linux0.11内核分析-setup

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上一节讲解了bootsect，由bootsect加载setup进入内存，最后jmpi 0,SETUPSEG跳转到setup程序处。

INITSEG  = 0x9000   ! we move boot here - out of the way
SYSSEG   = 0x1000   ! system loaded at 0x10000 (65536).
SETUPSEG = 0x9020   ! this is the current segment

    mov ax,#INITSEG ! this is done in bootsect already, but...
    mov ds,ax
    mov ah,#0x03    ! read cursor pos
    xor bh,bh
    int 0x10        ! save it in known place, con_init fetches
    mov [0],dx      ! it from 0x90000.

先把ds设置成 0x9000，这个段地址在加载bootsect时候讲过，就是bootsect从0x07c00地址复制到 0x90000地址，
bios 10号中断,功能ah=0x03表示读取光标，
输入参数是bh，
返回参数ch=扫描开始线，cl=扫描结束线
dh=行号，dl=列号
mov [0],dx如同mov ds:[0],dx,保存了行号和列号,也就是说0x90000处保存了行号和列号。

mov ah,#0x88
int 0x15
mov [2],ax

bios 15号中断，功能号ah=0x88表示获取扩展内存的大小（KB）
返回参数：ax=从0x100000（1MB）处开始的扩展内存大小（KB）
如果出错则cf=1，ax=出错码


    mov ah,#0x0f
    int 0x10
    mov [4],bx      ! bh = display page
    mov [6],ax      ! al = video mode, ah = window width

bios 10号中断，功能号ah=0x0f表示获取显卡显示模式
返回参数：ah=字符列数，al=显示模式，hb=当前显示页
0x9000:0x0004存放当前显示页
0x9000:0x0006存放显示模式
0x9000:0x0007存放字符列数

    mov ah,#0x12
    mov bl,#0x10
    int 0x10
    mov [8],ax
    mov [10],bx
    mov [12],cx

检查显示方式（EGA/VGA）并获取参数
bios 10号中断
ah=0x12 ，bl = 0x10

返回参数：
bh=显示状态， 0x00-彩色模式，I/O端口=0x3dX，0x01-单色模式，I/O端口=0x3bX
bl = 安装的显示内存，0x00-64K,0x01-128K,0x02-192K,0x03-256K
cx=显卡特性参数

程序执行后
0x9000：0x000A = 安装的显示内存
0x9000：0x000B = 显示状态
0x9000：0x000C = 显卡特性参数

! Get hd0 data

    mov ax,#0x0000
    mov ds,ax
    lds si,[4*0x41]
    mov ax,#INITSEG
    mov es,ax
    mov di,#0x0080
    mov cx,#0x10
    rep
    movsb

获取第一个硬盘的信息,这里用到41号中断。
bios中断向量表中的每个中断向量大小是4字节。这4字节描述了一个中断处理例程（程序）的段基址和段内偏移地址。因为中断向量表的长度为1024字节，故该表最多容纳256个中断向量处理程序。计算机启动之初，中断向量表中的中断例程是由BIOS建立的，它从物理内存地址0x0000处初始化并在中断向量表中添加各种处理例程。
[4*0x41]这个就表示41号中断的物理偏移地址，段地址就是ds。
lds si,[4*0x41] 取4个字节，前2个字节放在si寄存器中，后2个字节放在ds寄存器中。
rep movsb在前一节已经讲过类似的，这里不再详说。
movsb的功能是将ds:si指向的内存单元中的字节送入es:di中，注意这里是字节，这样就是把ds:si地址的数据复制到0x9000:0x0080地址，复制10个字节数据。

! Check that there IS a hd1 :-)

    mov ax,#0x01500
    mov dl,#0x81
    int 0x13
    jc  no_disk1
    cmp ah,#3
    je  is_disk1
no_disk1:
    mov ax,#INITSEG
    mov es,ax
    mov di,#0x0090
    mov cx,#0x10
    mov ax,#0x00
    rep
    stosb

检查系统是否存在第2个硬盘，如果不存在则第2个表清0。
利用13号中断
功能号：ah = 0x15
输入：dl = 驱动号（0x8X是硬盘:0x80指第1个硬盘，0x81第2个硬盘）
输出：ah=类型码，00-没有这个盘，CF置位；01-软驱，没有change-line支持，03-软驱（或者其他可移动设备），有change-line支持；03-硬盘。

is_disk1:

! now we want to move to protected mode ...

    cli         ! no interrupts allowed !

! first we move the system to it's rightful place

    mov ax,#0x0000
    cld         ! 'direction'=0, movs moves forward
do_move:
    mov es,ax       ! destination segment
    add ax,#0x1000
    cmp ax,#0x9000
    jz  end_move
    mov ds,ax       ! source segment
    sub di,di
    sub si,si
    mov     cx,#0x8000
    rep
    movsw
    jmp do_move

执行到标号is_disk1处，就要进入保护模式了。
cli关中断，此时不再响应中断信号，因为要把system复制到0x0000位置，会覆盖bios中断。
cld cld用来操作方向标志位DF（Direction Flag）。cld使DF 复位，即是让DF=0，std使DF置位，即DF=1.这两个指令用于串操作指令中。通过执行cld或std指令可以控制方向标志DF，决定内存地址是增大（DF=0，向高地址增加）还是减小（DF=1，向地地址减小）。

在实模式下，寻址一个内存地址主要是使用段和偏移值，段值被存放在段寄存器中，并且段的最大长度被固定为64KB，段内偏移地址存放在任意一个可用寻址的寄存器中，因此根据段寄存器和偏移寄存器中的值，就可以算出实际内存的地址。

实模式下寻址

在保护模式下，段寄存器中存放的不再是寻址段的基地址，而是一个一个索引，称为段选择符，由段选择符从全局描述符表或者局部描述符表中找到8个字节长的段描述符，从而确定关于这个段的全部描述信息。

保护模式下寻址

段选择符

RPL(RequestedPrivilege Level): 请求特权级，表示将要访问的特权级，取值范围0~3。
TI(TableIndicator): TI=0指示从全局描述符表GDT中读取描述符；TI=1指示从局部描述符表LDT中读取描述符。
index: 索引，指出要访问描述符在段描述符表中的顺序号，index占13位，因为顺序号的范围是0~8191，每个段描述符表中最多有8192个描述符。
有一个特殊的选择子称为空(Null)选择子，它的Index=0，TI=0，而RPL字段可以为任意值。空选择子有特定的用途，当用空选择子进行存储访问时会引起异常。空选择子是特别定义的，它不对应于全局描述符表GDT中的第0个描述符，因此处理器中的第0个描述符总不被处理器访问，一般把它置成全0。但当TI=1时，Index为0的选择子不是空选择子，它指定了当前任务局部描述符表LDT中的第0个描述符。

因此。在进入保护模式之前，必须首先设置好将要用到的段描述符，然后使用指令lgdt把描述符表的基地址告知CPU（gdt表的基地址存入gdtr寄存器），再将机器状态字的保护模式标志置位即可进入32位保护运行模式。

end_move:
    mov ax,#SETUPSEG    ! right, forgot this at first. didn't work :-)
    mov ds,ax
    ！idt刚被加载，一条数据也没有
    lidt    idt_48      ! load idt with 0,0
    lgdt    gdt_48      ! load gdt with whatever appropriate

! that was painless, now we enable A20

    call    empty_8042
    mov al,#0xD1        ! command write
    out #0x64,al
    call    empty_8042
    mov al,#0xDF        ! A20 on
    out #0x60,al
    call    empty_8042

IDTR(中断描述符表寄存器)和IDT(中断描述符表)的关系

图片来源英特尔® 64 位和 IA-32 架构开发人员手册：卷 3A 第196页
idt limit是描述符表的长度值（字节）。
idt base Address 是描述符表的32位线性基地址。
中断描述符表中的每一个表项（8字节）指出发生中断时需要调用的代码信息，与中断向量有些相似，但要包含更多的信息。

图片来源英特尔® 64 位和 IA-32 架构开发人员手册：卷 3A 第103页

idt_48:
    .word   0           ! idt limit=0
    .word   0,0         ! idt base=0L
gdt_48:
    .word   0x800       ! gdt limit=2048, 256 GDT entries
    .word   512+gdt,0x9 ! gdt base = 0X9xxxx

此时此刻内核尚未真正运行起来，还没有进程，所以现在创建的GDT表的第一项为空，第二项为内核代码段描述符，第三项为内核数据段描述符，其余项皆为空。
idt表虽然已经设置，实为一张空表，原因是目前已经关中断，无需调用中断服务程序。

打开A20，意味着CPU可以进行32位寻址，最大寻址空间为4GB。
CPU 在保护模式下，int 0x00~0x1F 被 Intel 保留作为内部（不可屏蔽）中断和异常中断。如果不对 8259A 进行重新编程，int 0x00~0x1F 将被覆盖。例如，IRQ0 （时钟中断）为 8 号（int 0x08）中断，但在保护模式下此中断号是 Intel 保留的“Double Fault”（双重故障）。因此，必须对 8259A 编程将原来的 IRQ0x00~IRQ0x0F 对应的中断号重新分布，即在保护模式下，IRQ0x00~IRQ0x0F 的中断号是 int 0x20~int 0x2F。

mov al,#0x11        ! initialization sequence
   out #0x20,al        ! send it to 8259A-1
   .word   0x00eb,0x00eb       ! jmp $+2, jmp $+2
   out #0xA0,al        ! and to 8259A-2
   .word   0x00eb,0x00eb
   mov al,#0x20        ! start of hardware int's (0x20)
   out #0x21,al
   .word   0x00eb,0x00eb
   mov al,#0x28        ! start of hardware int's 2 (0x28)
   out #0xA1,al
   .word   0x00eb,0x00eb
   mov al,#0x04        ! 8259-1 is master
   out #0x21,al
   .word   0x00eb,0x00eb
   mov al,#0x02        ! 8259-2 is slave
   out #0xA1,al
   .word   0x00eb,0x00eb
   mov al,#0x01        ! 8086 mode for both
   out #0x21,al
   .word   0x00eb,0x00eb
   out #0xA1,al
   .word   0x00eb,0x00eb
   mov al,#0xFF        ! mask off all interrupts for now
   out #0x21,al
   .word   0x00eb,0x00eb
   out #0xA1,al

! well, that certainly wasn't fun :-(. Hopefully it works, and we don't
! need no steenking BIOS anyway (except for the initial loading :-).
! The BIOS-routine wants lots of unnecessary data, and it's less
! "interesting" anyway. This is how REAL programmers do it.
!
! Well, now's the time to actually move into protected mode. To make
! things as simple as possible, we do no register set-up or anything,
! we let the gnu-compiled 32-bit programs do that. We just jump to
! absolute address 0x00000, in 32-bit protected mode.
    mov ax,#0x0001  ! protected mode (PE) bit
    lmsw    ax      ! This is it!
    jmpi    0,8     ! jmp offset 0 of segment 8 (cs)

这个时候，正式进入保护模式，CR0控制寄存器的PE置位。
段寄存器cs的值是8，不过此时不再是基地址，而是保护模式下的段选择符，段选择符是16位的数据，8用二进制表示就是0b0000 0000 0000 1000，第0到1位表示特权级别，第2位的0表示使用全局描述符表，第3位的1表示索引，所以jmpi 0,8就是请求特权级0，使用全局描述符表中的第一项，由于上面我们设置过gdt，这个基地址就是0，也就是跳转去执行system中的代码，system的头部就是head，下一节继续讲解head.s

图片来源英特尔® 64 位和 IA-32 架构开发人员手册：卷 3A 第76页