pmtest5.asm

《自己动手写操作系统》于渊（著） 一书的源代码

; ==========================================
; pmtest5.asm
; 编译方法：nasm pmtest5.asm -o pmtest5.com
; ==========================================

%include	"pm.inc"	; 常量, 宏, 以及一些说明

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_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_CODE_DEST:	Descriptor	       0,  SegCodeDestLen - 1, DA_C + DA_32		; 非一致代码段, 32
LABEL_DESC_CODE_RING3:	Descriptor	       0, SegCodeRing3Len - 1, DA_C + DA_32 + DA_DPL3	; 非一致代码段, 32
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_STACK3:	Descriptor	       0,         TopOfStack3, DA_DRWA + DA_32 + DA_DPL3; Stack, 32 位
LABEL_DESC_LDT:		Descriptor	       0,          LDTLen - 1, DA_LDT			; LDT
LABEL_DESC_TSS:		Descriptor	       0,          TSSLen - 1, DA_386TSS		; TSS
LABEL_DESC_VIDEO:	Descriptor	 0B8000h,              0ffffh, DA_DRW + DA_DPL3		; 显存首地址

; 门                                            目标选择子,       偏移, DCount, 属性
LABEL_CALL_GATE_TEST:	Gate		  SelectorCodeDest,          0,      0, DA_386CGate + DA_DPL3
; 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
SelectorCode32		equ	LABEL_DESC_CODE32	- LABEL_GDT
SelectorCode16		equ	LABEL_DESC_CODE16	- LABEL_GDT
SelectorCodeDest	equ	LABEL_DESC_CODE_DEST	- LABEL_GDT
SelectorCodeRing3	equ	LABEL_DESC_CODE_RING3	- LABEL_GDT + SA_RPL3
SelectorData		equ	LABEL_DESC_DATA		- LABEL_GDT
SelectorStack		equ	LABEL_DESC_STACK	- LABEL_GDT
SelectorStack3		equ	LABEL_DESC_STACK3	- LABEL_GDT + SA_RPL3
SelectorLDT		equ	LABEL_DESC_LDT		- LABEL_GDT
SelectorTSS		equ	LABEL_DESC_TSS		- LABEL_GDT
SelectorVideo		equ	LABEL_DESC_VIDEO	- LABEL_GDT

SelectorCallGateTest	equ	LABEL_CALL_GATE_TEST	- LABEL_GDT + SA_RPL3
; END of [SECTION .gdt]

[SECTION .data1]	 ; 数据段
ALIGN	32
[BITS	32]
LABEL_DATA:
SPValueInRealMode	dw	0
; 字符串
PMMessage:		db	"In Protect Mode now. ^-^", 0	; 进入保护模式后显示此字符串
OffsetPMMessage		equ	PMMessage - $$
StrTest:		db	"ABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZ", 0
OffsetStrTest		equ	StrTest - $$
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]


; 堆栈段ring3
[SECTION .s3]
ALIGN	32
[BITS	32]
LABEL_STACK3:
	times 512 db 0
TopOfStack3	equ	$ - LABEL_STACK3 - 1
; END of [SECTION .s3]


; TSS ---------------------------------------------------------------------------------------------
[SECTION .tss]
ALIGN	32
[BITS	32]
LABEL_TSS:
		DD	0			; Back
		DD	TopOfStack		; 0 级堆栈
		DD	SelectorStack		; 
		DD	0			; 1 级堆栈
		DD	0			; 
		DD	0			; 2 级堆栈
		DD	0			; 
		DD	0			; CR3
		DD	0			; EIP
		DD	0			; EFLAGS
		DD	0			; EAX
		DD	0			; ECX
		DD	0			; EDX
		DD	0			; EBX
		DD	0			; ESP
		DD	0			; EBP
		DD	0			; ESI
		DD	0			; EDI
		DD	0			; ES
		DD	0			; CS
		DD	0			; SS
		DD	0			; DS
		DD	0			; FS
		DD	0			; GS
		DD	0			; LDT
		DW	0			; 调试陷阱标志
		DW	$ - LABEL_TSS + 2	; I/O位图基址
		DB	0ffh			; I/O位图结束标志
TSSLen		equ	$ - LABEL_TSS
; TSS ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^


[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	[SPValueInRealMode], sp

	; 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

	; 初始化测试调用门的代码段描述符
	xor	eax, eax
	mov	ax, cs
	shl	eax, 4
	add	eax, LABEL_SEG_CODE_DEST
	mov	word [LABEL_DESC_CODE_DEST + 2], ax
	shr	eax, 16
	mov	byte [LABEL_DESC_CODE_DEST + 4], al
	mov	byte [LABEL_DESC_CODE_DEST + 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

	; 初始化堆栈段描述符(ring3)
	xor	eax, eax
	mov	ax, ds
	shl	eax, 4
	add	eax, LABEL_STACK3
	mov	word [LABEL_DESC_STACK3 + 2], ax
	shr	eax, 16
	mov	byte [LABEL_DESC_STACK3 + 4], al
	mov	byte [LABEL_DESC_STACK3 + 7], ah

	; 初始化 LDT 在 GDT 中的描述符
	xor	eax, eax
	mov	ax, ds
	shl	eax, 4
	add	eax, LABEL_LDT
	mov	word [LABEL_DESC_LDT + 2], ax
	shr	eax, 16
	mov	byte [LABEL_DESC_LDT + 4], al
	mov	byte [LABEL_DESC_LDT + 7], ah

	; 初始化 LDT 中的描述符
	xor	eax, eax
	mov	ax, ds
	shl	eax, 4
	add	eax, LABEL_CODE_A
	mov	word [LABEL_LDT_DESC_CODEA + 2], ax
	shr	eax, 16
	mov	byte [LABEL_LDT_DESC_CODEA + 4], al
	mov	byte [LABEL_LDT_DESC_CODEA + 7], ah

	; 初始化Ring3描述符
	xor	eax, eax
	mov	ax, ds
	shl	eax, 4
	add	eax, LABEL_CODE_RING3
	mov	word [LABEL_DESC_CODE_RING3 + 2], ax
	shr	eax, 16
	mov	byte [LABEL_DESC_CODE_RING3 + 4], al
	mov	byte [LABEL_DESC_CODE_RING3 + 7], ah

	; 初始化 TSS 描述符
	xor	eax, eax
	mov	ax, ds
	shl	eax, 4
	add	eax, LABEL_TSS
	mov	word [LABEL_DESC_TSS + 2], ax
	shr	eax, 16
	mov	byte [LABEL_DESC_TSS + 4], al
	mov	byte [LABEL_DESC_TSS + 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

;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;

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, [SPValueInRealMode]

	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, 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
	mov	ah, 0Ch			; 0000: 黑底    1100: 红字
	xor	esi, esi
	xor	edi, edi
	mov	esi, OffsetPMMessage	; 源数据偏移
	mov	edi, (80 * 10 + 0) * 2	; 目的数据偏移。屏幕第 10 行, 第 0 列。
	cld
.1:
	lodsb
	test	al, al
	jz	.2
	mov	[gs:edi], ax
	add	edi, 2
	jmp	.1
.2:	; 显示完毕

	call	DispReturn

	; Load TSS
	mov	ax, SelectorTSS
	ltr	ax	; 在任务内发生特权级变换时要切换堆栈，而内层堆栈的指针存放在当前任务的TSS中，所以要设置任务状态段寄存器 TR。

	push	SelectorStack3
	push	TopOfStack3
	push	SelectorCodeRing3
	push	0
	retf				; Ring0 -> Ring3，历史性转移！将打印数字 '3'。

; ------------------------------------------------------------------------
DispReturn:
	push	eax
	push	ebx
	mov	eax, edi
	mov	bl, 160
	div	bl
	and	eax, 0FFh
	inc	eax
	mov	bl, 160
	mul	bl
	mov	edi, eax
	pop	ebx
	pop	eax

	ret
; DispReturn 结束---------------------------------------------------------

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


[SECTION .sdest]; 调用门目标段
[BITS	32]

LABEL_SEG_CODE_DEST:
	mov	ax, SelectorVideo
	mov	gs, ax			; 视频段选择子(目的)

	mov	edi, (80 * 12 + 0) * 2	; 屏幕第 12 行, 第 0 列。
	mov	ah, 0Ch			; 0000: 黑底    1100: 红字
	mov	al, 'C'
	mov	[gs:edi], ax

	; Load LDT
	mov	ax, SelectorLDT
	lldt	ax

	jmp	SelectorLDTCodeA:0	; 跳入局部任务，将打印字母 'L'。

	;retf

SegCodeDestLen	equ	$ - LABEL_SEG_CODE_DEST
; END of [SECTION .sdest]


; 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]


; LDT
[SECTION .ldt]
ALIGN	32
LABEL_LDT:
;                                         段基址       段界限     ,   属性
LABEL_LDT_DESC_CODEA:	Descriptor	       0,     CodeALen - 1,   DA_C + DA_32	; Code, 32 位

LDTLen		equ	$ - LABEL_LDT

; LDT 选择子
SelectorLDTCodeA	equ	LABEL_LDT_DESC_CODEA	- LABEL_LDT + SA_TIL
; END of [SECTION .ldt]


; CodeA (LDT, 32 位代码段)
[SECTION .la]
ALIGN	32
[BITS	32]
LABEL_CODE_A:
	mov	ax, SelectorVideo
	mov	gs, ax			; 视频段选择子(目的)

	mov	edi, (80 * 13 + 0) * 2	; 屏幕第 13 行, 第 0 列。
	mov	ah, 0Ch			; 0000: 黑底    1100: 红字
	mov	al, 'L'
	mov	[gs:edi], ax

	; 准备经由16位代码段跳回实模式
	jmp	SelectorCode16:0
CodeALen	equ	$ - LABEL_CODE_A
; END of [SECTION .la]


; CodeRing3
[SECTION .ring3]
ALIGN	32
[BITS	32]
LABEL_CODE_RING3:
	mov	ax, SelectorVideo
	mov	gs, ax			; 视频段选择子(目的)

	mov	edi, (80 * 14 + 0) * 2	; 屏幕第 14 行, 第 0 列。
	mov	ah, 0Ch			; 0000: 黑底    1100: 红字
	mov	al, '3'
	mov	[gs:edi], ax

	call	SelectorCallGateTest:0	; 测试调用门（有特权级变换），将打印字母 'C'。
	jmp	$
SegCodeRing3Len	equ	$ - LABEL_CODE_RING3
; END of [SECTION .ring3]