001主引导扇区

一、主导扇区代码

[bits 16]mov ax,3
int 0x10mov ax,0
mov dx,ax
mov es,ax
mov ss,ax
mov sp,0x7c00mov ax,0xb800
mov ds,ax
mov byte [0],'H'jmp $times 510-($-$$) db 0
db 0x55,0xaa

这里没有使用org 0x7c00 是因为在elf

这是一个典型的 16 位实模式下的引导扇区（Boot Sector）汇编代码。它被设计成一个独立运行的程序，由 BIOS 加载到内存地址 $0x7c00$ 处执行。

这段代码非常简洁，主要完成了 清屏、堆栈初始化 和 屏幕输出一个字符 的功能。

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💻 汇编代码逐行解析

1. 模式设定和清屏

代码	汇编指令	作用	详解
[bits 16]	伪指令	设置代码为 16 位模式	告诉汇编器（如 NASM），后续的代码要按照 16 位 CPU 的规则（如寄存器大小、指令长度）进行编译。
mov ax,3	移动数据	准备调用 BIOS 视频服务 3 号功能。	$AX$ 寄存器用于传递功能号。$AH$ (高 8 位) 设为 $0x00$（视频服务）或 $0x03$（文本模式）。这里 $AX=3$ 表示进入 $80\times 25$ 彩色文本模式。
int 0x10	软件中断	调用 BIOS 视频服务。	刷新屏幕，进入指定的文本模式。这相当于执行了清屏操作。

2. 寄存器和堆栈初始化

这段代码是为了在代码执行前，清理和设置所有段寄存器以及堆栈指针，以建立一个稳定的运行环境。

代码	汇编指令	作用	详解
mov ax,0	移动数据	将 $AX$ 寄存器清零。
mov dx,ax	移动数据	将 $DX$ 寄存器清零。
mov es,ax	移动数据	将 附加段寄存器（ES） 清零（$ES=0$）。
mov ss,ax	移动数据	将 堆栈段寄存器（SS） 清零（$SS=0$）。	$SS:SP$ 定义了堆栈的位置。如果 $SS=0$，则堆栈在内存的低地址区域。
mov sp,0x7c00	移动数据	设置 堆栈指针（SP）。	由于代码本身被加载到 $0x7c00$，将堆栈指针也设为 $0x7c00$ 意味着堆栈从引导代码的起始处向低地址增长，防止覆盖引导代码。

3. 屏幕输出操作

这段代码使用 内存映射 I/O 的方式，直接向 PC 内存中的显存写入数据，以在屏幕上显示字符。

代码	汇编指令	作用	详解
mov ax,0xb800	移动数据	将 彩色文本模式显存的起始地址 放入 $AX$。	$0xB8000$ 是显存的物理起始地址。在实模式下，段寄存器要用 $0xB800$ 来表示这个地址。
mov ds,ax	移动数据	将 数据段寄存器（DS） 设置为 $0xB800$。	之后的内存访问指令将使用 $DS$ 寄存器作为段地址，指向显存。
mov byte [0],'H'	移动数据	将字符 ‘H’ 写入显存的第一个位置。	$DS:0$（即 $0xB800:0000$）是屏幕左上角第一个字符的位置。写入 ‘H’ (一个字节) 会让它显示在屏幕上。注意： 完整的显存单元是 2 字节（字符 + 属性），这里只写了字符，属性字节将保持不变（可能为 $0x00$ 或之前的残留值）。

4. 停止执行

代码	汇编指令	作用	详解
jmp $	跳转指令	无限循环。	$ 表示当前指令的地址。这行代码让 CPU 不断地跳转回自身，使程序停在这里，直到外部干预（如重启或关机）。这是引导扇区在完成任务后常见的停止方式。

5. 填充和签名（MBR 格式要求）

代码	汇编指令	作用	详解
times 510-($-$$) db 0	伪指令	填充零字节直到第 510 字节。	$$ 是文件起始地址，$ 是当前地址。($-$$) 计算了当前代码的总长度。这个指令用 $0x00$ 填充剩余空间，确保总长度是 510 字节。
db 0x55,0xaa	定义字节	写入 MBR 签名。	这是 主引导记录（MBR） 格式要求的 结束标志。BIOS 会检查这最后两个字节是否为 $0x55$ 和 $0xAA$。如果不是，BIOS 会认为这不是一个有效的引导扇区，并拒绝加载它。

总结

这段代码是一个完整的、最小化的 16 位 MBR 引导程序，它的功能是：

1. 初始化 $AX=3$ 并调用 $INT0x10$ 清屏。
2. 设置段寄存器和堆栈指针。
3. 通过直接操作 $0xB800$ 处的显存，在屏幕左上角显示字符 ‘H’。
4. 进入无限循环停止执行。
5. 用 $0x00$ 填充到 510 字节，并在最后写入 $0x55AA$ 签名。

二、如何调试和编写Makefile文件

打开vscode中左侧第四个的debug文件点一下，修改lanch.json文件,先别问为什么将我的文件复制进去就好了，刚开始不需要将时间浪费在配置环境上面

{"version": "0.2.0","configurations": [{"name": "Debug EcpOS (QEMU)","type": "cppdbg","request": "launch","program": "${workspaceFolder}/build/kernel.elf","cwd": "${workspaceFolder}","MIMode": "gdb","miDebuggerPath": "/usr/bin/gdb","miDebuggerServerAddress": "localhost:1234","stopAtEntry": true,"setupCommands": [{"description": "Enable pretty-printing for gdb","text": "-enable-pretty-printing","ignoreFailures": true}]}]
}

Makefile文件的编写

一般就是预处理，汇编，链接，提取纯二进制代码

# 工具链定义
NASM := nasm
GCC := gcc
LD := ld
OBJCOPY := objcopy
QEMU := qemu-system-i386# 编译选项
# 使用 -f elf32 来生成 ld 可以处理的对象文件
AFLAGS := -f elf32 -g -F dwarf
LDFLAGS := -m elf_i386 -nostdlib# 目录和源文件
BUILD_DIR := build
SRC_DIR_BOOT := boot# 源文件
STAGE1_SRC := $(SRC_DIR_BOOT)/stage1.asm# 目标文件
# 1. 对象文件 (.o)
STAGE1_OBJ := $(BUILD_DIR)/boot/stage1.o
# 2. ELF 可执行文件 (用于调试)
KERNEL_ELF := $(BUILD_DIR)/kernel.elf
# 3. 纯二进制文件 (用于镜像)
STAGE1_BIN := $(BUILD_DIR)/boot/stage1.bin
# 4. 最终磁盘镜像
IMG := ecpos.img# 伪目标
.PHONY: all clean run rebuild debug# 默认目标
all: $(IMG)# --- 编译和链接规则 ---# 汇编 stage1.asm 为对象文件 (.o)
$(STAGE1_OBJ): $(STAGE1_SRC)@echo "Assembling $< to $@..."@mkdir -p $(dir $@)$(NASM) $(AFLAGS) $< -o $@# 链接最终的 ELF 文件
# 这是 GDB 进行调试时需要加载的文件
$(KERNEL_ELF): $(STAGE1_OBJ)@echo "Linking $@..."@mkdir -p $(dir $@)$(LD) $(LDFLAGS) -Ttext 0x7c00 $^ -o $@# 从 ELF 文件中提取纯二进制代码
$(STAGE1_BIN): $(KERNEL_ELF)@echo "Extracting binary from $< to $@..."@mkdir -p $(dir $@)$(OBJCOPY) -O binary $< $@# --- 镜像和运行规则 ---# 创建最终的磁盘镜像
$(IMG): $(STAGE1_BIN)@echo "Creating disk image $(IMG)..."# 确保文件大小正好是 512 字节，并带有 MBR 签名cat $^ > $@@echo "Image created successfully: $(IMG) (`stat -c '%s' $@` bytes)"# 运行 QEMU
run: $(IMG)@echo "Booting with QEMU..."$(QEMU) -drive format=raw,file=$(IMG),if=floppy -boot order=a# 以调试模式运行 QEMU
# 注意：debug 依赖于 all，确保在调试前所有文件都已正确生成
debug: all@echo "Booting with QEMU in debug mode (waiting for GDB on localhost:1234)..."$(QEMU) -cpu 486 -s -S -drive format=raw,file=$(IMG),if=floppy -boot order=a# --- 清理规则 ---# 强制重新编译
rebuild: clean all# 清理所有生成的文件
clean:@echo "Cleaning up..."-rm -rf $(BUILD_DIR) $(IMG)

🛠️ 1. 工具链和编译选项 (Toolchain & Flags)

这部分定义了使用的工具和参数。

变量	值	变化及作用
AFLAGS	-f elf32 -g -F dwarf	保持不变。告诉 NASM 生成 32 位 ELF 格式对象文件，并包含 调试信息。
LDFLAGS	-m elf_i386 -nostdlib	移除了 -Ttext 0x7c00。现在 LDFLAGS 只负责指定链接格式和禁用标准库。
$(LD) ... -Ttext 0x7c00 $^ -o $@	(见 KERNEL_ELF 规则)	Ttext 地址设置被移到了 KERNEL_ELF 规则的命令行中。这样做使 LDFLAGS 更通用，将特定地址的设置留给具体的目标规则。

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📦 2. 文件和目录定义 (Files & Directories)

这部分定义了构建过程中的输入、中间和输出文件，与前一个版本保持一致。

目标文件	阶段	格式	依赖关系 (用于构建)
STAGE1_OBJ	汇编阶段	ELF 32-bit (.o)	stage1.asm
KERNEL_ELF	链接阶段	ELF 32-bit	stage1.o
STAGE1_BIN	提取阶段	Pure Binary (.bin)	kernel.elf
IMG	镜像阶段	Raw Image (.img)	stage1.bin

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🏗️ 3. 编译和链接规则 (Build Rules)

这部分定义了从汇编代码到纯二进制文件的转换过程。

规则 1: 汇编 (STAGE1_OBJ)

$(STAGE1_OBJ): $(STAGE1_SRC)$(NASM) $(AFLAGS) $< -o $@

• 使用 NASM 将汇编源码 (stage1.asm) 汇编为对象文件 (stage1.o)。

规则 2: 链接 (KERNEL_ELF) (关键变更)

$(KERNEL_ELF): $(STAGE1_OBJ)$(LD) $(LDFLAGS) -Ttext 0x7c00 $^ -o $@

• 功能： 使用 LD 将对象文件链接成 ELF 文件。
• 关键点： -Ttext 0x7c00 明确放在了命令行中，确保了代码段（.text）的起始虚拟地址被设定为 $0x7c00$，这是 BIOS 加载 MBR 引导扇区的约定地址。

规则 3: 提取纯二进制 (STAGE1_BIN)

$(STAGE1_BIN): $(KERNEL_ELF)$(OBJCOPY) -O binary $< $@

• 使用 OBJCOPY 从包含调试信息的 ELF 文件中剥离所有元数据，得到一个 纯粹的、可直接执行的机器码文件 (stage1.bin)。

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💾 4. 镜像和运行规则 (Image & Run)

这部分定义了如何打包二进制文件和在模拟器中运行。

规则 4: 创建最终镜像 ($(IMG)) (关键变更)

$(IMG): $(STAGE1_BIN)cat $^ > $@

• 功能： 创建最终的 ecpos.img 文件。
• 关键点： 这个规则非常简单地使用了 cat $^ > $@ (即 cat stage1.bin > ecpos.img)。
• 与上一个版本的区别：
  • 旧版本： 使用 dd 先创建 512 字节空白文件，再用 dd 覆盖。这保证了文件大小是 恰好 512 字节。
  • 新版本： 使用 cat 直接复制 stage1.bin。
• 隐含要求： 为了让这个 cat 规则能正常工作，您的 stage1.asm 源码中 必须 包含 times 510-($-$$) db 0 和 db 0x55,0xaa 这两条伪指令，以确保 stage1.bin 自身恰好是 512 字节，并且带有正确的 MBR 签名。

规则 5/6: 运行 (run) 和调试 (debug)

• run： 使用 QEMU 正常启动镜像。
• debug： 使用 QEMU 启动，并通过 -s -S 在 localhost:1234 开启 GDB 调试服务器并暂停 CPU，等待开发者连接 GDB 进行调试。

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总结

这个 Makefile 建立了一个完整的引导程序开发流程：汇编 → 链接定位地址 → 剥离为纯代码 → 创建镜像 → 模拟运行/调试。

如何进行调试

在当前的文件夹中，输入make debug 在程序中打下端点，点击调试按钮
在左侧的watch中可以查看寄存器的值

输入下面指令可以查看内存值

-exec x/1c 0xb8000      # 以字符显示第一个字节，应该为 'H'
-exec x/2bx 0xb8000     # 以十六进制显示字符和属性，例: 0x48 0x07
-exec x/16bx 0xb8000    # 查看更多字节