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[操作系统]linux0.00 head.s详细注解

 1 # head.s包含32位保护模式初始化设置代码、时钟中断代码、系统调用中断代码和两个任务的代码。 2 # 在初始化完成之后程序移动到任务0开始执行,并在时钟中断控制下进行任务0和1之间的切换操作。 3 LATCH    = 11930       # 定时器初始计数值,即每隔10毫秒发送一次中断请求。   问:为何是这个值? 4 SCRN_SEL  = 0x18        # 屏幕显示内存段选择符。                问:以下这些选择符是怎么定的值? 5 TSS0_SEL  = 0x20        # 任务0的TSS段选择符。 6 LDT0_SEL  = 0x28        # 任务0的LDT段选择符。 7 TSS1_SEL  = 0x30        # 任务1的TSS段选择符。 8 LDT1_SEL  = 0x38        # 任务1的LDT段选择符。 9 .global  startup_32  # 作用?   10 .text          # 表示可执行代码段(问:实际在编译时有什么影响吗?) 11 startup_32: 12 # 首先加载数据段寄存器DS、堆栈段寄存器SS和堆栈指针ESP。所有段的线性基地址都是0. 13   movl  $0x10, %eax    # 0x10是GDT中数据段选择符。 14 # 解释一下以上的数据段选择符为什么是0x10: 15 # 首先,要知道段选择符的格式为:15-3:描述符索引;2:TI(Table index表指示标志);1-0:RPL(Requested Privilege Level请求特权级) 16 # 这里,实际上数据段应该是第二个段,故索引的二进制为10,而TI和RPL都是0,所以,后面添三位0,乘以8,故选择符即为:0x10(=10 0 00) 17   mov    %ax, %ds      # ds就是存放数据段选择符的段寄存器,这条指令将ax的值0x0010传递给ds寄存器 18   lss    init_stack, %esp  # LSS:加载堆栈段(问:标号init_stack默认是一个多少位的地址?) 19 # lss mem, reg: mem低字->reg,mem高字->ss (问:1.低字和高字分别占多少位?这样说来,该堆栈段的长度即使2^(mem低字的位数喽?) 2.指令有什么影响? 3.堆栈段描述符为   什么不在GDT中?) 20 # 在新的位置重新设置IDT和GDT表。 21   call  setup_idt 22   call  setup_gdt 23   movl  $0x10, %eax 24   mov  %ax, %ds      # ds没有变,这句可省略 25   mov  %ax, %es 26   mov  %ax, %fs 27   mov  %ax, %gs   28   lss  init_stack, %esp  # ss和esp也都没有变,这句可省略 29 # 设置8253定时芯片。把计数器通道0设置成每隔10毫秒向中断控制器发送一个中断请求信号。 30 # 下面介绍一下8253定时芯片: 31 # 8253具有3个独立的计数通道,采用减1计数方式。在门控信号有效时,每输入1个计数脉冲,通道作1次计数操作。当计数脉冲是已知周期的时钟信号时,计数就成为定时。 32 # 方式3为:方波发生器,最适合计算机。     33   movb  $0x36, %al        # 控制字:设置通道0工作在方式3、计数器初值采用二进制。 34   movl  $0x43, %edx        # 8253芯片控制字寄存器写端口。 35   outb  %al, %dx 36   movl  $LATCH, %eax       # 初始计数值设置为LATCH(1193180/100),即频率100HZ。(问:这里是什么意思?1193180是怎么出来的?) 37   movl  $0x40, %edx        # 通道0的端口。 38   outb  %al, %dx         # 分两次把初始计数值写入通道0. 39   movb  %ah, %al  40   outb  %al, %dx 41 # 在IDT表第8和第128(0x80)项处分别设置定时中断门描述符和系统调用陷阱门描述符。 42 # 这里先解释一下int $0x80: 43 # int $0x80是一条AT&T语法的中断指令,用于Linux的系统调用。 44 # Linux系统下的汇编语言比较喜欢用AT&T的语法,如果翻译成Intel的语法就是int 80h,就像我们在Intel的语法下的DOS汇编中经常用的int 21h调用DOS中断,同样如果换成AT&T语   法就是int $0x80。 45 # 不过无论使用那一种语法,int $0x80或者int 80h都是针对Linux的,在DOS或者Windows下不起相应作用。反之亦然。     46   movl  $0x00080000, %eax     # 中断程序属内核,即EAX高字是内核代码段选择符0x0008(即索引为1,TI=0,RPL=00) 47   movw  $timer_interrupt, %ax   # 设置定时中断门描述符。取定时中断处理程序地址。 48   movw  $0x8E00, %dx        # 中断门类型是14(屏蔽中断),特权级0或硬件使用。 49   movl  $0x08, %ecx        # 开机时BIOS设置的时钟中断向量号8.这里直接使用它。 50   lea    idt(, %ecx, 8), %esi  # 把IDT描述符0x08地址放入ESI中,然后设置该描述符 51   movl  %eax, (%esi) 52   movl  %edx, 4(%esi) 53   movw  $system_interrupt, %ax   # 设置系统调用陷阱门描述符。取系统通调用处理程序地址。 54   movw  $0xef00, %dx        # 陷阱门类型是15,特权级3的程序可执行。 55   movl  $0x80, %ecx        # 系统调用向量号是0x80。 56   lea    idt(, %ecx, 8), %esi  # 把IDT描述符项0x80地址放入ESI中,然后设置该描述符。 57   movl  %eax, (%esi) 58   movl  %edx, 4(%esi) 59 # 好了,现在我们为移动到任务0(任务A)中执行来操作堆栈内容,在堆栈中人工建立中断返回时的场景。 60 # 注: 由于处于特权级0的代码不能直接把控制权转移到特权级3的代码中执行,但中断返回操作是可以的,因此当初始化GDT、IDT和定时芯片结束后,我们就利用中断返回指令IRET来启动   运行第1个任务。 61 #   具体实现方法是在初始堆栈init_stack中人工设置一个返回环境。即把任务0的TSS段选择符加载到任务寄存器LTR中、LDT段选择符加载到LDTR中以后, 62 #   把任务0的用户栈指针(0x17:init_stack)和代码指针(0x0f:task0)以及标志寄存器压入栈中,然后执行中断返回指令IRET。 63 #   该指令会弹出堆栈上的堆栈指针作为任务0的用户栈指针,恢复假设的任务0的标志寄存器内容,并且弹出栈中代码指针放入CS:EIP寄存器中,从而开始执行任务0的代码, 64 #   完成了从特权级0到特权级3的控制转移。     65    66   pushfl              # 复位标志寄存器EFLAGS中的嵌套任务标志。 67   andl  $0xffffbfff, (%esp) 68 # 解释一下EFLAGS寄存器中的NT标志: 69 # 位14是嵌套任务标志(Nested Task)。它控制这被中断任务和调用任务之间的链接关系。在使用CALL指令、中断或异常执行任务调用时,处理器会设置该标志。在通过使用IRET指令从    一个任务返回时,处理器会检查并修改这个NT标志。 70 # 使用POPF/POPFD指令也可以修改这个标志,但是在应用程序中改变这个标志的状态会产生不可意料的异常。 71 # 嵌套任务标志NT用来控制中断返回指令IRET的执行。具体规定如下: 72 # (1) 当NT=0,用堆栈中保存的值恢复EFLAGS、CS和EIP,执行常规的中断返回操作; 73 # (2) 当NT=1,通过任务转换实现中断返回。     74   popfl 75   movl  $TSS0_SEL, %eax      # 把任务0的TSS段选择符加载到任务寄存器TR。 76   ltr    %ax 77   movl  $LDT0_SEL, %eax      # 把任务0的LDT段选择符加载到局部描述符表寄存器LDTR。 78   lldt  %ax            # TR和LDTR只需人工加载一次,以后CPU会自动处理。 79   movl  $0, current        # 把当前任务号0保存在current变量中。 80   sti                # 现在开启中断,并在栈中营造中断返回时的场景。 81   pushl  $0x17           # 把任务0当前局部空间数据段(堆栈段)选择符如栈。  82  # 问:0x17是怎么来的? 83 # 答:0x17是任务0的数据段选择符,由下面设置的ldt0可知,数据段Index=2,TI=1(表示在LDT中),RPL=3(处理器的保护机制可识别4个特权级,0级到3级,详见4.5.1 段级保护)    ,故得0x17 84   pushl  $init_stack        # 把堆栈指针入栈(也可以直接把ESP入栈)。 85   pushfl               # 把标志寄存器入栈。 86   pushl  $0x0f           # 把当前局部空间代码段选择符入栈。 87   pushl  $task0           # 把代码指针入栈。注意!pushl和push也是有区别的,我之前写成了push,运行就出错了! 88   iret                # 执行中断返回指令,从而切换到特权级3的任务0中执行。 89  90 # 以下是设置GDT和IDT中描述符项的子程序。 91 setup_gdt:               # 使用6字节操作数lgdt_opcode设置GDT表位置和长度。 92   lgdt  lgdt_opcode         # lgdt指令加载GDT的入口地址(这里由lgdt_opcode指出)到GDTR中 93   ret 94 setup_idt: 95   lea    ignore_int, %edx     # 设置方法与设置定时中断门描述符的方法一样。 96   movl  $0x00080000, %eax      # 选择符位0x0008。 97   movw  %dx, %ax          # (注:ax为eax的低16位) 98   movw  $0x8E00, %dx 99   lea    idt, %edi100   mov    $256, %ecx        # 循环设置所有256个门描述符项。101 rp_idt:  movl  %eax, (%edi)102   movl  %edx, 4(%edi)103   addl  $8, %edi104   dec    %ecx105   jne    rp_idt106   lidt  lidt_opcode107   ret108 109 # 显示字符子程序。取当前光标位置并把AL中的字符显示在屏幕上。整屏可显示80X25个字符。110 write_char:111   push %gs112   pushl %ebx113 #  pushl %eax114   mov $SCRN_SEL, %ebx115   mov %bx, %gs116   movl scr_loc, %ebx117   shl $1, %ebx118   movb %al, %gs:(%ebx)119   shr $1, %ebx120   incl %ebx121   cmpl $2000, %ebx122   jb 1f123   movl $0, %ebx124 1:  movl %ebx, scr_loc  125   popl %ebx126   pop %gs127   ret128 129 # 以下是3个中断处理程序:默认中断、定时中断和系统调用中断。130 # ignore_int是默认的中断处理程序,若系统产生了其他中断,则会载屏幕显示一个字符‘C’。131 .align  2  # align是对齐的指令  (注意:之后来好好研究一下关于对齐这个问题)    132 ignore_int:133   push  %ds134   pushl  %eax135   movl  $0x10, %eax    # 首先让DS指向内核数据段,因为中断程序属于内核。136   mov    %ax, %ds137   movl  $67, %eax     # 在AL中存放字符'C'的代码,调用显示程序显示在屏幕上。138   call  write_char139   popl  %eax140   pop    %ds141   iret142   143 # 这是定时中断处理程序。其中主要执行任务切换操作。  144 .align  2145 timer_interrupt:146   push  %ds147   pushl  %eax148   movl  $0x10, %eax     # 首先让DS指向内核数据段。这两句不要不影响。149   mov    %ax, %ds150   movb  $0x20, %al      # 然后立刻允许其他硬件中断,则向8253发送EOI命令。 这两句必须要!151   outb  %al, $0x20152   movl  $1, %eax153   cmpl  %eax, current154   je 1f155   movl  %eax, current    # 若当前任务是0,则把1存入current,并跳转到任务1156   ljmp  $TSS1_SEL, $0    # 去执行。注意跳转的偏移值无用,但需要写上。157   jmp    2f158 1:  movl  $0, current    # 若当前任务是1,则把0存入current,并跳转到任务0159   ljmp  $TSS0_SEL, $0160 2:  popl  %eax161   pop    %ds162   iret163   164 # 系统调用中断int0x80处理程序。该示例只有一个显示字符功能。165 # 说明:system_interrup这个中断处理程序将由两个任务来调用。  166 .align  2167 system_interrupt:168   push  %ds169   pushl  %edx170   push  %ecx171   pushl  %ebx172   pushl  %eax173   movl  $0x10, %edx    # 首先让DS指向内核数据段174   mov  %dx, %ds175   call  write_char     # 然后调用显示字符子程序write_char, 显示AL中的字符176   popl  %eax177   popl  %ebx178   popl  %ecx179   popl  %edx180   pop  %ds181   iret182   183 /*****************************************************************/184 current:  .long 0       # 当前任务号(0或1)。185 scr_loc:  .long 0       # 屏幕显示位置。按从左上角到右下角顺序显示。186 187 .align  2188 lidt_opcode:189   .word  256*8-1      # 加载IDTR寄存器的6字节操作数:表长度和基地址。190   .long  idt191 lgdt_opcode:192   .word  (end_gdt-gdt)-1  # 这个16位数表示GDT的段限长(注意:书P88:限长为0表示有1个有效字节。因为段描述符总是8字节长,因此GDT的限长值应该设置成总是8的倍   数减1(即8N-1))  问:1.N在哪里?193   .long  gdt        # 这个32位数表示GDT的基地址194   195 .align  8 196 idt:  .fill  256,8,0    # IDT表空间。每个门描述符8字节,共占用2KB字节。(注:.fill伪指令???)197 198 gdt:  .quad  0x0000000000000000  # GDT表。第1个描述符不用。199   .quad  0x00c09a00000007ff    # 第2个是内核代码段描述符。其选择符是0x08。200   .quad  0x00c09200000007ff    # 第3个是内核数据段描述符。其选择符是0x10。201   .quad  0x00c0920b80000002    # 第4个是显示内存段描述符。其选择符是0x18。202   .word  0x68, tss0, 0xe900, 0x0  # 第5个是TSS0段的描述符。其选择符是0x20203   .word  0x40, ldt0, 0xe200, 0x0  # 第6个是LDT0段的描述符。其选择符是0x28204   .word  0x68, tss1, 0xe900, 0x0  # 第7个是TSS1段的描述符。其选择符是0x30205   .word  0x40, ldt1, 0xe200, 0x0  # 第8个是LDT1段的描述符。其选择符是0x38206 end_gdt:207   .fill  128,4,0          # 初始内核堆栈空间(问:.fill是什么意思?)208 init_stack:209   .long  init_stack         # 堆栈段偏移位置。210   .word  0x10            # 堆栈段同内核数据段211 # 下面是任务0的LDT表段中的局部段描述符。212 .align 8213 ldt0:  .quad  0x0000000000000000    # 第1个描述符,不用。214   .quad  0x00c0fa00000003ff       # 第2个局部代码段描述符,对应选择符是0x0f215   .quad  0x00c0f200000003ff       # 第3个局部数据段描述符,对应选择符是0x17216 # 下面是任务0的TSS段的内容。注意其中标号等字段在任务切换时不会改变。217 tss0:  .long  0            /* back link */218   .long  krn_stk0, 0x10      /* esp0, ss0 */219   .long  0, 0, 0, 0, 0      /* esp1, ss1, esp2, ss2, cr3 */220   .long  0, 0, 0, 0, 0      /* eip,  eflags, eax, ecx, edx */221   .long  0, 0, 0, 0, 0      /* ebx, esp, ebp, esi, edi */222   .long  0, 0, 0, 0, 0, 0    /* es, cs, ss, ds, fs, gs */223   .long  LDT0_SEL, 0x8000000    /* ldt, trace bitmap */224     225   .fill  128, 4, 0        # 这是任务0的内核栈空间。226 krn_stk0:227   228 # 下面是任务1的LDT表段内容和TSS段内容229 .align 8230 ldt1:  .quad  0x0000000000000000    # 第1个描述符,不用231   .quad  0x00c0fa00000003ff       # 选择符是0x0f,基地址=0x00000。232   .quad  0x00c0f200000003ff       # 选择符是0x17,基地址=0x00000。233 234 tss1:  .long  0            /* back link */235   .long  krn_stk1, 0x10      /* esp0, ss0 */236   .long  0, 0, 0, 0, 0      /* esp1, ss1, esp2, ss2, cr3 */237   .long  task1, 0x200      /* eip,  eflags */238   .long  0, 0, 0, 0        /* eax, ecx, edx, ebx */239   .long  usr_stk1, 0, 0, 0    /* esp, ebp, esi, edi */240   .long  0x17, 0x0f, 0x17, 0x17, 0x17, 0x17  /* es, cs, ss, ds, fs, gs */241   .long  LDT1_SEL, 0x8000000    /* ldt, trace bitmap */242     243   .fill  128, 4, 0      # 这是任务1的内核栈空间。其用户栈直接使用初始栈空间。244 krn_stk1:245 246 # 下面是任务0和任务1的程序,他们分别循环显示字符'A'和'B'。247 task0:248   movl  $0x17, %eax     # 首先让DS指向任务的局部数据段。249   movw  %ax, %ds      # 因为任务没有使用局部数据,所以这两句可省略。250   movb  $65, %al      # 把需要显示的字符'A'放入寄存器中。251   int  $0x80        # 执行系统调用,显示字符。252   movl  $0xfff, %ecx    # 执行循环,起延时作用。253 1:  loop  1b254   jmp  task0        # 跳转到任务代码开始处继续显示字符。255 task1:256   movb  $66, %al      # 把需要显示的字符'B'放入寄存器中。257   int  $0x80        # 执行系统调用,显示字符。258   movl  $0xfff, %ecx    # 执行循环,起延时作用。259 1:  loop  1b260   jmp  task1        # 跳转到任务代码开始处继续显示字符。261 262   .fill  128,4,0      # 这是任务1的用户栈空间。263 usr_stk1: