Write Your Own Operating System Tutorial Write Your Own Operating System Tutorial 操作系统DIY手册 © 2001 by Joel Gompert jgompert@cse.unl.edu Translated by Kasi kasicass@163.com 第六课：引导程序 （Lesson 6: Boot Loader） 之前的所有内容，我们都是在引导扇区（the boot sector）鼓捣鼓捣。仅仅512字节的大小，我们甚至不能建立一个稍复杂些的程序，所以，唯一的方法便是突破一个扇区的限制。本课，我们将制作一个引导程序（Boot Loader）放入引导扇区，其会将软盘上的一个可执行文件（executable file）载入内存，并运行之。这个可执行文件可以任意大小，而不必限制于一个扇区（512字节）之内。 制作引导程序（Boot Loader），与前面的内容相比，还是挺复杂的。在此之前，我们必须先了解FAT文件系统（file system）的结构（这里我选用FAT文件系统，当然，你也可以选别的格式）。下面对引导过程（boot loading process）进行简单描述。 从软盘最最开始的地方算起，依次存储了：DOS启动记录（DOS Boot Record，也就是第一个扇区）、文件结构
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（FAT，File Allocation Table）、根目录（Root Directory），接下来是其它的各种文件。（硬盘的结构要复杂许多，还包括主引导记录（MBR，Master Boot Record）和分区（multiple partitions））假设我们写了一个操作系统，编译为LOADER.BIN文件存于软盘，那引导程序（Boot Loader）将这样工作： 1. 载入DOS引导记录（DBR，DOS Boot Record），其中存有DBR、FAT、根目录所占的字节大小，这样，它们在软盘上的位置就知道了。 2. 接着载入根目录（Root Directory）信息。 3. 在根目录上查找名为LOADER.BIN的文件。如果找到，我们可在目录入口（directory entry）中找到文件的位置信息（文件起始于磁盘的哪个簇（cluster，文件存储的最小单位））。若没找到，显示错误信息。 4. 载入文件结构表（FAT, The File Allocation）。 5. 从FAT中，我们可知道LOADER.BIN文件的占用了几个簇（从文件“起始簇”算起）。然后将这些簇中的内容载入内存的特定位置，即将文件LOADER.BIN载入内存。 6. 跳转到所载入之位置，运行我们的操作系统。 从磁盘读取数据，用的也都是BIOS调用。若你想尝试一下，可自己弄清楚如何通过BIOS调用读取磁盘上的数据，并自己写一个引导程序（Boot Loader）。而本课中，为了简便，我使用John S. Fine写的引导程序（FAT12 bootstrap loader，文件BOOT12.ASM既是），并稍作修改。如果你能找到他的“partcopy”工具（BOOT12.ASM内有说明），可按他的方法编译安装（别忘了通知我，那个工具在哪可找到）。否则，就按我们原先所学之方法即可。 这个引导程序使用FAT12文件系统（FAT12 file system，专用于软盘）。对于其它的文件系统（如FAT16、FAT32、NTFS等等），这个引导程序便不适用了。在John Fine的引导程序中，你可进行许多设置，包括：操作系统与FAT数据载入到内存的什么位置、要载入哪个文件。 默认地，引导程序在根目录查找名为LOADER.BIN的文件，并将起载入内存的0x1000:0000的位置（在程序中通过这句定义其位置：#define IMAGE_SEG）。因此，你需要编写一个LOADER.BIN文件存于软盘。 还是用实例来演示。我们将使用第四课的“Hello, World”操作系统，但这里要做一些改动。因为这个文件将载入内存中0x1000:0000的位置，而不是0000:7C00。而且，也没有了DOS引导记录（DOS Boot Record）中关于磁盘的那些信息（0x02到0x3E间的数据）。 在程序的最开始，我们要对数据段（data segment）、堆栈段（stack segment）以及堆栈指针（stack pointer）的寄存器进行初始化。程序代码段（code segment）的位置存于寄存器CS中，而程序所用到的数据也存于代码段，所以数据段寄存器DS的值与CS相等。且对于现在的程序，堆栈段的地址也与CS相同，但以后的程序可能就不同了。下面的初始化的代码： mov ax, cs ; Get the current segment mov ds, ax ; The data is in this segment cli ; disable interrupts while changing stack mov ss, ax ; We'll use this segment for the stack too mov sp, 0xfffe ; Start the stack at the top of the segment sti ; Reenable interrupts 原来程序的最后几行可去掉了，这里无需将程序文件填充到正好一个扇区（sector）大小。其它的代码没什么变化。最后的文件为lesson6.asm。 将其编译并复制到软盘中： nasmw lesson6.asm –o lesson6.bin copy lesson6.bin a:\LOADER.BIN 假设你已安装了那个引导程序（boot loader），即将起写入软盘的第一个扇区，下面，重新启动吧。成功后，你也可将前面几课的程序改装改装，让其可通过现在的引导程序加载，作为练习吧。接下来的课程大部分都将用引导程序来载入我们的操作系统。 终于突破一个扇区的限制了，激动ing。 ~欲知后事，请听下回分解~ 2004.7.26 www.4ngel.net
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