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在写setup时遇到的问题与思考

首先遇到这个问题需要搞明白什么是setup。

在编写操作系统的过程中，我们首先要写汇编程序，然后将我们的代码编译为二进制之后写入软盘（或者硬盘），然后由BIOS将软盘（或者硬盘）中的内容加载到内存当中（0x7c00处，为什么是这里看另一篇文章）并执行，这样我们的操作系统内核就运行起来了。

但是这样我们面临一个问题。我们是将编译后的二进制文件（boot.o）写入的位置是0磁盘0磁道1扇区的位置，而且要求最后两个字节是0x55aa。（这是约定俗成的，不然谁知道上哪里去找你的代码呢？而且有这样的特征才能够被识别为一个操作系统)这样就有一个限制，因为一个扇区大小只有512字节，最后两个字节还必须要求是0x55aa，那么我们就只有510个字节的大小可以用了，这显然是不够我们来写一个操作系统内核的。这种情况改怎么办呢？

答案是我们写一个setup，按照与boot相同的方式写到内存当中就行了，当然不是一个随便的位置，而是参考实模式下1MB的内存布局表

发现有两个空闲的可用区域，这就是我们可以放的地方，只要将setup加载到这两个位置即可。

BIOS完成任务之后会将CPU控制权移交给boot，所以只要在boot中写一个跳转到setup的逻辑，就能够摆脱512字节的限制了。

以下是我的实现代码（setup只是输出了一个"Hello World"）

; boot.asm
[org 0x7c00]          ; 指定程序加载地址为 0x7C00（BIOS 加载引导扇区的地址）
[bits 16]             ; 16 位实模式section .text         ; 定义代码段
global _start         ; 全局入口标签_start:; 保存启动驱动器号mov [boot_drive], dl    ; 将 dl（启动驱动器号）保存到内存变量 boot_drive; 初始化段寄存器xor ax, ax          ; 将 ax 清零（ax = 0）mov ds, ax          ; 设置数据段寄存器 ds = 0mov es, ax          ; 设置附加段寄存器 es = 0mov ss, ax          ; 设置栈段寄存器 ss = 0mov sp, 0x7c00      ; 设置栈指针 sp = 0x7C00; 打印 "Booting..."mov si, boot_msg    ; 将 boot_msg 的地址加载到 si 寄存器call print_string   ; 调用 print_string 函数; 加载 setup 到内存 0x90000mov ah, 0x02        ; BIOS 中断功能号 ah = 0x02（读扇区）mov al, 1           ; al = 1（读取 1 个扇区）mov ch, 0           ; ch = 0（柱面号 0）mov cl, 2           ; cl = 2（扇区号 2）mov dh, 0           ; dh = 0（磁头号 0）mov dl, [boot_drive] ; dl = 启动驱动器号（从内存加载）mov bx, 0x9000      ; bx = 0x9000（目标段地址）mov es, bx          ; es = bx（设置目标段地址）xor bx, bx          ; bx = 0（偏移量清零）int 0x13            ; 调用 BIOS 中断 0x13（读磁盘）jc disk_error       ; 如果 CF 标志置位（错误），跳转到 disk_error; 跳转到 setupjmp 0x9000:0x0000   ; 远跳转到 0x9000:0x0000print_string:mov ah, 0x0e        ; ah = 0x0e（BIOS 打印字符功能）
.loop:lodsb               ; 从 ds:si 加载字节到 al，并递增 sicmp al, 0           ; 比较 al 和 0（检查字符串结束）je .done            ; 如果 al = 0，跳转到 .doneint 0x10            ; 调用 BIOS 中断 0x10（打印字符）jmp .loop           ; 跳转回 .loop 继续处理
.done:ret                 ; 返回disk_error:mov si, error_msg   ; 将 error_msg 地址加载到 sicall print_string   ; 调用 print_stringjmp $               ; 死循环boot_msg db 'Booting...', 0    ; 定义字符串 "Booting..."，以 0 结尾
error_msg db 'Disk read error!', 0 ; 定义错误字符串
boot_drive db 0                ; 定义变量存储启动驱动器号times 510-($-$$) db 0          ; 填充到 510 字节
dw 0xaa55                      ; 引导扇区签名

; setup.asm
[org 0x0000]          ; 假设加载到 0x90000，偏移从 0 开始
[bits 16]             ; 16 位实模式section .text
global _start_start:; 初始化段寄存器mov ax, 0x9000      ; ax = 0x9000（段地址）mov ds, ax          ; ds = 0x9000mov es, ax          ; es = 0x9000mov ss, ax          ; ss = 0x9000mov sp, 0x1000      ; sp = 0x1000（栈指针）; 打印 "Hello, World! from setup"mov si, hello_msg   ; si = hello_msg 地址call print_string   ; 调用 print_stringjmp $               ; 死循环print_string:mov ah, 0x0e        ; ah = 0x0e（BIOS 打印字符功能）
.loop:lodsb               ; 从 ds:si 加载字节到 al，并递增 sicmp al, 0           ; 比较 al 和 0je .done            ; 如果 al = 0，跳转到 .doneint 0x10            ; 调用 BIOS 中断 0x10jmp .loop           ; 继续循环
.done:ret                 ; 返回hello_msg db 'Hello, World! from setup', 0 ; 定义字符串

其实最重要的就是知道各种寄存器，然后语句就容易理解了（问GPT吧，这个还是自己哪里不会问哪里）

最后是我遇到的问题：

一开始我是将

boot_msg db 'Booting...', 0    ; 定义字符串 "Booting..."，以 0 结尾
error_msg db 'Disk read error!', 0 ; 定义错误字符串
boot_drive db 0                ; 定义变量存储启动驱动器号

三行前面加了一个[section .data]数据段声明，希望将它们放到数据段当中，但是报错了。为什么会出现这样的问题呢？

因为分段是通过section或者segment语句将代码和数据分组，在现代的程序当中，比如说ELF格式，链接器会将这些段映射到内存的不同区域上。但是在引导扇区（boot）当中，使用的是NASM的-f bin格式编译成的纯二进制文件，而不是ELF等格式，-f bin是不支持多段链接的，所有的代码都必须连续存储的。实模式下的地址计算都是相当于0x7c00的偏移计算的（因为这个程序是从0x700开始的），如果进行了段分离之后，会导致mov si,boot_msg这些语句找不到正确的位置，从而导致程序出错。