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自己动手写一个操作系统——我们能做什么,我们需要做什么

 山峰云绕 2023-04-07 发布于贵州

计算机启动流程

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第一条指令

在开机的一瞬间,也就是上电的一瞬间,CPU 的 CS:IP 寄存器被硬件强制初始化为 0xF000:0xFFF0。
CS:IP 就是 PC 指针,也就是 CPU 下一条要执行的指令的地址。
我们可以使用 qemu 模拟器进行验证:

$ qemu-system-i386 -S -s

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输入 info registers,就可以看到 CPU 上电时寄存器状态:
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BIOS

由于开机时处于实模式,段基址(CS)要左移 4 位,于是 0xF000:0xFFF0 的等效地址是 0xFFFF0。此地址便是 BIOS 的入口地址。
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不过,0xffff0 到地址最高处 0xfffff 只有 16 字节的空间,BIOS 又要检测硬件,做各种初始化工作,还要建立中断向量表,显然 16 字节干不了这么多活。这说明 BIOS 真正的代码不在这,那此处的代码只能是个跳转指令。上表也有介绍,将会跳转到 f000:e05b
接下来 BIOS 便马不停蹄地检测内存、显卡等外设信息,当检测通过,并初始化好硬件后,开始在内存中 0x000~0x3FF 处建立中断向量表 IVT 并填写中断例程。
接着 BIOS 检查第一块硬盘的 0 盘 0 道 1 扇区,如果该扇区的最后两个字节是 0x55 和 0xAA,就说明这个扇区是 MBR,可以从这里引导。BIOS 便将这 512 字节从硬盘拷贝到内存的 0x7c00 处,并跳转到 0x7c00,控制权便交给了 MBR。
计算机执行到这份上,BIOS 也即将完成自己的历史使命了。
一直到这里,我们程序员都无法干预,从这里开始,程序员才能插手。
如下图,虚线左侧部分属于硬件部分(BIOS 固件也理解为硬件),我们无法干预。从虚线右侧开始,我们才能干预。
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MBR

我们从 MBR 处开始接手 CPU 控制权。我们写的第一个程序就是 MBR(我将其称之为 boot)。

loader

由于 MBR 比较小,只有 512 字节,能完成的任务有限。所以,在 MBR 代码里我们将 loader 加载到内存,然后跳转过去。

kernel

loader 最终将 kernel 加载到内存,然后跳转过去。

总结

所以,接下来我们就一步一步编写 MBR、loader 和 kernel。

https://liyongjun.blog.csdn.net/article/details/128754892

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