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[操作系统]Linux内核系列—操作系统开发之进入32位保护模式


源码如下:

; ==========================================; pmtest1.asm; 编译方法:nasm pmtest1.asm -o pmtest1.bin; ==========================================%include	"pm.inc"	; 常量, 宏, 以及一些说明org	07c00h	jmp	LABEL_BEGIN[SECTION .gdt]; GDT;                                     段基址,    段界限   ,               属性LABEL_GDT:	           Descriptor     0,        0,                     0         ; 空描述符LABEL_DESC_CODE32: Descriptor      0,       SegCode32Len - 1,  DA_C + DA_32  ; 非一致代码段LABEL_DESC_VIDEO:  Descriptor  0B8000h,   0ffffh,               DA_DRW	    ; 显存首地址; GDT 结束GdtLen		equ	$ - LABEL_GDT	; GDT长度GdtPtr		dw	GdtLen - 1	; GDT界限					dd	0		; GDT基地址; GDT 选择子SelectorCode32		equ	LABEL_DESC_CODE32	- LABEL_GDTSelectorVideo		equ	LABEL_DESC_VIDEO	- LABEL_GDT; END of [SECTION .gdt][SECTION .s16][BITS	16]LABEL_BEGIN:	mov	ax, cs	mov	ds, ax	mov	es, ax	mov	ss, ax	mov	sp, 0100h	; 初始化 32 位代码段描述符	xor	eax, eax	mov	ax, cs	shl	eax, 4	add	eax, LABEL_SEG_CODE32	mov	word [LABEL_DESC_CODE32 + 2], ax	shr	eax, 16	mov	byte [LABEL_DESC_CODE32 + 4], al	mov	byte [LABEL_DESC_CODE32 + 7], ah	; 为加载 GDTR 作准备	xor	eax, eax	mov	ax, ds	shl	eax, 4	add	eax, LABEL_GDT		; eax <- gdt 基地址	mov	dword [GdtPtr + 2], eax	; [GdtPtr + 2] <- gdt 基地址	; 加载 GDTR	lgdt	[GdtPtr]	; 关中断	cli	; 打开地址线A20	in	al, 92h	or	al, 00000010b	out	92h, al	; 准备切换到保护模式	mov	eax, cr0	or	eax, 1	mov	cr0, eax	; 真正进入保护模式	jmp	dword SelectorCode32:0	; 执行这一句会把 SelectorCode32 装入 cs,					; 并跳转到 SelectorCode32:0 处; END of [SECTION .s16][SECTION .s32]; 32 位代码段. 由实模式跳入.[BITS	32]LABEL_SEG_CODE32:	mov	ax, SelectorVideo	mov	gs, ax			; 视频段选择子(目的)	mov	edi, (80 * 11 + 79) * 2	; 屏幕第 11 行, 第 79 列。	mov	ah, 0Ch			; 0000: 黑底  1100: 红字	mov	al, 'P'	mov	[gs:edi], ax	; 到此停止	jmp	$SegCode32Len	equ	$ - LABEL_SEG_CODE32; END of [SECTION .s32]

运行结果如下,在屏幕最右边有一个红色的P:

源码解析:

1.首先程序跳转至LABEL_BEGIN处,jmp LABEL_BEGIN。将ds、es、ss段寄存器全部初始化为当前代码段。

2.初始化32位代码段描述符

在实模式下,也就是8086的16位的CPU的寻址方式是段x16+偏移,而在保护模式下,段寄存器值变成了一个索引,这个索引指向段描述符,也就是GDT中对应的那个描述符,描述符中包含了最终的基地址。

 38-41行表示将当前程序代码段左移4位也就是x16,再加上LABEL_SEG_CODE32的偏移地址,最终形成LABEL_SEG_CODE32的物理地址,42-45表示把此物理地址加载到段描述符对应的段基址位置,段描述符格式如下图所示

段基地址0-15位也就是LABEL_DESC_CODE32 + 2地址处,将16位的ax传入,第43行向右移动16位表示已经传入的16位消除,然后将剩余的两个8位高低寄存器值传入对应的段基地址处。

Descriptor是在pm.inc中定义的宏,如下图所示,表示的就是段描述符的格式:

3.加载GDTR,GDRT的结构图如下所示

GDTR是唯一的一个指向段描述符表的寄存器,48-55行就是把段描述符表的基地址加载到GDTR寄存器当中。48行清除eax值,49-52是把LABEL_GDT的物理地址加载到20行的GdtPtr的双字处,也就是GDT基地址。55行把GdtPtr地址的内容加载到GDTR,双字节dw对应的是16位界限,双字dd对应的是32位基地址。

4.关中断和打开A20

保护模式下中断处理机制和实模式不同,所以先关闭中断,指令为cli。打开A20为历史原因防止偏移超出最大值时回滚。58-63行

5.切换到保护模式

只要把寄存器cr0的第0位置为1就行了。66-68行

6.真正进入保护模式

jmp dword SelectorCode32:0,这一行是真正进入保护模式的代码,SelectorCode32是个段选择子,段选择子的作用是找到对应的段描述符从而找到对应的段基地址。段选择子的格式如下图所示

从位3开始表示为段描述符表的索引,这句代码执行完之后就会把描述符LABEL_DESC_CODE32中的段基址也就是LABEL_SEG_CODE32加载到cs。

dword的作用是因为当前还是16位的代码,如果没有dword,SelectorCode32:0的偏移地址如果超出16位那么只会截取16位。

 

到此已经完全进入32位保护模式了。