30天自制操作系统学习-第3天

第三天的开发依旧基于汇编和分区方面的知识，以及调用BIOS中断，写入显存部分内容。

asmhead.nas:

; haribote-os boot asm
; TAB=4

BOTPAK	EQU		0x00280000		; bootpackのロード先
DSKCAC	EQU		0x00100000		; ディスクキャッシュの場所
DSKCAC0	EQU		0x00008000		; ディスクキャッシュの場所（リアルモード）

; BOOT_INFO関係
CYLS	EQU		0x0ff0			; ブートセクタが設定する
LEDS	EQU		0x0ff1
VMODE	EQU		0x0ff2			; 色数に関する情報。何ビットカラーか？
SCRNX	EQU		0x0ff4			; 解像度のX
SCRNY	EQU		0x0ff6			; 解像度のY
VRAM	EQU		0x0ff8			; グラフィックバッファの開始番地

		ORG		0xc200			; このプログラムがどこに読み込まれるのか

; 画面モードを設定

		MOV		AL,0x13			; VGAグラフィックス、320x200x8bitカラー
		MOV		AH,0x00
		INT		0x10
		MOV		BYTE [VMODE],8	; 画面モードをメモする（C言語が参照する）
		MOV		WORD [SCRNX],320
		MOV		WORD [SCRNY],200
		MOV		DWORD [VRAM],0x000a0000

; キーボードのLED状態をBIOSに教えてもらう

		MOV		AH,0x02
		INT		0x16 			; keyboard BIOS
		MOV		[LEDS],AL

; PICが一切の割り込みを受け付けないようにする
;	AT互換機の仕様では、PICの初期化をするなら、
;	こいつをCLI前にやっておかないと、たまにハングアップする
;	PICの初期化はあとでやる

		MOV		AL,0xff
		OUT		0x21,AL
		NOP						; OUT命令を連続させるとうまくいかない機種があるらしいので
		OUT		0xa1,AL

		CLI						; さらにCPUレベルでも割り込み禁止

; CPUから1MB以上のメモリにアクセスできるように、A20GATEを設定

		CALL	waitkbdout
		MOV		AL,0xd1
		OUT		0x64,AL
		CALL	waitkbdout
		MOV		AL,0xdf			; enable A20
		OUT		0x60,AL
		CALL	waitkbdout

; プロテクトモード移行

[INSTRSET "i486p"]				; 486の命令まで使いたいという記述

		LGDT	[GDTR0]			; 暫定GDTを設定
		MOV		EAX,CR0
		AND		EAX,0x7fffffff	; bit31を0にする（ページング禁止のため）
		OR		EAX,0x00000001	; bit0を1にする（プロテクトモード移行のため）
		MOV		CR0,EAX
		JMP		pipelineflush
pipelineflush:
		MOV		AX,1*8			;  読み書き可能セグメント32bit
		MOV		DS,AX
		MOV		ES,AX
		MOV		FS,AX
		MOV		GS,AX
		MOV		SS,AX

; bootpackの転送

		MOV		ESI,bootpack	; 転送元
		MOV		EDI,BOTPAK		; 転送先
		MOV		ECX,512*1024/4
		CALL	memcpy

; ついでにディスクデータも本来の位置へ転送

; まずはブートセクタから

		MOV		ESI,0x7c00		; 転送元
		MOV		EDI,DSKCAC		; 転送先
		MOV		ECX,512/4
		CALL	memcpy

; 残り全部

		MOV		ESI,DSKCAC0+512	; 転送元
		MOV		EDI,DSKCAC+512	; 転送先
		MOV		ECX,0
		MOV		CL,BYTE [CYLS]
		IMUL	ECX,512*18*2/4	; シリンダ数からバイト数/4に変換
		SUB		ECX,512/4		; IPLの分だけ差し引く
		CALL	memcpy

; asmheadでしなければいけないことは全部し終わったので、
;	あとはbootpackに任せる

; bootpackの起動

		MOV		EBX,BOTPAK
		MOV		ECX,[EBX+16]
		ADD		ECX,3			; ECX += 3;
		SHR		ECX,2			; ECX /= 4;
		JZ		skip			; 転送するべきものがない
		MOV		ESI,[EBX+20]	; 転送元
		ADD		ESI,EBX
		MOV		EDI,[EBX+12]	; 転送先
		CALL	memcpy
skip:
		MOV		ESP,[EBX+12]	; スタック初期値
		JMP		DWORD 2*8:0x0000001b

waitkbdout:
		IN		 AL,0x64
		AND		 AL,0x02
		JNZ		waitkbdout		; ANDの結果が0でなければwaitkbdoutへ
		RET

memcpy:
		MOV		EAX,[ESI]
		ADD		ESI,4
		MOV		[EDI],EAX
		ADD		EDI,4
		SUB		ECX,1
		JNZ		memcpy			; 引き算した結果が0でなければmemcpyへ
		RET
; memcpyはアドレスサイズプリフィクスを入れ忘れなければ、ストリング命令でも書ける

		ALIGNB	16
GDT0:
		RESB	8				; ヌルセレクタ
		DW		0xffff,0x0000,0x9200,0x00cf	; 読み書き可能セグメント32bit
		DW		0xffff,0x0000,0x9a28,0x0047	; 実行可能セグメント32bit（bootpack用）

		DW		0
GDTR0:
		DW		8*3-1
		DD		GDT0

		ALIGNB	16
bootpack:

IPL.nas:

; haribote-ipl
; TAB=4

CYLS	EQU		10				; どこまで読み込むか

		ORG		0x7c00			; このプログラムがどこに読み込まれるのか

; 以下は標準的なFAT12フォーマットフロッピーディスクのための記述

		JMP		entry
		DB		0x90
		DB		"HARIBOTE"		; ブートセクタの名前を自由に書いてよい（8バイト）
		DW		512				; 1セクタの大きさ（512にしなければいけない）
		DB		1				; クラスタの大きさ（1セクタにしなければいけない）
		DW		1				; FATがどこから始まるか（普通は1セクタ目からにする）
		DB		2				; FATの個数（2にしなければいけない）
		DW		224				; ルートディレクトリ領域の大きさ（普通は224エントリにする）
		DW		2880			; このドライブの大きさ（2880セクタにしなければいけない）
		DB		0xf0			; メディアのタイプ（0xf0にしなければいけない）
		DW		9				; FAT領域の長さ（9セクタにしなければいけない）
		DW		18				; 1トラックにいくつのセクタがあるか（18にしなければいけない）
		DW		2				; ヘッドの数（2にしなければいけない）
		DD		0				; パーティションを使ってないのでここは必ず0
		DD		2880			; このドライブ大きさをもう一度書く
		DB		0,0,0x29		; よくわからないけどこの値にしておくといいらしい
		DD		0xffffffff		; たぶんボリュームシリアル番号
		DB		"HARIBOTEOS "	; ディスクの名前（11バイト）
		DB		"FAT12   "		; フォーマットの名前（8バイト）
		RESB	18				; とりあえず18バイトあけておく

; プログラム本体

entry:
		MOV		AX,0			; レジスタ初期化
		MOV		SS,AX
		MOV		SP,0x7c00
		MOV		DS,AX

; ディスクを読む

		MOV		AX,0x0820
		MOV		ES,AX
		MOV		CH,0			; シリンダ0
		MOV		DH,0			; ヘッド0
		MOV		CL,2			; セクタ2
readloop:
		MOV		SI,0			; 失敗回数を数えるレジスタ
retry:
		MOV		AH,0x02			; AH=0x02 : ディスク読み込み
		MOV		AL,1			; 1セクタ
		MOV		BX,0
		MOV		DL,0x00			; Aドライブ
		INT		0x13			; ディスクBIOS呼び出し
		JNC		next			; エラーがおきなければnextへ
		ADD		SI,1			; SIに1を足す
		CMP		SI,5			; SIと5を比較
		JAE		error			; SI >= 5 だったらerrorへ
		MOV		AH,0x00
		MOV		DL,0x00			; Aドライブ
		INT		0x13			; ドライブのリセット
		JMP		retry
next:
		MOV		AX,ES			; アドレスを0x200進める
		ADD		AX,0x0020
		MOV		ES,AX			; ADD ES,0x020 という命令がないのでこうしている
		ADD		CL,1			; CLに1を足す
		CMP		CL,18			; CLと18を比較
		JBE		readloop		; CL <= 18 だったらreadloopへ
		MOV		CL,1
		ADD		DH,1
		CMP		DH,2
		JB		readloop		; DH < 2 だったらreadloopへ
		MOV		DH,0
		ADD		CH,1
		CMP		CH,CYLS
		JB		readloop		; CH < CYLS だったらreadloopへ

; 読み終わったのでharibote.sysを実行だ！

		MOV		[0x0ff0],CH		; IPLがどこまで読んだのかをメモ
		JMP		0xc200

error:
		MOV		SI,msg
putloop:
		MOV		AL,[SI]
		ADD		SI,1			; SIに1を足す
		CMP		AL,0
		JE		fin
		MOV		AH,0x0e			; 一文字表示ファンクション
		MOV		BX,15			; カラーコード
		INT		0x10			; ビデオBIOS呼び出し
		JMP		putloop
fin:
		HLT						; 何かあるまでCPUを停止させる
		JMP		fin				; 無限ループ
msg:
		DB		0x0a, 0x0a		; 改行を2つ
		DB		"load error"
		DB		0x0a			; 改行
		DB		0

		RESB	0x7dfe-$		; 0x7dfeまでを0x00で埋める命令

		DB		0x55, 0xaa

naskfunc.nas:

; naskfunc
; TAB=4

[FORMAT "WCOFF"]				; オブジェクトファイルを作るモード	
[BITS 32]						; 32ビットモード用の機械語を作らせる


; オブジェクトファイルのための情報

[FILE "naskfunc.nas"]			; ソースファイル名情報

		GLOBAL	_io_hlt			; このプログラムに含まれる関数名


; 以下は実際の関数

[SECTION .text]		; オブジェクトファイルではこれを書いてからプログラムを書く

_io_hlt:	; void io_hlt(void);
		HLT
		RET

bootpack.c:

/* 他のファイルで作った関数がありますとCコンパイラに教える */

void io_hlt(void);

/* 関数宣言なのに、{}がなくていきなり;を書くと、
	他のファイルにあるからよろしくね、という意味になるのです。 */

void HariMain(void)
{

fin:
	io_hlt(); /* これでnaskfunc.nasの_io_hltが実行されます */
	goto fin;

}

Makefile:

TOOLPATH = ../z_tools/
INCPATH  = ../z_tools/haribote/

MAKE     = $(TOOLPATH)make.exe -r
NASK     = $(TOOLPATH)nask.exe
CC1      = $(TOOLPATH)cc1.exe -I$(INCPATH) -Os -Wall -quiet
GAS2NASK = $(TOOLPATH)gas2nask.exe -a
OBJ2BIM  = $(TOOLPATH)obj2bim.exe
BIM2HRB  = $(TOOLPATH)bim2hrb.exe
RULEFILE = $(TOOLPATH)haribote/haribote.rul
EDIMG    = $(TOOLPATH)edimg.exe
IMGTOL   = $(TOOLPATH)imgtol.com
COPY     = copy
DEL      = del

# デフォルト動作

default :
	$(MAKE) img

# ファイル生成規則

ipl10.bin : ipl10.nas Makefile
	$(NASK) ipl10.nas ipl10.bin ipl10.lst

asmhead.bin : asmhead.nas Makefile
	$(NASK) asmhead.nas asmhead.bin asmhead.lst

bootpack.gas : bootpack.c Makefile
	$(CC1) -o bootpack.gas bootpack.c

bootpack.nas : bootpack.gas Makefile
	$(GAS2NASK) bootpack.gas bootpack.nas

bootpack.obj : bootpack.nas Makefile
	$(NASK) bootpack.nas bootpack.obj bootpack.lst

naskfunc.obj : naskfunc.nas Makefile
	$(NASK) naskfunc.nas naskfunc.obj naskfunc.lst

bootpack.bim : bootpack.obj naskfunc.obj Makefile
	$(OBJ2BIM) @$(RULEFILE) out:bootpack.bim stack:3136k map:bootpack.map \
		bootpack.obj naskfunc.obj
# 3MB+64KB=3136KB

bootpack.hrb : bootpack.bim Makefile
	$(BIM2HRB) bootpack.bim bootpack.hrb 0

haribote.sys : asmhead.bin bootpack.hrb Makefile
	copy /B asmhead.bin+bootpack.hrb haribote.sys

haribote.img : ipl10.bin haribote.sys Makefile
	$(EDIMG)   imgin:../z_tools/fdimg0at.tek \
		wbinimg src:ipl10.bin len:512 from:0 to:0 \
		copy from:haribote.sys to:@: \
		imgout:haribote.img

# コマンド

img :
	$(MAKE) haribote.img

run :
	$(MAKE) img
	$(COPY) haribote.img ..\z_tools\qemu\fdimage0.bin
	$(MAKE) -C ../z_tools/qemu

install :
	$(MAKE) img
	$(IMGTOL) w a: haribote.img

clean :
	-$(DEL) *.bin
	-$(DEL) *.lst
	-$(DEL) *.gas
	-$(DEL) *.obj
	-$(DEL) bootpack.nas
	-$(DEL) bootpack.map
	-$(DEL) bootpack.bim
	-$(DEL) bootpack.hrb
	-$(DEL) haribote.sys

src_only :
	$(MAKE) clean
	-$(DEL) haribote.img

嗯，貌似没什么好说的，大概文件名就能晓得它大概的用途，其中naskfunc.nas可以在C中嵌入汇编指令，作为一个"函数"调用。