linux之 loader
上官景铄
前面几节大概如下流程
将boot.bin写入软驱a.img第一个扇区
dd if=boot.bin of=a.img bs=512 count=1 conv=notrunc
上电之后，rom会自动加载第一个扇区加载到内存中并开始运行
这个第一扇区中的内容就是boot.bin，boot的主要功能就是查找loader.bin文件，并加载到内存指定位置，之后跳到loader.bin
loader的主要功能是查找kernel.bin，并加载到指定位置，之后跳到kernel
所以，loader.bin的代码和boot.asm的代码类似，只是加载到内存的地址不同
org 0100h;注意这里的区别 前面是07c00 只有调试用0100 这里必须0100
;理由需要仔细思考
;===========================================================================
BaseOfStack equ 0100h;
BaseOfKernelFile equ 08000h ;kernel bin 被加载的位置
OffsetOfKernelFile equ 0h;
jmp LABEL_START
%include "fat12hdr.inc"
LABEL_START:
mov ax, cs
mov ds, ax
mov es, ax
mov ss, ax
mov sp, BaseOfStack ;堆栈地址
; 打印loading 字符
mov dh, 0 ; "loading "
call DispStr ; 显示字符串
xor ah, ah ;
xor dl, dl ;
int 13h ; 复位软驱
; 下面在 A 盘的根目录寻找 LOADER.BIN
mov word [wSectorNo], SectorNoOfRootDirectory ;根目录第一个扇区号
LABEL_SEARCH_IN_ROOT_DIR_BEGIN:
cmp word [wRootDirSizeForLoop], 0 ; 判断根目录区是不是已经读完
jz LABEL_NO_KERNELBIN ; 如果读完表示没
dec word [wRootDirSizeForLoop] ;
mov ax, BaseOfKernelFile
mov es, ax ; es <- BaseOfLoader
mov bx, OffsetOfKernelFile ; bx <- OffsetOfLoader es:bx -> 09100h
mov ax, [wSectorNo] ; ax <- Root Directory 中的某 Sector 号
mov cl, 1 ;读一个扇区
call ReadSector
mov si, KernelFileName ; ds:si -> "LOADER BIN"
mov di, OffsetOfKernelFile ; es:di -> BaseOfLoader:0100
cld
mov dx, 10h ;每个条目占32字节 那么一个扇区只有16个条目
LABEL_SEARCH_FOR_KERNELBIN:
cmp dx, 0 ; 循环次数控制,
jz LABEL_GOTO_NEXT_SECTOR_IN_ROOT_DIR ; 如果已经读完了一个 Sector,
dec dx ; 就跳到下一个 Sector
mov cx, 11 ;loader bin总共有11个字符
LABEL_CMP_FILENAME:
cmp cx, 0
jz LABEL_FILENAME_FOUND ; 如果比较了 11 个字符都相等, 表示找到
dec cx
lodsb ; ds:si -> al
cmp al, byte [es:di]
jz LABEL_GO_ON
jmp LABEL_DIFFERENT ; 只要发现不一样的字符就表明本 DirectoryEntry
; 不是我们要找的 LOADER.BIN
LABEL_GO_ON:
inc di
jmp LABEL_CMP_FILENAME ; 继续循环
LABEL_DIFFERENT:
and di, 0FFE0h ; di &= E0 为了让它指向本条目开头
add di, 20h ; 每个条目占32个字节 这是到达下一个条目
mov si, KernelFileName ; di += 20h 下一个目录条目
jmp LABEL_SEARCH_FOR_KERNELBIN;
LABEL_GOTO_NEXT_SECTOR_IN_ROOT_DIR:
add word [wSectorNo], 1
jmp LABEL_SEARCH_IN_ROOT_DIR_BEGIN
LABEL_NO_KERNELBIN:
mov dh, 2 ; "No kernel"
call DispStr ; 显示字符串
jmp $ ; 没有找到 kernel.BIN, 死循环在这里
LABEL_FILENAME_FOUND: ; 找到 KERNEL.BIN 后便来到这里继续
mov ax, RootDirSectors ; 根目录占用的空间
and di, 0FFE0h ; di 指向当前目录的首地址
push eax
mov eax, [es : di + 01Ch]
mov dword [dwKernelSize], eax ;保存kernel.bin文件大小
pop eax
add di, 01Ah ; +26个字节指向条目中的开始扇区
mov cx, word [es:di] ; 获得开始扇区的值
push cx ;保存该值 （FAT中的序号）
add cx, ax ;
add cx, DeltaSectorNo ;该簇号 + 根目录占用扇区数+19-2
; 减2是因为是从第二个簇开始的
mov ax, BaseOfKernelFile
mov es, ax ; es <- BaseOfLoader
mov bx, OffsetOfKernelFile ; bx <- OffsetOfLoader
mov ax, cx ; ax <- 扇区号
LABEL_GOON_LOADING_FILE:
push ax ;
push bx ;
mov ah, 0Eh ;
mov al, '.' ;
mov bl, 0Fh ;
int 10h
pop bx
pop ax ;运行之后会显示一个点 int10的作用？？
mov cl, 1
call ReadSector ;读一个扇区 通过ax中的扇区号读取
pop ax ;取出此sector在fat中的序号（簇号）
call GetFATEntry ;通过簇号查找到下一个扇区
cmp ax, 0FFFh ;到达文件尾
jz LABEL_FILE_LOADED ;
push ax ;保存sector在FAT中的序号
mov dx, RootDirSectors ;根目录占扇区数
add ax, dx
add ax, DeltaSectorNo ; 序号+根目录占扇区数+19-2=真正的扇区号
add bx, [BPB_BytsPerSec] ;每个扇区所占字节数 bx是内存偏移量
jmp LABEL_GOON_LOADING_FILE
LABEL_FILE_LOADED:
call KillMotor
mov dh, 1
call DispStr ;显示字符串 ready
jmp $
wRootDirSizeForLoop dw RootDirSectors ; Root Directory 占用的扇区数，
; 在循环中会递减至零.
wSectorNo dw 0 ; 要读取的扇区号
bOdd db 0 ; 奇数还是偶数
dwKernelSize dd 0 ;kernel.bin文件大小
;字符串
KernelFileName db "KERNEL BIN", 0 ; kernel.BIN 之文件名
; 为简化代码, 下面每个字符串的长度均为 MessageLength
MessageLength equ 9
LoadMessage: db "loading " ; 9字节, 不够则用空格补齐. 序号 0
Message1 db "ready... " ;
Message2 db "No KERNEL" ; 9字节, 不够则用空格补齐. 序号 2
;============================================================================
;----------------------------------------------------------------------------
; 函数名: DispStr
;----------------------------------------------------------------------------
; 作用:
; 显示一个字符串, 函数开始时 dh 中应该是字符串序号(0-based)
DispStr:
mov ax, MessageLength
mul dh
add ax, LoadMessage
mov bp, ax ;
mov ax, ds ; ES:BP = 串地址
mov es, ax ;
mov cx, MessageLength ; CX = 串长度
mov ax, 01301h ; AH = 13, AL = 01h
mov bx, 0007h ; 页号为0(BH = 0) 黑底白字(BL = 07h)
mov dl, 0
add dh, 3
int 10h ; int 10h
ret
;----------------------------------------------------------------------------
; 函数名: ReadSector
;----------------------------------------------------------------------------
; 作用:
; 从第 ax 个 Sector 开始, 将 cl 个 Sector 读入 es:bx 中
ReadSector:
; ----------------------------------------------------------------------
; 怎样由扇区号求扇区在磁盘中的位置 (扇区号 -> 柱面号, 起始扇区, 磁头号)
; ----------------------------------------------------------------------
; 设扇区号为 x
; ┌ 柱面号 = y >> 1
; x ┌ 商 y ┤
; -------------- => ┤ └ 磁头号 = y & 1
; 每磁道扇区数 │
; └ 余 z => 起始扇区号 = z + 1
push bp ;将原来的bp保存
mov bp, sp
sub esp, 2 ; 辟出两个字节的堆栈区域保存要读的扇区数: byte [bp-2]
mov byte [bp-2], cl ;要读的扇区有多少个 cl
push bx ; 保存 bx
mov bl, [BPB_SecPerTrk] ; bl: 除数 每磁道扇区数 被除数是ax
div bl ; y 在 al 中, z 在 ah 中
inc ah ; z ++
mov cl, ah ; cl <- 起始扇区号
mov dh, al ; dh <- y
shr al, 1 ; y >> 1 (y/BPB_NumHeads)
mov ch, al ; ch <- 柱面号
and dh, 1 ; dh & 1 = 磁头号
pop bx ; 恢复 bx
; 至此, "柱面号, 起始扇区, 磁头号" 全部得到
mov dl, [BS_DrvNum] ; 驱动器号 (0 表示 A 盘)
.GoOnReading:
mov ah, 2 ; 读
mov al, byte [bp-2] ; 读 al 个扇区
int 13h
jc .GoOnReading ; 如果读取错误 CF 会被置为 1,
; 这时就不停地读, 直到正确为止
add esp, 2
pop bp
ret
;----------------------------------------------------------------------------
; 函数名: GetFATEntry
;----------------------------------------------------------------------------
; 作用:
; 找到序号为 ax 的 Sector 在 FAT 中的条目, 结果放在 ax 中
; 需要注意的是, 中间需要读 FAT 的扇区到 es:bx 处, 所以函数一开始保存了 es 和 bx
GetFATEntry:
push es
push bx
push ax
mov ax, BaseOfKernelFile;
sub ax, 0100h ; 在 BaseOfLoader 后面留出 4K 空间用于存放 FAT
mov es, ax ;
pop ax
mov byte [bOdd], 0
mov bx, 3
mul bx ; dx:ax = ax * 3
mov bx, 2
div bx ; dx:ax / 2 ==> ax <- 商, dx <- 余数
cmp dx, 0
jz LABEL_EVEN
mov byte [bOdd], 1
LABEL_EVEN:;偶数
; 现在 ax 中是 FATEntry 在 FAT 中的偏移量,下面来
; 计算 FATEntry 在哪个扇区中(FAT占用不止一个扇区)
xor dx, dx
mov bx, [BPB_BytsPerSec]
div bx ; dx:ax / BPB_BytsPerSec
; ax <- 商 (FATEntry 所在的扇区相对于 FAT 的扇区号)
; dx <- 余数 (FATEntry 在扇区内的偏移)。
push dx
mov bx, 0 ; bx <- 0 于是, es:bx = (BaseOfLoader - 100):00
add ax, SectorNoOfFAT1 ; 此句之后的 ax 就是 FATEntry 所在的扇区号
mov cl, 2
call ReadSector ; 读取 FATEntry 所在的扇区, 一次读两个, 避免在边界
; 发生错误, 因为一个 FATEntry 可能跨越两个扇区
pop dx
add bx, dx
mov ax, [es:bx]
cmp byte [bOdd], 1
jnz LABEL_EVEN_2
shr ax, 4
LABEL_EVEN_2:
and ax, 0FFFh
LABEL_GET_FAT_ENRY_OK:
pop bx
pop es
ret
;--------------------------------------------------------------------------
;关闭软驱马达
KillMotor:
push dx
mov dx, 03F2h
mov al, 0
out dx, al
pop dx
ret
这个时候不禁多想，既然boot.asm 和loader.asm代码差不多，为什么不从boot.asm中直接加载kernel？
由于boot.asm虽然有加载多个扇区的功能，但是boot.asm最大只能有512字节，而我们加载内核还有很多工作要做，比如跳入保护模式、添加分页机制，这些都要放到boot.asm中会超出引导扇区的范围，因此添加一个loader作为过渡，loader自身可以占多个扇区，因为boot可以加载多个扇区，loader突破512字节限制后，就可以大展拳脚，跳到保护模式和打开分页机制，然后进入内核。
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