手写操作系统 - 汇编实现进入保护模式

前言

1. 在了解段页门得基础上，理解如何从实时模式进入保护模式
2. 如何引入C语言得开发与调试
   • 生成内核：汇编与C语言如何生成内核
   • 调试C语言
   • 汇编、C语言如何互调

手写64位操作系统内核规划图：

boot程序起始0扇区，共占1个扇区
setup程序起始1扇区，共占一个扇区2个扇区
x86内核起始 3扇区，共占一个扇区大于30个扇区

1、从实时模式进入保护模式

1. 关中断

   cli：是一个汇编指令，用于清除（禁用）中断标志位（IF位）在eflags寄存器中。当IF位被清除时，处理器将不响应可屏蔽的硬件中断，这常用于临界区代码，以避免在执行关键任务时被中断。
   sti：用于设置（启用）中断标志位在eflags寄存器中。执行sti后，处理器将开始响应可屏蔽的硬件中断。这通常用于完成关键任务后重新启用中断。
   eflags.IF：一个寄存器，其中的IF（Interrupt Flag）是eflags中的一个位，用于控制处理器是否响应可屏蔽的硬件中断。cli和sti指令分别用于清除和设置这个标志位。
   

2. 开A20总线

   考虑为什么要开A20?
   ; 开A20
   in    al,  92h
   or    al,  00000010b
   out   92h, al
   

3. 设置段寄存器、加载gdt表

   内核态
   	代码段、数据段
   	2
   -----------------------------
   x64长模式
   	4
   
   tss
   	用户态切内核态
   
   8个
   ------------------------------
   调用门
   

4. cr0寄存器，cr0.pe = 1

   cr0 ：   pe位（进入保护模式）、pg（开启分页）
   cr1：
   cr2：	内存异常			4G     0x10000000    页机制
   cr3：	页表的基址
   

5. 来一个练习：32位，0-4g，代码段
   

   Base；0
   Limit:：0xfffff
   G：1        ；为0时Segment Limit单位为字节 2^20*1Byte = 1M  为1时单位4K 2^20*4K =4G
   D/B：1
   AVL：0
   P：1
   DPL：0		
   S：1		；代码段
   TYPE：1000   ；Execule Only
   -------------------------------------
   高32位：0000 0000 1100 1111 1001 1000 0000 0000  ---> 0x00cf9800
   低32位：0000 0000 0000 0000 1111 1111 1111 1111  ---> 0x0000ffff
   

2、如何引入C语言得开发与调试

1. 生成内核：汇编与C语言如何生成内核

   ${BUILD}/kernel.bin: ${BUILD}/boot/head.o ${BUILD}/init/main.o
   ld -m elf_i386 $^ -o $@ -Ttext 0x1200
   
   非常重要：-Ttext 0x1200，指定代码入口，调试时候需要用
   调试的时候，要选kenel.bin，因为这里面有调试符号，如果说你编译.o文件的时候，不带-g，那内核就是没办法调试
   
   ${BUILD}/system.bin: ${BUILD}/kernel.bin
   objcopy -O binary ${BUILD}/kernel.bin ${BUILD}/system.bin
   nm ${BUILD}/kernel.bin | sort > ${BUILD}/system.map（不是必须的）
   

2. 调试C语言

   1、内核依赖的所有文件编译的时候应该要带-g，生成调试符号
   2、指定入口-Ttext 0x1200
   3、要用qemu调试模式运行
   		-s -S   socket  lo
   		127.0.0.1:1234
   
   		gdb kernel.bin
   		target remote:1234
   

3. 汇编、C语言如何互调

   • 汇编如何调用C语言中的函数

     以汇编中掉调用C语言中c_test()函数，核心全局函数
     汇编代码中增加：
     	extern c_test
     	gq_ctest:
     		 call c_test
     
     C语言中：
     	void c_test(void) {
     	    int a = 0;
     	    char* video = (char*)0xb8000;
     	    *video = 'Z';
     	}
     

   • 汇编如何访问C语言中的全局变量

   • C语言如何调用汇编语言的函数

     C语言中调用gq_ctest()函数，核心是要将汇编中的void gq_ctest(void) 申明成全局函数
     

     

   • C语言如何访问汇编中定义的变量：地址
     

总结

代码地址