pmtest7.asm

自己动手写操作系统一书中附带光盘中的源代码

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; pmtest7.asm
; 编译方法：nasm pmtest7.asm -o pmtest7.com
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%include	"pm.inc"	; 常量, 宏, 以及一些说明

PageDirBase		equ	200000h	; 页目录开始地址:	2M
PageTblBase		equ	201000h	; 页表开始地址:		2M + 4K

org	0100h
	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_NORMAL:	Descriptor	       0,            0ffffh, DA_DRW		; Normal 描述符
LABEL_DESC_PAGE_DIR:	Descriptor   PageDirBase,              4095, DA_DRW		; Page Directory
LABEL_DESC_PAGE_TBL:	Descriptor   PageTblBase,      4096 * 8 - 1, DA_DRW		; Page Tables
LABEL_DESC_CODE32:	Descriptor	       0,  SegCode32Len - 1, DA_C + DA_32	; 非一致代码段, 32
LABEL_DESC_CODE16:	Descriptor	       0,            0ffffh, DA_C		; 非一致代码段, 16
LABEL_DESC_DATA:	Descriptor	       0,	DataLen - 1, DA_DRW		; Data
LABEL_DESC_STACK:	Descriptor	       0,        TopOfStack, DA_DRWA + DA_32	; Stack, 32 位
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
SelectorNormal		equ	LABEL_DESC_NORMAL	- LABEL_GDT
SelectorPageDir		equ	LABEL_DESC_PAGE_DIR	- LABEL_GDT
SelectorPageTbl		equ	LABEL_DESC_PAGE_TBL	- LABEL_GDT
SelectorCode32		equ	LABEL_DESC_CODE32	- LABEL_GDT
SelectorCode16		equ	LABEL_DESC_CODE16	- LABEL_GDT
SelectorData		equ	LABEL_DESC_DATA		- LABEL_GDT
SelectorStack		equ	LABEL_DESC_STACK	- LABEL_GDT
SelectorVideo		equ	LABEL_DESC_VIDEO	- LABEL_GDT
; END of [SECTION .gdt]

[SECTION .data1]	 ; 数据段
ALIGN	32
[BITS	32]
LABEL_DATA:
; 实模式下使用这些符号
; 字符串
_szPMMessage:			db	"In Protect Mode now. ^-^", 0Ah, 0Ah, 0	; 进入保护模式后显示此字符串
_szMemChkTitle:			db	"BaseAddrL BaseAddrH LengthLow LengthHigh   Type", 0Ah, 0	; 进入保护模式后显示此字符串
_szRAMSize			db	"RAM size:", 0
_szReturn			db	0Ah, 0
; 变量
_wSPValueInRealMode		dw	0
_dwMCRNumber:			dd	0	; Memory Check Result
_dwDispPos:			dd	(80 * 6 + 0) * 2	; 屏幕第 6 行, 第 0 列。
_dwMemSize:			dd	0
_ARDStruct:			; Address Range Descriptor Structure
	_dwBaseAddrLow:		dd	0
	_dwBaseAddrHigh:	dd	0
	_dwLengthLow:		dd	0
	_dwLengthHigh:		dd	0
	_dwType:		dd	0

_MemChkBuf:	times	256	db	0

; 保护模式下使用这些符号
szPMMessage		equ	_szPMMessage	- $$
szMemChkTitle		equ	_szMemChkTitle	- $$
szRAMSize		equ	_szRAMSize	- $$
szReturn		equ	_szReturn	- $$
dwDispPos		equ	_dwDispPos	- $$
dwMemSize		equ	_dwMemSize	- $$
dwMCRNumber		equ	_dwMCRNumber	- $$
ARDStruct		equ	_ARDStruct	- $$
	dwBaseAddrLow	equ	_dwBaseAddrLow	- $$
	dwBaseAddrHigh	equ	_dwBaseAddrHigh	- $$
	dwLengthLow	equ	_dwLengthLow	- $$
	dwLengthHigh	equ	_dwLengthHigh	- $$
	dwType		equ	_dwType		- $$
MemChkBuf		equ	_MemChkBuf	- $$

DataLen			equ	$ - LABEL_DATA
; END of [SECTION .data1]


; 全局堆栈段
[SECTION .gs]
ALIGN	32
[BITS	32]
LABEL_STACK:
	times 512 db 0

TopOfStack	equ	$ - LABEL_STACK - 1

; END of [SECTION .gs]


[SECTION .s16]
[BITS	16]
LABEL_BEGIN:
	mov	ax, cs
	mov	ds, ax
	mov	es, ax
	mov	ss, ax
	mov	sp, 0100h

	mov	[LABEL_GO_BACK_TO_REAL+3], ax
	mov	[_wSPValueInRealMode], sp

	; 得到内存数
	mov	ebx, 0
	mov	di, _MemChkBuf
.loop:
	mov	eax, 0E820h
	mov	ecx, 20
	mov	edx, 0534D4150h
	int	15h
	jc	LABEL_MEM_CHK_FAIL
	add	di, 20
	inc	dword [_dwMCRNumber]
	cmp	ebx, 0
	jne	.loop
	jmp	LABEL_MEM_CHK_OK
LABEL_MEM_CHK_FAIL:
	mov	dword [_dwMCRNumber], 0
LABEL_MEM_CHK_OK:

	; 初始化 16 位代码段描述符
	mov	ax, cs
	movzx	eax, ax
	shl	eax, 4
	add	eax, LABEL_SEG_CODE16
	mov	word [LABEL_DESC_CODE16 + 2], ax
	shr	eax, 16
	mov	byte [LABEL_DESC_CODE16 + 4], al
	mov	byte [LABEL_DESC_CODE16 + 7], ah

	; 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

	; 初始化数据段描述符
	xor	eax, eax
	mov	ax, ds
	shl	eax, 4
	add	eax, LABEL_DATA
	mov	word [LABEL_DESC_DATA + 2], ax
	shr	eax, 16
	mov	byte [LABEL_DESC_DATA + 4], al
	mov	byte [LABEL_DESC_DATA + 7], ah

	; 初始化堆栈段描述符
	xor	eax, eax
	mov	ax, ds
	shl	eax, 4
	add	eax, LABEL_STACK
	mov	word [LABEL_DESC_STACK + 2], ax
	shr	eax, 16
	mov	byte [LABEL_DESC_STACK + 4], al
	mov	byte [LABEL_DESC_STACK + 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 Code32Selector:0  处

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LABEL_REAL_ENTRY:		; 从保护模式跳回到实模式就到了这里
	mov	ax, cs
	mov	ds, ax
	mov	es, ax
	mov	ss, ax

	mov	sp, [_wSPValueInRealMode]

	in	al, 92h		; ┓
	and	al, 11111101b	; ┣ 关闭 A20 地址线
	out	92h, al		; ┛

	sti			; 开中断

	mov	ax, 4c00h	; ┓
	int	21h		; ┛回到 DOS
; END of [SECTION .s16]


[SECTION .s32]; 32 位代码段. 由实模式跳入.
[BITS	32]

LABEL_SEG_CODE32:
	mov	ax, SelectorData
	mov	ds, ax			; 数据段选择子
	mov	ax, SelectorData
	mov	es, ax
	mov	ax, SelectorVideo
	mov	gs, ax			; 视频段选择子

	mov	ax, SelectorStack
	mov	ss, ax			; 堆栈段选择子

	mov	esp, TopOfStack


	; 下面显示一个字符串
	push	szPMMessage
	call	DispStr
	add	esp, 4

	push	szMemChkTitle
	call	DispStr
	add	esp, 4

	call	DispMemSize		; 显示内存信息

	call	SetupPaging		; 启动分页机制

	; 到此停止
	jmp	SelectorCode16:0

; 启动分页机制 --------------------------------------------------------------
SetupPaging:
	; 根据内存大小计算应初始化多少PDE以及多少页表
	xor	edx, edx
	mov	eax, [dwMemSize]
	mov	ebx, 400000h	; 400000h = 4M = 4096 * 1024, 一个页表对应的内存大小
	div	ebx
	mov	ecx, eax	; 此时 ecx 为页表的个数，也即 PDE 应该的个数
	test	edx, edx
	jz	.no_remainder
	inc	ecx		; 如果余数不为 0 就需增加一个页表
.no_remainder:
	push	ecx		; 暂存页表个数

	; 为简化处理, 所有线性地址对应相等的物理地址. 并且不考虑内存空洞.

	; 首先初始化页目录
	mov	ax, SelectorPageDir	; 此段首地址为 PageDirBase
	mov	es, ax
	xor	edi, edi
	xor	eax, eax
	mov	eax, PageTblBase | PG_P  | PG_USU | PG_RWW
.1:
	stosd
	add	eax, 4096		; 为了简化, 所有页表在内存中是连续的.
	loop	.1

	; 再初始化所有页表
	mov	ax, SelectorPageTbl	; 此段首地址为 PageTblBase
	mov	es, ax
	pop	eax			; 页表个数
	mov	ebx, 1024		; 每个页表 1024 个 PTE
	mul	ebx
	mov	ecx, eax		; PTE个数 = 页表个数 * 1024
	xor	edi, edi
	xor	eax, eax
	mov	eax, PG_P  | PG_USU | PG_RWW
.2:
	stosd
	add	eax, 4096		; 每一页指向 4K 的空间
	loop	.2

	mov	eax, PageDirBase
	mov	cr3, eax
	mov	eax, cr0
	or	eax, 80000000h
	mov	cr0, eax
	jmp	short .3
.3:
	nop

	ret
; 分页机制启动完毕 ----------------------------------------------------------



DispMemSize:
	push	esi
	push	edi
	push	ecx

	mov	esi, MemChkBuf
	mov	ecx, [dwMCRNumber]	;for(int i=0;i<[MCRNumber];i++) // 每次得到一个ARDS(Address Range Descriptor Structure)结构
.loop:					;{
	mov	edx, 5			;	for(int j=0;j<5;j++)	// 每次得到一个ARDS中的成员，共5个成员
	mov	edi, ARDStruct		;	{			// 依次显示：BaseAddrLow，BaseAddrHigh，LengthLow，LengthHigh，Type
.1:					;
	push	dword [esi]		;
	call	DispInt			;		DispInt(MemChkBuf[j*4]); // 显示一个成员
	pop	eax			;
	stosd				;		ARDStruct[j*4] = MemChkBuf[j*4];
	add	esi, 4			;
	dec	edx			;
	cmp	edx, 0			;
	jnz	.1			;	}
	call	DispReturn		;	printf("\n");
	cmp	dword [dwType], 1	;	if(Type == AddressRangeMemory) // AddressRangeMemory : 1, AddressRangeReserved : 2
	jne	.2			;	{
	mov	eax, [dwBaseAddrLow]	;
	add	eax, [dwLengthLow]	;
	cmp	eax, [dwMemSize]	;		if(BaseAddrLow + LengthLow > MemSize)
	jb	.2			;
	mov	[dwMemSize], eax	;			MemSize = BaseAddrLow + LengthLow;
.2:					;	}
	loop	.loop			;}
					;
	call	DispReturn		;printf("\n");
	push	szRAMSize		;
	call	DispStr			;printf("RAM size:");
	add	esp, 4			;
					;
	push	dword [dwMemSize]	;
	call	DispInt			;DispInt(MemSize);
	add	esp, 4			;

	pop	ecx
	pop	edi
	pop	esi
	ret

%include	"lib.inc"	; 库函数

SegCode32Len	equ	$ - LABEL_SEG_CODE32
; END of [SECTION .s32]


; 16 位代码段. 由 32 位代码段跳入, 跳出后到实模式
[SECTION .s16code]
ALIGN	32
[BITS	16]
LABEL_SEG_CODE16:
	; 跳回实模式:
	mov	ax, SelectorNormal
	mov	ds, ax
	mov	es, ax
	mov	fs, ax
	mov	gs, ax
	mov	ss, ax

	mov	eax, cr0
	and	al, 11111110b
	mov	cr0, eax

LABEL_GO_BACK_TO_REAL:
	jmp	0:LABEL_REAL_ENTRY	; 段地址会在程序开始处被设置成正确的值

Code16Len	equ	$ - LABEL_SEG_CODE16

; END of [SECTION .s16code]