自制操作系统Antz day01——Boot Sector

0.引子

  最近在看象书,最开始的为什么是07c00h这个问题就让我对操作系统有了很大的兴趣。所以准备在看象书之余顺便写一个操作系统(Anz)。至于为什么这个系统会被叫做Antz,可以参考Antz Uhl Kone, 日语为アインズ·ウール·ゴウン , 与之对应的还有接下来准备写的自制脚本语言AntzScript,因为准备是用Java实现解释器,所以如何把AntzScript运行在Antz上是一个很大问题(其实问题就是引入Java)。

  Antz系统更新地址: https://www.cnblogs.com/LexMoon/category/1262287.html

1.关于Boot Sector

  引导扇区(Boot Sector) 通常指设备的第一个扇区,用于加载并转让处理器控制权给操作系统。

  1.1 主引导扇区

    硬盘的0柱面、0磁头、1扇区称为主引导扇区,也叫主引导记录MBR,该记录占用512个字节,它用于硬盘启动时将系统控制权转给用户指定的、在分区表中登记了某个操作系统分区。MBR的内容是在硬盘分区时由分区软件写入该扇区的,MBR不属于任何一个操作系统,不随操作系统的不同而不同,即使不同,MBR也不会夹带操作系统的性质,具有公共引导的特性。但安装某些多重引导功能的软件或LINUX的LILO时有可能改写它,它先于所有的操作系统被调入内存并发挥作用,然后才将控制权交给活动主分区内的操作系统。

  1.2 MBR成员

   
 1.主引导程序代码,占446字节
    2. 磁盘签名

    3.硬盘分区表DPT,占64字节

    4.主引导扇区结束标志55AAH

    硬盘的主引导程序代码是从偏移0000H开始到偏移01BDH结束的446字节;主引导程序代码包括一小段执行代码。启动PC 机时,系统首先对硬件设备进行测试,成功后进入自举程序INT 19H;然后读系统磁盘0柱面、0磁头、1扇区的主引导扇区MBR的内容到内存指定单元0:7C00 首地址开始的区域,并执行MBR程序段。

  1.3MBR功能

    1.扫描分区表查找活动分区

    2.寻找活动分区的起始扇区;

    3.将活动分区的引导扇区读到内存;

    4.执行引导扇区的运行代码。

       如果主引导代码未完成这些功能,系统显示下列错误信息
      Invalid partition table

      Error loading operating system

      Missing operating system
  MBR是BIOS接力的第一棒,在他之后,会由分区引导扇区DBR接力,至于为什么不直接给DBR。那是因为BIOS大小有限,无法完成所有操作,在给DBR之前会通过MBR完成。
  目前只需要了解MBR,至于DBR会在之后进行解释。

2.Boot Sector实现代码

  在BIOS自检等一系列工作完成后,要开始引导了。计算机会将硬盘0面0道1扇区512字节加载到07c00h(0000::7c00)处。

  1)为什么是0面0道1扇区?

    这个可以理解为是规定,当Bios工作完成后会去将硬盘0面0道1扇区512字节进行加载。但是真实情况是根据“魔数”来确定的,魔数就是有特殊意义的数,更大作用是用来做标记,比如MBR就是在512个字节的最后两个字节填入 0x55 ,0xaa来进行标记的。放在第一个扇区是因为0面0道1扇区是磁盘最开始的地方,一开始检验出有 0x55 ,0xaa就直接开始加载。

  2)为什么是07c00h?

    这个也可以当作是规定,在IBM文档中没有具体说明07c00h是为什么,但是在世界上第一台个人计算机诞生时,07c00h就是在它当中初次诞生的,那时的DOS最多也就是32K,为了实现MBR中的栈需要512B,为了满足需求取最大为1K,也就是32K-1K,就是07c00h了。

 1 org 07c00h
 2 mov ax,cs
 3 mov ds,ax
 4 mov es,ax
 5 call DispStr
 6 jmp $
 7 
 8 DispStr:
 9   mov ax,BootMessage
10   mov bp,ax
11   mov cx,16
12   mov ax,01301h
13   mov bx,000ch
14   mov dl,0
15   int 10h
16   ret
17 BootMessage:  db "Antz Uhl Kone"
18 times 510-($-$$) db 0
19 
20 dw 0xaa55

 第1行的org 07c00h已经做出讲解了,它规定了程序加载的区域。

 第2-4行是将ds,es和cs指向相同的地址

 第5行call DispStr是调用了子程序实现字符串显示。

 在子程序DispStr中:    

    mov ax,BootMessage   取得显示字符串的地址
    mov bp,ax      es:ax 串地址
    mov cx,16      cx,串长度
    mov ax,01301h     ah = 13 h al=01h
    mov bx,000ch     bh = 00 页号    bl = 0ch 字色
    mov dl,0
    int 10h         10h中断
    ret

 第6行的 jmp $是为了进行无限循环。

   $可以理解为当前行命令的起始地址,$$是表示当前段的起始地址。

   第18行的times 510-($-$$) db 0  是将剩下的地址全部填 0 ,在512个字节中,0x55,0xaa占两个字节,剩下的510个字节减去之前用过的($-$$)个字节,身下的512-2-$-$$个字节全部填0。

3.代码生成Img镜像

  工具 : NASM , FloppyWriter

 

  先对asm文件使用NASM编译成为bin文件:

nasm os.asm -o os.img

  

  此时在asm同级目录生成了一个os.bin文件。 

 新建一个文件为 One_Antz.img

    

  此时生成了一个空的img文件。

  打开FloppyWriter.exe,选择第二个

 

 

  先选择我们生成的bin文件,点击下一步

  再选择我们创建的img文件。

   镜像就制作成功了。

   

 

   生成的镜像就是我们之前创建的img文件,内容被直接写入了。

  现在可以使用虚拟机打开我们创建的镜像了。

  

  设置好镜像后打开虚拟机。