自己写操作系统---bootsector篇

墨蓝 2022-08-25 13:44 69阅读 0赞

其实博主本来想在寒假自己写一个OSkernal的，高高兴兴的影印了本《一个操作系统的实现》。

然后又去图书馆借来《30天自制操作系统》和《X86/X64体系探索编程》，结果还是被自己的懒惰给打败了。。。

原本我感觉自制力还不错的，好歹春节前也看了很多东西，但是过了一个春节就懒散了。。

当然也有一部分原因是因为《30天》写的实在是太乱了。。缺少一个理论的上的指导和概括，看的云里雾里。

再就是汇编。。。博主原来只学过8086和AT&T汇编啊。。。这下又来个nasm汇编。。这学期还开了个ARM汇编。。Orz。。。

不过nasm汇编真的是很好用，它还有类似c++默认构造的宏指令，很强大啊！

当然了，如果我不是一个喜欢深究的人，也可以用《30天》提供的工具也能很快的写出来。但我毕竟还是有点追求的。。

废话了这么多，开始进入主题吧。。

首先，bootsector是个什么东西呢？其实就是个引导的作用，引导到bootloader或者是操作系统上。

**注意，bootsector不是双系统的那种引导，而是在它之前的程序。**

那么bootsector程序是如何发挥作用的呢？这得从计算机的开机流程讲起。

还记得学校上的操作系统教材上面说，计算机开机加电直接就去读取硬盘上的操作系统。（但其实漏掉了好些东西啊！！国产教材误人子弟啊！！！！）

其实一开机，并不是直接读硬盘，而是从主板的BIOS启动。

（BIOS不知道可以自己百度，它还把一些自带的中断加载到了内存中）

上电后，BIOS的ROM中程序通过硬件加载到内存。

根据BIOS的ROM中的程序，来检测相关硬件是否安装正确。然后才是寻找操作系统。

完整流程如下：

bios->bootsector->bootloader->kernel（后面两个以后再说）

这样就有问题了，BIOS怎么知道操作系统放在哪呢？

这需要了解通用计算机所遵循的规范了，**bios只从硬盘的第一个扇区读取并加载程序**。

扇区又是什么呢？这里我简单的带着你联想一下.

由于原来32位地址总线只能寻址4G的大小。那么硬盘不断发展，64位总线还没出现，但是硬盘大小超过4g。

所以多出来的部分就没有用了！但是工程师很聪明，所以就让每个地址存储的内容更多吧！（自己回顾组成原理）

所以，硬盘就出现了所谓的扇区！一般一个扇区的大小为512b。4G\*512b=2t的样子。

这样来算，现在的发展已经够用了，以后换到64位系统就不用担心地址不够了。

回到正题。由于BIOS只能自动读一个扇区，512b的大小。

这么点大小肯定装不下操作系统～所以只好用bootsector来转让计算机使用的权力了。

于是我们就清楚了bootsector的作用----读入硬盘上的其他程序，并将cpu交给它。

下面是我写的bootsector。由于没有文件系统也不想用fat12，所以读取loader的位置是我自己随便定的。

如果fat12那一段不注释的话，U盘就可以被识别了，但是U盘中的内容都是乱的～～～

linux下可以用dd命令直接写到你的U盘中去。

dd if=$(OBOOT) of=$(DEVICE) bs=512 count=1 conv=notrunc  
OBOOT表示生成文件，直接用nasm汇编生成.bin文件即可。

DEVICE就是你U盘在linux下的路径了。

然后就可以通过U盘启动，来执行你的bootsector了～

%include	"boot.inc"
    %ifdef   DEBUG	
    	org	0100h		;07c00h 0100
    %else
    	org	07c00h
    %endif
    	jmp short LABEL_START
    	nop
    
    	;head of FAT12
    ;        BS_OEMName      DB 'meiboyu '   ; OEM String, 必须 8 个字节
    ;        BPB_BytsPerSec  DW 512          ; 每扇区字节数
    ;        BPB_SecPerClus  DB 1            ; 每簇多少扇区
    ;        BPB_RsvdSecCnt  DW 1            ; Boot 记录占用多少扇区
    ;        BPB_NumFATs     DB 2            ; 共有多少 FAT 表
    ;        BPB_RootEntCnt  DW 224          ; 根目录文件数最大值
    ;        BPB_TotSec16    DW 2880         ; 逻辑扇区总数
    ;        BPB_Media       DB 0xF0         ; 媒体描述符
    ;        BPB_FATSz16     DW 9            ; 每FAT扇区数
    ;        BPB_SecPerTrk   DW 18           ; 每磁道扇区数
    ;        BPB_NumHeads    DW 2            ; 磁头数(面数)
    ;        BPB_HiddSec     DD 0            ; 隐藏扇区数
    ;        BPB_TotSec32    DD 0            ; wTotalSectorCount为0时这个值记录扇区数
    ;        BS_DrvNum       DB 0            ; 中断 13 的驱动器号
    ;        BS_Reserved1    DB 0            ; 未使用
    ;        BS_BootSig      DB 29h          ; 扩展引导标记 (29h)
    ;        BS_VolID        DD 0            ; 卷序列号
    ;        BS_VolLab       DB 'MOS by mby '; 卷标, 必须 11 个字节
    ;        BS_FileSysType  DB 'FAT12   '   ; 文件系统类型, 必须 8个字节  
    	
    times	18	db	0
    LABEL_START:
    	mov	ax, cs
    	mov	ds, ax
    	mov	es, ax		;make all pointer point null  place
    	
    	mov	dx,0
    	mov	ax,BootMessage
    	mov	cx,BMlength
    	mov	dh,0
    	
    	call	showStr		;show string function
    	
    	call	Loader		;Loader getting loading
    	jmp	fin		;while(1)
    
    Loader:
    	mov	ax,4200h
    	mov	dl,0x80
    	mov	cx,0
    	mov	ds,cx
    	mov	si,DAP
    	int	0x13
    	jc	LoaderError
    
    	mov	ax,0		;clean es register
    	mov	es,ax
    
    	mov	dx,0
    	mov	ax,LSuccess
    	mov	cx,LSlength
    	mov	dh,1
    	call	showStr
    	
    	jmp	BaseOffLoader:SetOffLoader	;jump to Loader !	
    	
    LoaderError:
    	mov	ax,0
    	mov	es,ax
    	mov	ax,LError
    	mov	cx,LElength
    	mov	dh,1
    	call	showStr
    fin:
    	hlt
    	jmp	fin
    
    showStr:
    	mov	bp,ax
    	mov	ax,01301h
    	mov	bx,000Fh
    	mov	dl,0
    	int	10h
    	ret
    
    LSuccess:		db	"Loader OK!"
    LSlength		equ	$-LSuccess
    
    LError:			db	"Booting Loader get wrong!"
    LElength		equ	$-LError
    
    BootMessage:		db	"Boot Sector Start!"
    BMlength		equ	$-BootMessage
    
    DAP:
    	db	16	;packet size
    	db	0	;must 0
    	dw	100	;number of block need to read
    	dw	0	;the offset
    	dw	8000h	;the segment address
    	dw	1h	;start block
    	dw	0
    	dw	0
    	dw	0
    
    
    times	510-($-$$)	db	0
    dw	0xaa55

程序短，所以懒得用宏了。。这样对于新手看着也方便。

具体汇编的内容很简单，我就不讲了，这里说一下我写这个遇到的个坑。。。

使用BIOS的int 13h+al=02h的时候，在真机上是无法加载loader的！！软盘跟U盘还是有区别的！

我看《一个操作系统 的实现》和《30天》的时候，就是这里。。他们都使用的是软盘，但是用U盘就有问题！！

于是发现要用扩展BIOS中断，详细的可以去google扩展BIOS中断。（我记得我是在wiki上看到的，但是现在找不到了）

当然看我的代码也可以～

bootsector就介绍到这里了。过几天我再来写loader的部分～

恩。。现在正在写，并且写图形化界面的时候又遇到坑了。。

PS:

装过win+linux双系统的知道，得先装windows再装linux。

我估计就是windows直接重写bootsetor，然后直接引导到他的loader了，而linux的引导程序grub会识别原来的系统。