Урок ОСдева №8: основной загрузчик, вводная.
Дисклеймер: эта серия постов не про UEFI. Это не значит, что я не знаю о существовании UEFI.
Про UEFI будет отдельная серия постов. Почему я не пишу про UEFI прямо сейчас? Потому что
UEFI - это уровень абстракции над железом, а мне интересно именно железо и работа с ним.
Итак, мы закончили писать первичный загрузчик. Что дальше? Дальше - немного пугающая
свобода. Если в случае ПЗ ограничения на объём памяти ставят разработчика в жёсткие рамки
и ограничивают полёт фантазии, то теперь вы можете строить архитектуру программы
по своему усмотрению и добавлять фичи сколько душа пожелает. Те решения, которые принял
я, могут быть не самыми разумными и правильными. Не буду вам их навязывать. Считаете,
что сможете сделать лучше - пробуйте. В любом случае стоит держать в голове минимальный
набор задач, который должен будет выполнять ваш загрузчик:
- Переключать процессор из 16-битного в 32-битный или 64-битный режим.
- Включать доступ к расширенной памяти.
- Составлять карту RAM и передавать её ОС.
- Минимально взаимодействовать с устройствами ввода-вывода, чтобы показать сообщение об ошибке
или принять ввод пользователя.
- Находить, считывать и обрабатывать файл конфигурации (опционально, делает загрузчик более гибким).
- Находить на диске и загружать в указанную область памяти ядро ОС.
- Находить на диске и загружать в указанные области памяти дополнительные файлы (опционально).
- Предоставлять ОС базовую GDT (об этом позже).
Важный момент: рано или поздно перед вами встанет вопрос совмещения в одной программе
16-битного и 32-битного (или 64-битного) кода. Лично я предпочёл с этим не заморачиваться и
разбил загрузчик на отдельные файлы. Тем более, что это соответствует любимой мной аккуратной
модульной структуре. Если вы всё-таки хотите запихать весь код в один файл, стоит заранее
выбрать ассемблер, который это поддерживает.
Ещё один важный момент: достоверное определение аппаратных ресурсов может быть (было до
появления UEFI - вставят тут апологеты) сложной задачей. Там, где это можно сделать
простым способом - я буду использовать его. Там, где для этого нужно будет полагаться
на технологии, рассказ о которых выйдет слишком объёмным для одного-двух постов (ACPI, UEFI) -
пока я буду заявлять наличие устройства как обязательное. Например, для работы ОС на этом
этапе будет обязательно наличие VGA-совместимых видеокарты и дисплея.
На этом вступление закончено и можно начинать писать. 16-битный модуль загрузчика будет
в некоторых местах повторять первичный. Такие участки кода я буду давать без объяснений.
Ну и - этот пост можно назвать вводным в новый этап программы, так что кода будет
немного. Поехали.Если вы вместе со мной писали ПЗ, то сейчас, запустив машину, получите вот такое
сообщение:
Создайте в папке boot папку stage2, а в ней - текстовый файл loader.asm. Заголовок и конец
модуля выглядят почти идентично ПЗ:
.386p
CSEG segment use16
ASSUME cs:CSEG, ds:CSEG, es:CSEG, fs:CSEG, gs:CSEG, ss:CSEG
LOCALS @@
begin:
CSEG ends
end begin
Добавилась только директива LOCALS @@. В TASM эта команда разрешает использование локальных
меток. Начинающаяся с символов @@ метка или переменная будет работать только в границах
процедуры или модуля, в котором прописана. Это позволит нам создавать в разных местах
переменные и указатели с одинаковыми именами. Вы оцените полезность фичи, когда начнёте писать
большие программы. Идём дальше. Первое, что нам нужно сделать - это установить значения
сегментных регистров. Совсем как в ПЗ, изменилось только значение. Если помните, loader.bin
у нас был загружен в 0050h:0000h. Выглядит так:
begin:
;DS, ES, FS, GS.
mov ax,0050h ;Сегмент загрузчика.
mov ds,ax ;Поместить это значение во все сегментные регистры.
mov es,ax
mov fs,ax
mov gs,ax
;СЕГМЕНТ СТЕКА.
cli ;Запретить прерывания перед переносом стека.
mov ss,ax ;Поместить в SS адрес сегмента загрузчика.
mov sp,0FFFFh ;Указатель стека - на конец сегмента.
sti ;Разрешить прерывания.
cli
hlt
Регистр CS мы не трогаем, так как его значение было корректно установлено ПЗ. Для комфортной
работы нам понадобится информация из блока параметров BIOS. Мы знаем, что он был загружен в
память вместе с ПЗ, поэтому обращаться к диску нужды нет. Собственно, я мог бы просто
скопировать всю структуру вместе со значениями из него, но это не кажется мне правильным.
Будет лучше считать структуру из RAM. Для этого нам понадобится неинициализированный
дубликат BPB и процедура, которая его заполнит. Добавьте эти переменные в конец модуля:
;=======================================;
;Блок параметров BIOS, 33 байта.;
;Здесь хранятся характеристики;
;носителя.;
;=======================================;
BPB:BPB_OEMnamedb ?,?,?,?,?,?,?,? ;0-7. Имя производителя. Может быть любым.
BPB_bytespersecdw ? ;8-9. Размер сектора в байтаx.
BPB_secperclustdb ? ;10. Количество секторов в кластере.
BPB_reserveddw ? ;11-12. Число зарезервированныx секторов (1, загрузочный).
BPB_numFATsdb ? ;13. Число FAT.
BPB_RDentriesdw ? ;14-15. Число записей Корневой Директории.
BPB_sectotaldw ? ;16-17. Всего секторов на носителе.
BPB_mediatypedb ? ;18. Тип носителя. 0F0 - 3,5-дюймовая дискета с 18 секторами в дорожке.
BPB_FATsizedw ? ;19-20. Размер FAT в сектораx.
BPB_secpertrackdw ? ;21-22. Число секторов в дорожке.
BPB_numheadsdw ? ;23-24. Число головок (поверxностей).
BPB_hiddensecdd ? ;25-28. Число скрытыx секторов перед загрузочным.
BPB_sectotal32dd ? ;29-32. Число секторов, если иx больше 65535.
;===============================================;
;Расширенный блок параметров BIOS, 26 байт.;
;Этот раздел используется в DOS 4.0.;
;===============================================;
EBPB_drivenumdb ? ;0. Номер привода.
EBPB_NTflagsdb ? ;1. Флаги в Windows NT. Бит 0 - флаг необxодимости проверки диска. Бит 1 - флаг необходимости диагностики ;поверхности.
EBPB_extsigndb ? ;2. Признак расшренного BPB по версии DOS 4.0.
EBPB_volIDdd ? ;3-6. "Серийный номер". Любое случайное число или ноль, без разницы.
EBPB_vollabeldb ?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,? ;7-17. Название диска. Устарело.
EBPB_filesysdb ?,?,?,?,?,?,?,? ;18-25. Имя файловой системы.
db ? ;Еще один байт для того, чтобы структура занимала 15 32-битных слов.
Как видите, в этом варианте переменным не присвоены значения. Кроме того, в конце
зарезервирован ещё один байт. Он нужен для того, чтобы размер таблицы делился на 4
и её можно было загрузить как последовательность 32-битных слов, не перетерев
ничего лишнего. Теперь нужна процедура.
read_BPB proc
push cx ;Сохранить регистры.
push di
push si
push ds
push 07C0h
pop ds ;DS=07C0h, сегмент первичного загрузчика.
mov si,3 ;SI=смещение BPB в ПЗ.
mov di,offset BPB ;DI=смещение BPB в loader.bin
mov cx,15 ;CX=счётчик для копирования.
rep movsd ;Скопировать 15 32-битных слов, размер BPB+1 байт.
pop ds ;Восстановить регистры.
pop si
pop di
pop cx
ret ;Завершить процедуру.
read_BPB endp
Тут в общем всё просто. Устанавливаем пару регистров DS:SI на начало BPB в первичном загрузчике,
а ES:DI - на нашу неинициализированную структуру. Потом командой rep movsd копируем всю
конструкцию + 1 байт. Вызовите процедуру инструкцией call после установки сегмента стека -
и готово. Кстати, вопрос знатокам: что быстрее выполнит 32-битный процессор в 16-битном
режиме - копирование 15 32-битных слов или 30 16-битных?
На этом пока всё. Сделайте новый батч файл с примерно таким текстом, чтобы не возиться
с инструкциями вручную:
tasm project\boot\stage2\loader.asm
tlink loader.obj
exe2bin loader.exe
Слинкуйте файл, закиньте на дискету - и готово. Сообщение о том, что loader.bin
не найден, должно пропасть. В следующий раз - установка видеорежима и методы вывода
текста.
Отличный комментарий!