第3章 編寫本書的實(shí)驗(yàn)例子

在前一章里對(duì)x86/x64平臺(tái)的匯編語(yǔ)言作了簡(jiǎn)要的介紹，在這一章里，我們將為本書的實(shí)驗(yàn)例子建立一個(gè)可運(yùn)行的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。

本書的所有例子都是基于祼機(jī)（無(wú)任何操作系統(tǒng)）運(yùn)行，因此我們有兩種選擇。

① 編寫自己的MBR代碼放在0扇區(qū)里，由BIOS讀取MBR加載到0x7c00，在后面由這個(gè)MBR讀取磁盤中的扇區(qū)。

② 借助其他的文件格式，例如：使用FAT32文件格式，生成一個(gè)FAT32格式的可啟動(dòng)盤。我們需要編寫自己的活動(dòng)分區(qū)引導(dǎo)記錄。

本書的所有例子中的硬盤映像文件和U盤都使用FAT32文件格式，有比較通用的好處，在絕大多數(shù)機(jī)器上都可以讀取運(yùn)行。

3.1 實(shí)驗(yàn)的運(yùn)行環(huán)境

本書的實(shí)驗(yàn)例子可以運(yùn)行在三種環(huán)境里。

① Bochs模擬器：任何支持x64的版本都可以，筆者使用的是目前最新的2.5.1版本。

② VMware虛擬機(jī)：使用較新的7版本或8版本。

③ 在真實(shí)機(jī)器上運(yùn)行。

筆者的機(jī)器是Intel Westmere微架構(gòu)的Core i5移動(dòng)處理器筆記本，是SandyBridge架構(gòu)的上一代i5處理器。本書很多實(shí)驗(yàn)例子只能在真實(shí)機(jī)器上運(yùn)行，Bochs和VMware并不支持那些功能。

在Bochs里可以使用軟盤或硬盤的映像（image）文件，在真實(shí)機(jī)器上我們可以使用U盤作為介質(zhì)啟動(dòng)計(jì)算機(jī)運(yùn)行實(shí)驗(yàn)程序。本書例子的運(yùn)行使用以下三種介質(zhì)。

① 軟盤映像：統(tǒng)一使用文件名為demo.img，可以在Bochs或VMware里運(yùn)行。

② 硬盤映像：統(tǒng)一使用文件名為c.img，可以在Bochs里運(yùn)行。

③ U盤：將生成的硬盤映像直接寫入U(xiǎn)盤，在真實(shí)機(jī)器上運(yùn)行。

因此，本書的例子中最終生成兩個(gè)映像文件：demo.img文件用于在Bochs或VMware里運(yùn)行；c.img文件用于在Bochs或真實(shí)機(jī)器上運(yùn)行。

使用FAT32文件格式

在使用軟盤啟動(dòng)時(shí)，我們直接將boot代碼寫在MBR里。而當(dāng)使用U盤啟動(dòng)真實(shí)機(jī)器時(shí)會(huì)遇到一些麻煩，我們的代碼寫在MBR里，某些機(jī)器將啟動(dòng)不了。

因此，當(dāng)使用U盤在真實(shí)機(jī)器上測(cè)試時(shí)，將使用FAT32文件格式，也就是硬盤映像c.img使用FAT32文件格式。

如下所示，對(duì)于軟盤映像（文件名為demo.img）和硬盤映像（文件名為c.img），有兩種文件組織方式。

① 軟盤映像文件（demo.img）：將boot模塊直接寫入軟盤的0扇區(qū)，那么boot代碼就是我們的MBR程序，BIOS將讀軟盤的0扇區(qū)（我們的boot代碼）到內(nèi)存的7c00h位置上。

② 硬盤映像文件（c.img）和U盤：將boot模塊寫入映像文件和U盤的63號(hào)扇區(qū)，BIOS讀取硬盤或U盤的0扇區(qū)（這是FAT32文件格式啟動(dòng)盤生成的MBR代碼）代碼到內(nèi)存7c00h，然后再由這個(gè)MBR代碼來(lái)從63號(hào)扇區(qū)讀我們的boot程序。

無(wú)論如何，我們的boot程序最終是運(yùn)行在7c00h區(qū)域里，然后我們的boot程序的職責(zé)是負(fù)責(zé)加載后續(xù)的模式（包括lib16、lib32、lib64、protected和long模式）。

3.2 生成空白的映像文件

現(xiàn)在我們需要生成兩個(gè)空白的映像文件：demo.img和c.img（硬盤），以便編譯后文件寫入映像文件中。在以后實(shí)驗(yàn)里，我們既可以使用demo.img也可以使用c.img來(lái)運(yùn)行實(shí)驗(yàn)例子。

demo.img是軟盤映像文件，它的大小為1.44MB；c.img是硬盤映像文件，它的大小為1MB（對(duì)于本書的代碼來(lái)說(shuō)足夠了）。

當(dāng)然，如果您不需要使用c.img或U盤進(jìn)行測(cè)試，只生成demo.img也足夠了（只是不能在真實(shí)機(jī)器上運(yùn)行，除非使用軟盤來(lái)啟動(dòng)機(jī)器）。

生成空白映像文件的方法有很多，可以使用任何一個(gè)十六進(jìn)制編輯軟件生成，也可以使用類似WinISO軟件來(lái)生成。本書介紹使用nasm及Bochs自帶的bximage工具來(lái)生成。

3.2.1 使用nasm編譯器生成

不用覺得奇怪，確實(shí)可以用nasm來(lái)生成一個(gè)空白的映像文件。

下面是示例源代碼。

代碼清單3-1（topic03\ex3-1\demo.asm）：

；demo.asm
； Copyright （c） 2009-2012 mik
； All rights reserved.
； 建立一個(gè) 1.44MB 的 floppy 映像文件，名為：demo.img
；
； 生成命令：nasm demo.asm -o demo.img
；
； 用 0 填滿 1.44MB floppy 的空間
times 0x168000-（$-$$） db 0

這個(gè)代碼中讓nasm生成0來(lái)填滿floppy的1.44MB空間，命令如下。

nasm demo.asm –o demo.img

經(jīng)過(guò)nasm編譯后生成一個(gè)bin格式的文件，命名為demo.img，那么這個(gè)demo.img就可以作為我們所需要的空白軟盤映像文件。

3.2.2 使用bximage工具

使用Bochs自帶的disk建立工具bximage是最簡(jiǎn)單的方法，基本上敲幾個(gè)回車鍵就

可以了，既可以用來(lái)生成軟盤映像，也可以用來(lái)生成硬盤映像文件。

E：\x86\source\topic03\ex3-1>bximage
===================================================================
                     bximage
            Disk Image Creation Tool for Bochs
$Id：bximage.c，v 1.34 2009/04/14 09：45：22 sshwarts Exp $
===================================================================
Do you want to create a floppy disk image or a hard disk image？
Please type hd or fd. [hd] fd

在這一步里選擇生成軟盤還是硬盤映像，輸入fd生成軟盤映像文件。

Choose the size of floppy disk image to create，in megabytes.
Please type 0.16，0.18，0.32，0.36，0.72，1.2，1.44，1.68，1.72，or
[1.44]
I will create a floppy image with
cyl=80
heads=2
sectors per track=18
total sectors=2880
total bytes=1474560

這里顯示了軟盤的大小，默認(rèn)為1.44MB，輸入回車鍵。

What should I name the image？
[a.img]
Writing：[] Done.
I wrote 1474560 bytes to a.img.
The following line should appear in your Bochsrc：
floppya：image="a.img"，status=inserted
（The line is stored in your windows clipboard，use CTRL-V to paste）
Press any key to continue

接著輸入文件名，默認(rèn)為a.img，這里我們輸入demo.img。

然后我們使用bximage工具，用同樣的步驟來(lái)生成一個(gè)1MB大小的c.img文件（硬盤映像文件）。那么當(dāng)前的目錄下就同時(shí)有了demo.img和c.img兩個(gè)文件。我們的硬盤映像文件只需要1MB就足夠了。

使用bximage的好處是可以生成一條Bochs配置行，直接粘貼插入到Bochs配置文件中，保存后就Bochs可以使用軟盤映像或硬盤映像了。

3.3 設(shè)置Bochs配置文件

我們可以在Bochs自帶示例配置文件bochsrc-sample.txt上進(jìn)行修改（不建議這樣做），也可以復(fù)制為新的文件（文件名為bs），再進(jìn)行更改，下面是關(guān)鍵的地方。

floppya：1_44=demo.img，status=inserted
ata0-master：type=disk，path="c.img"，mode=flat，cylinders=2，heads=16，spt=63

上一行是軟盤的配置，使用demo.img作為軟盤映像文件，下一行是硬盤的配置，使用c.img作為硬盤映像文件。

#boot：floppy
boot：disk

配置啟動(dòng)項(xiàng)，可以選擇floppy或disk（用于硬盤映像）。在這里，筆者選擇使用硬盤映像作為啟動(dòng)介質(zhì)，那么在以后的實(shí)驗(yàn)里都統(tǒng)一在Bochs里使用硬盤映像。

而在VMware里統(tǒng)一使用floppy映像，這樣做的好處是，既測(cè)試了floppy，也測(cè)試了硬盤（為使用U盤作測(cè)試）。

在稍后，我們將看到如何將c.img文件寫入U(xiǎn)盤在真實(shí)機(jī)器上測(cè)試。

3.4 源代碼的基本結(jié)構(gòu)

本書的源代碼按照章來(lái)組織，每章的所有例子在統(tǒng)一的目錄下，例如：topic18\目錄下存放有第18章的所有例子。

每個(gè)topic目錄下有數(shù)個(gè)實(shí)驗(yàn)例子，每個(gè)例子組織為一個(gè)子目錄，如：topic18\ex18-1\目錄下存放著第18章的實(shí)驗(yàn)例子1的源代碼。

整個(gè)x86\source\目錄下的文件組織如下所示。

x86\source\目錄是所有源碼的根目錄，下面有以下內(nèi)容。

① inc\目錄：定義所有源碼的支持頭文件，典型的有l(wèi)ib.inc、support.inc、protected.inc等文件。它們定義了一些源碼使用的常量和宏。

② lib\目錄：下面是所有庫(kù)函數(shù)的實(shí)現(xiàn)代碼，典型的有l(wèi)ib16.asm、lib32.asm、lib64.asm、apic.asm、debug.asm等文件，所有的例子都要使用這些庫(kù)文件。

③ common\目錄：下面有所有實(shí)驗(yàn)例子的共用代碼，典型的有boot.asm、setup.asm、long.asm、handler32.asm等文件。

④ topic01\到topicXX\目錄：每個(gè)目錄代表一章。每個(gè)topic目錄下有數(shù)個(gè)子目錄，各代表一個(gè)實(shí)驗(yàn)例子。

它們的下一層目錄里，例如：ex1-1\是第1章里的實(shí)驗(yàn)1的源代碼，這些目錄下面典型的有boot.asm，setup.asm、protected.asm、long.asm等文件。

注意：在這些子目錄下（與實(shí)驗(yàn)源碼在同一目錄）還有其他重要的文件。

① demo.img：軟盤映像文件。

② c.img：硬盤映像文件。

③ bs：Bochs配置文件。

④ config.txt：merge工具的配置文件（后面將會(huì)了解到）。

3.5 編譯源代碼

所有的源代碼都是使用nasm編譯生成的，如果整個(gè)x86\source\根目錄在e：盤下，則編譯topic03\ex3-2\setup.asm源文件所使用的nasm命令行如下所示。

當(dāng)前工作目錄進(jìn)入到x86\source\topic03\里，需要為nasm提供一個(gè)include目錄（也就是源碼的根目錄，使用-I<XXX>參數(shù)），最后目標(biāo)文件需要指明在哪個(gè)目錄下。

默認(rèn)情況下，生成一個(gè)setup二進(jìn)制文件放在topic03\ex3-2\目錄下。你可以為它指定一個(gè)輸出文件名。

e：\x86\source\topic03>nasm –I..\ ex3-2\setup.asm –o setup.bin

使用-o參數(shù)，提供一個(gè)輸出文件名。這個(gè)輸出文件也可以指定輸出目錄。

3.6 映像文件內(nèi)的組織

在將目錄下的源文件編譯生成bin文件后，需要將這些bin文件寫入demo.img（軟盤映像文件）或者c.img（硬盤映像文件）中，這些bin文件在映像文件中如何組織呢？

如下所示，軟盤映像文件（demo.img）分為五大部分：boot模塊，setup模塊，protected模塊，long模塊和庫(kù)代碼模塊。

① boot模塊：放在0號(hào)扇區(qū)。

② setup模塊：從1號(hào)扇區(qū)開始。

③ lib16模塊：從20號(hào)扇區(qū)開始。

④ protected模塊：從64號(hào)扇區(qū)開始。

⑤ long模塊：從128號(hào)扇區(qū)開始。

⑥ lib32模塊：從192號(hào)扇區(qū)開始。

硬盤映像文件（c.img）與軟盤映像文件的不同是：boot模塊放在63號(hào)扇區(qū)里，0號(hào)扇區(qū)是FAT32文件格式的MBR代碼。

3.7 使用merge工具

將nasm編譯后生成的所有bin格式文件按前面所述結(jié)構(gòu)分別寫入軟盤映像文件（demo.img）和硬盤映像文件（c.img）中，方法有很多。

① 最原始和麻煩的方法是：使用hex編輯軟件逐個(gè)將bin文件寫入demo.img或c.img中。

② 使用dd工具：這個(gè)免費(fèi)的工具可以進(jìn)行磁盤/文件的復(fù)制/寫入/合并等操作。

dd工具的使用示例如下。

dd if=boot of=demo.img count=1

if提供輸入文件，of提供輸出文件，count提供數(shù)量，以block為單位（512字節(jié)），作用是將boot寫入demo.img的0開始處，即軟盤磁盤映像的0扇區(qū)處。

dd if=boot of=demo.img count=1 seek=1

上面這個(gè)命令是將boot模塊寫入到demo.img的1扇區(qū)，使用seek參數(shù)跳過(guò)1個(gè)block。

編寫merge工具

然而，這些都不是好方法，另一個(gè)方法是使用筆者為本書的實(shí)驗(yàn)例子編寫的merge工具。merge是一個(gè)合并寫入映像工具，類似于dd操作，可批量寫入文件。merge工具將讀取當(dāng)前目錄下的配置文件config.txt來(lái)做相應(yīng)的寫入工作。

merge工具和dd工具可以在x86\tools\目錄找到，筆者使用的是Windows 7平臺(tái)。如果系統(tǒng)平臺(tái)上提示缺少某些DLL文件，請(qǐng)使用筆者提供的merge工具源碼，自行使用VC來(lái)編譯生成merge工具。

3.7.1 merge的配置文件

merge工具需要在當(dāng)前目錄提供一個(gè)配置文件，文件名必須為config.txt

e：\x86\source>merge
Error：cannot open the config file：config.txt
（系統(tǒng)找不到指定的文件）

當(dāng)無(wú)config.txt文件時(shí)，執(zhí)行merge命令會(huì)出現(xiàn)上面的錯(cuò)誤提示。

下面是config.txt文件的配置示例。

# 輸入文件，輸入文件 offset，輸出文件，輸出文件 offset，寫入 block 數(shù)（ 1 block=512 bytes）
# **** 每一項(xiàng)用逗號(hào)分隔 ****
#
# example：
#
#模塊名       offset   輸出文件名    offset   count（1 count=512 bytes）
#-------------------------------------------------
# boot， 0，demo.img，0，1
# setup，    0，demo.img，1，2
# init， 0，demo.img，3，5
#
# 意思是：
# boot  模塊從 block 0 開始寫入 demo.img 寫入位置為 block 0，寫入 1 個(gè) block
# setup 模塊從 block 0 開始寫入 demo.img 寫入位置為 block 1，寫入 2 個(gè) block
# init  模塊從 block 0 開始寫入 demo.img 寫入位置為 block 3，寫入 5 個(gè) block
# 下面是第2章中使用到的配置實(shí)例：
boot，0，demo.img，0，1

#是注釋，注意要單獨(dú)在一行里注釋，每一行對(duì)應(yīng)一條記錄（共可容納20條記錄），每條記錄指示merge怎樣寫入到目標(biāo)文件里。每條記錄有5個(gè)域。

① 需要寫入的模塊名（源文件）。

② 源文件的偏移扇區(qū)。

③ 寫入的目標(biāo)文件名。

④ 寫入的目標(biāo)起始扇區(qū)位置。

⑤ 寫入扇區(qū)的數(shù)量。

3.7.2 執(zhí)行merge命令

我們執(zhí)行merge命令將輸出下面的信息。

e：\x86\source\topic02\ex2-2>merge
entry #0：      uboot ---> c.img：      success
entry #1：      setup ---> c.img：      success
entry #2：      e：\x86\source\lib\lib16 ---> c.img：    success
entry #3：      boot ---> demo.img：    success
entry #4：      setup ---> demo.img：   success
entry #5：      e：\x86\source\lib\lib16 ---> demo.img： success

上面的信息表明：有6條信息已成功寫入到目標(biāo)文件，merge工具已經(jīng)同時(shí)寫入到c.img和demo.img文件里。若輸出下面的信息

e：\x86\source\topic02\ex2-2>merge
entry #0：      uboot ---> c.img：      success
entry #1：      setup ---> c.img：      success
entry #2：      e：\x86\source\lib\lib16 ---> c.img：    success
fatal：open the file for read
（系統(tǒng)找不到指定的文件）

上面的出錯(cuò)信息表明：在寫入第3條記錄時(shí)，其中一個(gè)文件（源文件或目標(biāo)文件）不存在。但并不影響前面已經(jīng)寫入的記錄

3.8 使用U盤啟動(dòng)真實(shí)機(jī)器

把所有源碼生成的bin格式文件寫入到硬盤映像文件c.img中后，我們就可以直接把c.img文件寫入到U盤。

3.8.1 使用merge工具寫U盤

merge工具也可以寫入U(xiǎn)盤，只要在config.txt配置文件里增加一條寫U盤的記錄即可。

######## 下面是寫入 u 盤 #######
c.img，0，\\.\g：，0，200

這條記錄的源文件是c.img，目標(biāo)文件是\\.\g：（這個(gè)文件是U盤的符號(hào)鏈接），寫入200個(gè)扇區(qū)（這里的扇區(qū)數(shù)只要滿足所有的源碼大小就可以了，并不需要寫入1MB大小）。

查詢U盤的掛接點(diǎn)

要寫入U(xiǎn)盤，我們必須先知道U盤的文件名（注意：在你的機(jī)器上可能會(huì)是不同的文件名）。

使用dd工具可以查找磁盤設(shè)備的卷名、設(shè)備名以及符號(hào)鏈接名，如下所示。

E：\x86\source\topic02>dd --list
rawwrite dd for windows version 0.6beta3.
Written by John Newbigin <jn@it.swin.edu.au>
This program is covered by terms of the GPL Version 2.
Win32 Available Volume Information
\\.\Volume{99bbfcb8-fc50-11e0-ae9d-88ae1d4bdccc}\
link to \\？\Device\HarddiskVolume20
removeable media
Mounted on \\.\g：

上面執(zhí)行了dd–list命令，我們看到U盤掛接在\\.\g：上，我們可以把這個(gè)掛接點(diǎn)作為U盤文件名。

當(dāng)向config.txt增加一條寫\\.\g：文件的記錄，執(zhí)行merge命令將輸出下面的信息。

e：\x86\source\topic02\ex2-2>merge
entry #0：      uboot ---> c.img：      success
entry #1：      setup ---> c.img：      success
entry #2：      e：\x86\source\lib\lib16 ---> c.img：    success
entry #3：      boot ---> demo.img：    success
entry #4：      setup ---> demo.img：   success
entry #5：      e：\x86\source\lib\lib16 ---> demo.img： success
entry #6：      c.img ---> \\.\g：：     success

留意最后一條記錄#6，c.img文件已經(jīng)成功寫入\\.\g：（U盤）文件里。

3.8.2 使用hex編輯軟件寫U盤

在config.txt配置文件無(wú)誤時(shí)，寫入一般都會(huì)成功（除了文件不存在外，我沒失敗過(guò)）。如果merge工具寫U盤失敗，你可以使用傳統(tǒng)的方法，使用任何一個(gè)hex軟件（十六進(jìn)制編輯軟件）來(lái)寫U盤。

這里推薦一個(gè)比較好用輕量級(jí)的免費(fèi)hex編輯軟件HxD，HxD運(yùn)行需要使用管理員權(quán)限，在HxD里打開c.img源文件和U盤，將c.img文件使用覆蓋寫入到U盤。使用十六進(jìn)制編輯軟件總能獲得成功，即使用系統(tǒng)不能識(shí)別磁盤的情況下。

但是請(qǐng)小心使用這項(xiàng)功能，當(dāng)用寫模式打開disk時(shí)，務(wù)必看清楚是不是自己要寫的U盤，以防誤寫了硬盤。

現(xiàn)在在真實(shí)的機(jī)器上測(cè)試我們的代碼，用上述的方法將boot模塊和setup模塊寫入U(xiǎn)盤，使用U盤啟動(dòng)機(jī)器運(yùn)行。boot和setup模塊將在稍后講述。

為了支持讀取U盤，編譯boot.asm的時(shí)候請(qǐng)使用以下命令。

nasm –Ie：\x86\source ex3-2\boot.asm –d UBOOT –o ex3-2\uboot

編譯時(shí)使用–d參數(shù)定義一個(gè)符號(hào)UBOOT（這是很重要的），這個(gè)符號(hào)用來(lái)編譯生成讀0x80的drive號(hào)。

在真實(shí)機(jī)器上的運(yùn)行結(jié)果如下所示。

上面顯示的信息“the message from setup module at sector 20…”是來(lái)自setup模塊，寫在U盤的第20號(hào)扇區(qū)，用來(lái)演示讀取U盤扇區(qū)功能。

3.9 編寫boot代碼

完整的boot.asm代碼和setup.asm代碼在topic03\ex3-2\目錄下，下面是boot的主體代碼。

代碼清單3-2（topic03\ex3-2\boot.asm）：

； boot.asm
； Copyright （c） 2009-2012 mik
； All rights reserved.
；
； 編譯命令是：nasm boot.asm -o boot （用軟盤啟動(dòng)）
；              nasm boot.asm –o boot –d UBOOT （用U盤啟動(dòng)）
； 生成 boot 模塊后，寫入 demo.img（磁盤映像）的第 0 扇區(qū)（MBR）
%include "..\inc\support.inc"
%include "..\inc\ports.inc"
      bits 16
；--------------------------------------
； now，the processor is real mode
；--------------------------------------
； Int 19h 加載 sector 0 （MBR） 進(jìn)入 BOOT_SEG 段，BOOT_SEG 定義為 0x7c00
       org BOOT_SEG
start：
       cli
； enable a20 line
       FAST_A20_ENABLE
       sti
； set BOOT_SEG environment
       mov ax，cs
       mov ds，ax
       mov ss，ax
       mov es，ax
       mov sp，BOOT_SEG                        ； 設(shè) stack 底為 BOOT_SEG
       call clear_screen
       mov si，hello
       call print_message
       mov si，20                                ； setup 模塊在第20號(hào)扇區(qū)里
       mov di，SETUP_SEG - 2
       call load_module                        ； 使用 load_module（） 讀多個(gè)扇區(qū)
       mov si，SETUP_SEG
       call print_message
       mov si，word [load_message_table + eax * 2]
       call print_message
next：
       jmp $

boot代碼的主要功能是顯示信息和從磁盤中讀取扇區(qū)到內(nèi)存中。我們主要關(guān)注如何讀取磁盤。

在本書中，所有例子使用的都是LBA方式，LBA形式方便較直觀地反映出模塊在映像或磁盤的位置，在前面寫入U(xiǎn)盤的實(shí)驗(yàn)中就是以LBA方式寫入。

代碼清單3-3（topic03\ex3-2\boot.asm）：

；----------------------------------------------------------------------
； read_sector（int sector，char *buf）：read one floppy sector（LBA mode）
； input：
；                esi - sector
；                di - buf
；----------------------------------------------------------------------
read_sector：
      pusha
      push es
      push ds
      pop es
； 測(cè)試是否支持 int 13h 擴(kuò)展功能
call check_int13h_extension
      test ax，ax
      jz do_read_sector_extension                ； 支持
      mov bx，di                                      ； data buffer
      mov ax，si                                      ； disk sector number
； now：LBA mode --> CHS mode
      call LBA_to_CHS
； now：read sector
%ifdef UBOOT
      mov dl，0x80                                    ； for U 盤或者硬盤
%else
      mov dl，0                                        ； for floppy
%endif
      mov ax，0x201
      int 0x13
      setc al                                           ； 0：success  1：failure
      jmp do_read_sector_done
； 使用擴(kuò)展功能讀扇區(qū)
do_read_sector_extension：
      call read_sector_extension
      mov al，0
do_read_sector_done：
      pop es
      popa
      movzx ax，al
      ret

上面的read_sector（）函數(shù)負(fù)責(zé)讀入1個(gè)扇區(qū)，輸入?yún)?shù)接受的是LBA方式，同時(shí)應(yīng)該使用int 13h的擴(kuò)展功能號(hào)來(lái)進(jìn)行讀/寫，不但是因?yàn)樗苤С指鼘挼淖x/寫范圍，而且還因?yàn)闉樗褂酶?jiǎn)單。它的工作邏輯如下所示。

測(cè)試BIOS是否支持?jǐn)U展的int 13h功能，不支持的話使用原來(lái)的int 13h功能擴(kuò)展。

3.9.1 LBA轉(zhuǎn)換為CHS

盡管代碼清單3-3中的read_sector（）輸入的是讀取的LBA扇區(qū)號(hào)，但仍然可以使用舊的int 13h/ah=02來(lái)讀磁盤。這就需要將LBA尋址轉(zhuǎn)換為CHS尋址。轉(zhuǎn)換的工作交由LBA_to_CHS（）完成。

代碼清單3-4（topic03\ex3-2\boot.asm）：

；-------------------------------------------------------
； LBA_to_CHS（）：LBA mode converting CHS        mode for floppy
； input：
；                ax - LBA sector
； output：
；                ch - cylinder
；                cl - sector （1-63）
；                dh - head
；-------------------------------------------------------
LBA_to_CHS：
      mov cl，SPT
      div cl                                              ； al=LBA / SPT，ah=LBA % SPT
； cylinder=LBA / SPT / HPC
      mov ch，al
      shr ch，（HPC / 2）                                ； ch=cylinder
； head=（LBA / SPT ） % HPC
      mov dh，al
      and dh，1                                          ； dh=head
； sector=LBA % SPT + 1
      mov cl，ah
      inc cl                                              ； cl=sector
      ret

LBA_to_CHS（）的結(jié)果是ch存放cylinder，cl存放sector，dh存放head。SPT和HPC定義在頭文件support.inc中，下面是support.inc中的部分代碼。

代碼清單3-5（inc\support.inc）：

； SPT（sector per track）：每磁道上的 sector 數(shù)
； HPC（head per cylinder）：每個(gè) cylinder 的 head 數(shù)
； 下面是 floppy 的參數(shù)
%define        SPT                18
%define        HPC                2

代碼清單3-4中的LBA_to_CHS（）對(duì)于軟盤來(lái)說(shuō)能很好并且高效地處理，可是它有一些漏洞。

int 13h/ax=02h功能號(hào)中能最大處理的head是256個(gè)（0～255），最大處理的sector是64個(gè)（0～63）。

對(duì)于floppy來(lái)說(shuō)不可能達(dá)到超過(guò)256個(gè)cylinder，所以代碼清單3-5中的LBA_to_CHS（）可以很好地工作，現(xiàn)在的BIOS都支持int 13h的擴(kuò)展功能，代碼清單3-3中的read_sector（）實(shí)際讀磁盤是交由另一個(gè)函數(shù)read_sector_extension（）去做（注：這里沿用了C函數(shù)的稱呼，在匯編中應(yīng)該稱為過(guò)程）。

3.9.2 測(cè)試是否支持int 13h擴(kuò)展功能

在使用int 13h擴(kuò)展前應(yīng)該先測(cè)試BIOS是否支持int 13h的擴(kuò)展讀/寫功能，執(zhí)行測(cè)試的是check_int13h_extension（），代碼如下。

代碼清單3-6（topic03\ex3-2\boot.asm）：

；--------------------------------------------------------
； check_int13h_extension（）：測(cè)試是否支持 int13h 擴(kuò)展功能
； ouput：
；                0 - support，1 - not support
；--------------------------------------------------------
check_int13h_extension：
      push bx
      mov bx，0x55aa
      mov ah，0x41
%ifdef UBOOT
      mov dl，0x80                                      ； for hard disk
%endif
      int 0x13
      setc al                                            ； 失敗
      jc do_check_int13h_extension_done
      cmp bx，0xaa55
      setnz al                                           ； 不支持
      jnz do_check_int13h_extension_done
      test cx，1
      setz al                                            ； 不支持?jǐn)U展功能號(hào)：AH=42h-44h，47h，48h
do_check_int13h_extension_done：
      pop bx
      movzx ax，al
      ret

代碼清單3-6中的check_int13h_extension（）使用int 13h/ah=41h測(cè)試是否支持int 13h擴(kuò)展讀/寫，支持則返回0，不支持則返回1。

3.9.3 使用int 13h擴(kuò)展讀磁盤

代碼清單3-7（topic03\ex3-2\boot.asm）：

；--------------------------------------------------------------
； read_sector_extension（）：使用擴(kuò)展功能讀扇區(qū)
； input：
；                esi - sector
；                di - buf （es：di）
；--------------------------------------------------------------
read_sector_extension：
      xor eax，eax
      push eax
      push esi                                        ； 要讀的扇區(qū)號(hào) （LBA） - 64 位值
      push es
      push di                                         ； buf 緩沖區(qū) es：di - 32 位值
      push word 0x01                                ； 扇區(qū)數(shù)，word
      push word 0x10                                ； 結(jié)構(gòu)體 size，16 bytes
      mov ah，0x42                                   ； 擴(kuò)展功能號(hào)
%ifdef UBOOT
      mov dl，0x80
%else
      mov dl，0
%endif
      mov si，sp                                      ； 輸入結(jié)構(gòu)體地址
      int 0x13
      add sp，0x10
      ret

int 13h/ah=42h擴(kuò)展功能需要一個(gè)disk address packet結(jié)構(gòu)體地址作為參數(shù)，在讀之前應(yīng)該要構(gòu)造這樣一個(gè)結(jié)構(gòu)體數(shù)據(jù)，這個(gè)結(jié)構(gòu)體大致如下。

typedef struct Disk_Address_Packet
{
      short packet_size；                  /* struct's  size */
      short sectors；                       /* 讀多少個(gè) sector */
      char *buffer；                        /* buffer address（segment：offset 形式）*/
      long long start_sector；           /* 從哪個(gè) sector 開始讀 */
} DAP；

在read_sector_extension（）代碼中分別壓入start_sector、buffer、sector，以及packet_size來(lái)構(gòu)建一個(gè)結(jié)構(gòu)體數(shù)據(jù)，結(jié)構(gòu)體的大小是0x10（16個(gè)字節(jié)）。

代碼清單3-7中定義的drive號(hào)根據(jù)所定義的符號(hào)進(jìn)行選擇，如果命令行如下。

nasm boot.asm –o boot –d UBOOT

編譯命令預(yù)定義了一個(gè)符號(hào)UBOOT，用來(lái)開啟為U盤或硬盤進(jìn)行讀盤。

3.9.4 最后看看load_module（）

最后需要介紹的是load_module（），它用來(lái)加載一個(gè)模塊。

代碼清單3-8（topic03\ex3-2\boot.asm）：

；-------------------------------------------------------------------
； load_module（int module_sector，char *buf）： 加載模塊到 buf 緩沖區(qū)
； input：
；                esi：module_sector 模塊的扇區(qū)
；                di：buf 緩沖區(qū)
； example：
；                load_module（SETUP_SEG，SETUP_SECTOR）；
；-------------------------------------------------------------------
load_module：
      call read_sector                                    ； read_sector（sector，buf）
      test ax，ax
      jnz do_load_module_done
      mov cx，[di]                                         ； 讀取模塊 size
      test cx，cx
      setz al
      jz do_load_module_done
      add cx，512 - 1
      shr cx，9                                             ； 計(jì)算 block（sectors）
do_load_module_loop：
      call dot
      dec cx
      jz do_load_module_done
      inc esi
      add di，0x200
      call read_sector
      test ax，ax
      jz do_load_module_loop
do_load_module_done：
      ret

load_module（）用來(lái)加載多個(gè)扇區(qū)數(shù)據(jù)，在模塊頭部是2個(gè)字節(jié)的模塊size值。代碼中先讀出的size值，然后計(jì)算模塊占用多少sectors，再由read_sector（）去讀取扇區(qū)數(shù)據(jù)。

分別為硬盤和軟盤讀取編譯兩個(gè)版本。

編譯硬盤啟動(dòng)版本

使用下面的編譯參數(shù)（加上–dUBOOT）。

nasm –I..\  ex3-2\boot.asm  –o ex3-2\uboot  –d UBOOT

輸出文件名為uboot，放在ex3-2\目錄下。

編譯軟盤啟動(dòng)版本

nasm –I..\  ex3-2\boot.asm

接著使用merge工具寫入demo.img和c.img映像文件中，demo.img是軟盤映像，而c.img是硬盤映像。當(dāng)然，需要在config.txt配置文件中寫入相應(yīng)的配置，然后執(zhí)行merge命令。

entry #0：      boot ---> demo.img：    success
entry #1：      setup ---> demo.img：   success
entry #2：      uboot ---> c.img：      success
entry #3：      setup ---> c.img：      success

我們?cè)贐ochs的配置文件里分別用floppy和hard disk映像進(jìn)行啟動(dòng)，然后測(cè)試它們的運(yùn)行結(jié)果，以下是使用floppy映像啟動(dòng)的結(jié)果。

而以下是使用硬盤映像啟動(dòng)的結(jié)果，注意它們顯示的最后一行信息是不同的。

是的，它們是一致的，U盤在使用USB-HDD模式時(shí)和硬盤的效果是一樣的。

3.10 總結(jié)

這一章里的所有源碼都在topic03\目錄下，有完全的實(shí)驗(yàn)環(huán)境，包括以下內(nèi)容。

• boot.asm源碼和編譯后的boot模塊。
• setup.asm源碼和編譯后的setup模塊。
• Bochs配置文件bs，Bochs的版本是2.5.1。
• merge工具的配置文件config.txt。
• demo.img映像文件（1.44MB軟盤）。
• c.img 映像文件。