30天自制操作系统

发布时间：2024-11-06 21:36

背景

基本上，每个硬盘除了每扇（Sector）大小依旧是512字节外，柱面（Cylinder）数、磁头（Header）数都不一致。

用磁盘来取代原作者的软盘后，沿用原来的INT 0x13/AH=2h读磁盘的话会非常蹩脚并且非常不方便。参考Windows 7也是用INT 0x13/AH=0x42h读磁盘。用该方法读磁盘只需要关注到扇区即可，不需要关注到柱面跟磁头数，很直观。

调试

Bochs

这次采用了bochs2.6.9来支持。这虚拟机对编写操作系统的人来说非常有帮助！贴出本次用到的配置文件如下。对应目录则对应修改成本地的，这里不在另外赘述。

###############################################################
# Configuration file for Bochs
###############################################################

# how much memory the emulated machine will have
megs: 32

# 对应真实机器的BIOS和VGA BIOS
romimage: file="C:\Program Files (x86)\Bochs-2.6.9\BIOS-bochs-latest"
vgaromimage: file="C:\Program Files (x86)\Bochs-2.6.9\VGABIOS-lgpl-latest"

# 设置bochs使用的磁盘，软盘使用关键字floppya，硬盘使用disk
# 若有多个软盘，可写floppya，floppyb
#floppya: 1_44=a.img, status=inserted

# choose the boot disk.
# 默认是软盘，注释掉，改为disk
#boot: floppy
boot: disk
# where do we send log messages?
log: D:\Documents\bochs\bochsout.txt
# disable the mouse
mouse: enabled=0

# enable key mapping, using US layout as default.
keyboard: keymap="C:\Program Files (x86)\Bochs-2.6.9\keymaps\x11-pc-us.map"

ata0: enabled=1, ioaddr1=0x1f0, ioaddr2=0x3f0, irq=14

#这一句是根据bximage生成的，后面会解释。
ata0-master: type=disk, path="D:\Documents\bochs\c.img", mode=flat, cylinders=20, heads=16, spt=63

magic_break: enabled=1

通过以下命令进行调试。bochsdbg.exe可以进行调试，但是bochs.exe则不行，需要注意。

bochsdbg -f "D:\Documents\bochs\bochs.disk"

magic_break开启后，虚拟机会把

XCHG BX, BX

当成断点停下来，方便调试。

错误

如果INT 0x13/AH=0x42h调用时用了错误的参数，除了CF位一定会置1外，还可能会

AH=42hAH=1h

我在真机上试验到是AH莫名其妙还是42h，在bochs的虚拟机里则是1h。所以基本上不要真的把AH当成错误号来查询，你基本上是查不到什么有效信息的。只要LBA测试到是支持，那么INT 0x13/AH=0x42h肯定是支持的，如果还调用错误，那肯定是参数设置不对，需要仔细排查一下。

方案

是否支持

并非所有BIOS都支持INT 0x13/AH=0x42h，但是基本上目前绝大多数都支持。但是为了兼容性，还是最好判断一下。

       MOV       BX, 0x55AA
       MOV       AH, 0x41
       INT       0x13
       JC       _10_stand_bios
       CMP       BX, 0xAA55
       JNE       _10_stand_bios
       TEST   CL, 1
       JZ       _10_stand_bios

可以通过以上方法简单判断到是否支持LBA。

如果不幸BIOS不支持，可以考虑回归之前的读取方式。不过我没做兼容。

修改点

由于我改写的ipl10.nas只支持nasm编译，所以在对应代码层级的Makefile文件里，需要做出一些变更。替换原来ipl10.bin为以下编译方式（自行设定好nasm的所在目录）：

ipl10.bin : ipl10.nas Makefile
nasm ipl10.nas
ren ipl10 ipl10.bin

另外，由于没有采用原书代码里把最后读到的柱面数写入：

MOV [0x0ff0],CH

所以在asmhead.nas里相应的要自己填上大致读到的Sector数。由于不断深入开发，haribote.sys的大小必定越来越大，所以镜像生成后要多关注一下0x4200开始haribote.sys的内容到哪里结束。假设到0x6200结束，那么大致读上来的扇区数目就是：

0x6200 / 512

在asmhead.nas相应修改如下：

; 残り全部

       MOV       ESI,DSKCAC0+512   ; 転送元
       MOV       EDI,DSKCAC+512   ; 転送先
       ;MOV       ECX,0
       MOV       ECX, 512 * 50 / 4 ; read by INT 0x13/AH = 42h
       ;MOV       CL,BYTE [CYLS]
       ;IMUL   ECX,512*18*2/4   ; シリンダ数からバイト数/4に変換
       ;SUB       ECX,512/4       ; IPLの分だけ差し引く
       CALL   memcpy

由于没有做太多的测试，重新编译的时候可能还是需要手动把ipl10.bin删除，各位可以自己修改一下对应的命令。

LoadSectors: ; buffer = EBX, size = ECX, begin sector = EDI
       PUSH    EBP
       MOV       EBP, ESP
       SUB       ESP, 0x10             ; size of DAP
       MOV       AX, 0x4200           ; reads sectors into memory
       MOV       EDX, ECX
       SAR       ECX, 6               ; / 64
       AND       EDX, 0x8000003F     ; % 64
       MOV       BYTE[ESP], 0x10       ; size of DAP
       MOV       BYTE[ESP + 1], 0 ; reserved for 0
       MOV       WORD[ESP + 2], 64 ; 64 sectors
       MOV       DWORD[ESP + 12], 0 ; always 0
       MOV       ESI, ESP           ; DAP addr
       PUSH EDX
       MOV       DL, 0x80         ; drive number
_8_loop:
       PUSH   ECX
       MOV       ECX, EBX
       AND       CX, 0xF
       MOV       WORD[EBP - 0x10 + 4], CX   ; offset
       MOV       ECX, EBX
       SHR       ECX, 4
       MOV       WORD[EBP - 0x10 + 6], CX ; segment
       POP       ECX
       MOV       DWORD[EBP - 0x10 + 8], EDI ; begin sector
       CMP       ECX, 0
       JLE       _6_left
       INT       0x13
       JC       _9_error
       ADD       EDI, 64               ; sector
       ADD       EBX, 512 * 64       ; bytes
       DEC       ECX
       JMP       _8_loop
_6_left:
       POP       EDX
       CMP       EDX, 0
       JLE       _7_leave
       MOV       WORD[ESP + 2], DX ; left sectors
       MOV       DL, 0x80
       INT     0x13
       JC       _9_error
       JMP       _7_leave
_9_error:
       MOV       AL, 0
       PUSH   AX
       MOV       CX, 2
       MOV       SI, SP
       CALL   print_byte_str
       ;PUSH   0
       ;PUSH   'rr'
       ;PUSH   're'            ; error
       ;MOV       SI, SP
       ;CALL   print_string
_7_leave:
       MOV       ESP, EBP
       POP       EBP
       RET