brandcall sys_routine_seg_sel:put_stringmov ebx,cpu_brnd1call sys_routine_seg_sel:put_stringmov ebx,message_5call sys_routine_seg_sel:put_stringmov esi,50                          ;用户程序位于逻辑50扇区 call load_relocate_programmov ebx,do_statuscall sys_routine_seg_sel:put_stringmov [esp_pointer],esp               ;临时保存堆栈指针mov ds,axjmp far [0x10]                      ;控制权交给用户程序（入口点）;堆栈可能切换 return_point:                                ;用户程序返回点mov eax,core_data_seg_sel           ;使ds指向核心数据段mov ds,eaxmov eax,core_stack_seg_sel          ;切换回内核自己的堆栈mov ss,eax mov esp,[esp_pointer]mov ebx,message_6call sys_routine_seg_sel:put_string;这里可以放置清除用户程序各种描述符的指令;也可以加载并启动其它程序hlt;===============================================================================
SECTION core_trail
;-------------------------------------------------------------------------------
core_end: