编程过把瘾：自己动手写操作系统

　　下面使用代码来实现这个切换过程。

　　需要的东西

　　◆ 一张空白软盘

　　◆ NASM编译器

　　下面是整个程序的源代码：

　　org 0x07c00; 起始地址是0000:7c00

　　jmp short begin_boot ;跳过其它的数据，跳转到引导程序的开始处

　　bootmesg db "Our OS boot sector loading ......"

　　pm_mesg db "tching to protected mode ...."

　　dw 512 ;每一扇区的字节数

　　db 1 ;每一簇的扇区数

　　dw 1 ;保留的扇区号

　　db 2

　　dw 0x00e0

　　dw 0x0b40

　　db 0x0f0

　　dw 9

　　dw 18

　　dw 2 ;读写扇区号

　　dw 0 ;隐藏扇区号

　　print_mesg :

　　mov ah,0x13 ;使用中断10h的功能13，在屏幕上写一个字符串

　　mov al,0x00 ;决定调用函数后光标所处的位置

　　mov bx,0x0007 ;设置显示属性

　　mov cx,0x20 ;在此字符串长度为32

　　mov dx,0x0000 ;光标的起始行和列

　　int 0x10 ;调用BIOS的中断10h

　　ret ;返回调用程序

　　get_key :

　　mov ah,0x00

　　int 0x16 ;Get_key使用中断16h的功能0，读取下一个字符

　　ret

　　clrscr :

　　mov ax,0x0600 ;使用中断10h的功能6，实现卷屏，如果al=0则清屏

　　mov cx,0x0000 ;清屏

　　mov dx,0x174f ;卷屏至23，79

　　mov bh,0 ;使用颜色0来填充

　　int 0x10 ;调用10h中断

　　ret

　　begin_boot :

　　call clrscr ;先清屏

　　mov bp,bootmesg ;提供串地址

　　call print_mesg ;输出信息

　　call get_key ;等待用户按下任一键

　　bits 16

　　call clrscr ;清屏

　　mov ax,0xb800 ;使gs指向显示内存

　　mov gs,ax ;在实模式下显示一个棕色的A

　　mov word[gs:0],0x641 ;显示

　　call get_key ;调用Get_key等待用户按下任一键

　　mov bp,pm_mesg ;设置串指针

　　call print_mesg ;调用print_mesg子程序

　　call get_key ;等待按键

　　call clrscr ;清屏

　　cli ;关中断

　　lgdt[gdtr] ;加载GDT

　　mov eax,cr0

　　or al,0x01 ;设置保护模式位

　　mov cr0,eax ;将更改后的字送至控制寄存器中

　　jmp codesel:go_pm

　　bits 32

　　go_pm :

　　mov ax,datasel

　　mov ds,ax ;初始化ds和es，使其指向数据段

　　mov es,ax

　　mov ax,videosel ;初始化gs，使其指向显示内存

　　mov gs,ax

　　mov word [gs:0],0x741 ;在保护模式下显示一个白色的字符A

　　spin : jmp spin ;循环

　　bits 16

　　gdtr :

　　dw gdt_end-gdt-1 ;gdt的长度

　　dd gdt ;gdt的物理地址

　　gdt

　　nullsel equ $-gdt ;$指向当前位置，所以nullsel = 0h

　　gdt0 ;空描述符

　　dd 0

　　dd 0 ;所有的段描述符都是64位的

　　codesel equ $-gdt ;这是8h也就是gdt的第二个描述符

　　code_gdt

　　dw 0x0ffff ;段描述符的界限是4Gb

　　dw 0x0000

　　db 0x00

　　db 0x09a

　　db 0x0cf

　　db 0x00

　　datasel equ $-gdt

　　data_gdt

　　dw 0x0ffff

　　dw 0x0000

　　db 0x00

　　db 0x092

　　db 0x0cf

　　db 0x00

　　videosel equ $-gdt

　　dw 3999

　　dw 0x8000 ;基址是0xb8000

　　db 0x0b

　　db 0x92

　　db 0x00

　　db 0x00

　　gdt_end

　　times 510-($-$$) db 0

　　dw 0x0aa55

　　把上面的代码存在一个名为abc.asm的文件之中，使用命令nasm abc.asm，将得出一个名为abc的文件。然后插入软盘，输入命令：dd if=abc of=/dev/fd0。该命令将把文件abc写入到软盘的第一扇区之中。然后重新启动系统，就会看到如下的信息：

　　*Our os booting................

　　* A (棕色)

　　*tching to protected mode....

　　* A (白色)

　　对代码的解释

　　上面给出了所有的代码，下面我对上述代码做一些解释。

　　◆ 使用的函数

　　下面是代码中一些函数的说明：

　　print_mesg 该子程序使用了BIOS中断10h的功能13h，即向屏幕写一字符串。属性控制是通过向一些寄存器中送入不同的值来实现的。中断10h是用于各种字符串操作，我们把子功能号13h送到ah中，用于指明要打印一个字符串。al寄存器中的0说明了光标返回的起始位置，0表示调用函数后光标返回到下一行的行首。如果al为1则表示光标位于最后一个字符处。

　　显存被分成了几页，在同一时刻只能显示其中的一页。bh指明的是页号；bl则指明要显示字符的颜色；cx指明要显示字符串的长度；dx指明光标的位置(即起始的行和列)。所有相关寄存器初始化完成以后，就可以调用BIOS中断10h了。

　　get_key 使用中断16h的子功能00h，从屏幕得到下一个字符。

　　clrscr 该函数使用了中断10h的另外一个子功能06h，用于输出开始前清屏。初始化时给al中送入0。寄存器cx和dx指明要清屏的屏幕范围，在本例中是整个屏幕。寄存器bh指明屏幕填充的颜色，在本例中是黑色。

　　◆ 其它内容

　　程序一开始是一条短跳转指令，跳到begin_boot处。在实模式下，在此打印一个棕色的“A”，并且设置一个GDT。切换到保护模式，并且打印一个白色的“A”。这两种模式使用的都是自己的寻址方法。

　　在实模式下，使用段寄存器gs指示显存位置，我们使用的是CGA显卡(默认基址是0xb8000)。在代码中是不是漏了一个0呢？没有，因为实模式下会提供一个附加的0。这种方式也被80386继承下来了。A的ASCⅡ是0x41，0x06指明了需要一个棕色的字符。该显示会一直持续直至按下任意键。下面要在屏幕上显示一句话，告诉使用者下面马上要进入保护模式了。

　　启动到保护模式，在进行切换时不希望此时有中断的影响，故要关闭所有的中断(使用cli来实现)。然后对GDT初始化。在整个切换过程中，对4个描述符进行了初始化。这些描述符对代码段(code_gdt)、数据和堆栈段(data_gdt)，以及为了访问显存而对显示段进行初始化。此外，还会对一个空描述符进行初始化。

　　GDT的基址要加载至GDTR系统寄存器之中。gdtr段的第一个字加载的是GDT的大小，在下一个双字中则加载的是基址。然后，lgdt指令把把gdt段加载至GDTR寄存器中。现在已经做好了切换到保护模式前的所有准备。最后一件事情就是把CR0寄存器的PE位置1。不过，即使这样还没有处于保护模式状态之下。

　　设置了PE位以后，还需要通过执行JMP指令来清除处理器指令预取队列。在80386中，使用指令前总是先将其从内存中取出，并且进行解码和寻址。然而，当进入保护模式以后，预取指令信息(它还处于实地址模式)就无效了。使用JMP指令的目的就是强迫处理器放弃无效的信息。

　　现在，已经在保护模式下了。那么，如何检测是在保护模式状态之下呢？让我们来看一看屏幕上这个白色的字母A。在这里，使用了数据段选择符(datase1)对数据段和附加段进行了初始化，使用显示段选择符(videose1)对gs进行了初始化。告示的字符“A”其ASCⅡ值和属性位于[gs:0000]处，也就是b8000:0000处。循环语句使得该字符一直在屏幕上显示，直至重新启动系统。

　　下一步要做的事

　　现在，这个操作系统已经工作在保护模式下了，但是实际上它并不实现什么具体的功能。你可以在这个基础上为它增加各种操作系统所具有的功能。我们自己动手写操作系统到此也就告一段落。