从实模式到保护模式笔记01编写主引导扇区代码

本系列博客是李忠老师的《x86汇编：从实模式到保护模式》的读书笔记，因为之前有王爽的《汇编语言》的底子，博客在实模式时将比较简要，主要学习nasm与masm相比写法的不同，每章以代码+执行+讲解的形式展开。

0x00 代码

mov ax,0xb800
mov es,ax

mov byte [es:0x00],'L'
mov byte [es:0x01],0x02
mov byte [es:0x02],'a'
mov byte [es:0x03],0x02
mov byte [es:0x04],'b'
mov byte [es:0x05],0x02
mov byte [es:0x06],'e'
mov byte [es:0x07],0x02
mov byte [es:0x08],'l'
mov byte [es:0x09],0x07
mov byte [es:0x0a],','
mov byte [es:0x0b],0x07
mov byte [es:0x0c],'o'
mov byte [es:0x0d],0x07
mov byte [es:0x0e],'f'
mov byte [es:0x0f],0x07
mov byte [es:0x10],'f'
mov byte [es:0x11],0x07
mov byte [es:0x12],'s'
mov byte [es:0x13],0x07
mov byte [es:0x14],'e'
mov byte [es:0x15],0x07
mov byte [es:0x16],'t'
mov byte [es:0x17],0x07
mov byte [es:0x18],':'
mov byte [es:0x19],0x07

mov ax,number
mov bx,10

mov cx,cs
mov ds,cx

mov dx,0
div bx
mov [0x7c00+number+0x00],dl;保存个位上的数字

xor dx,dx
div bx
mov [0x7c00+number+0x01],dl;十位

xor dx,dx
div bx
mov [0x7c00+number+0x02],dl;百位

xor dx,dx
div bx
mov [0x7c00+number+0x03],dl;千位

xor dx,dx
div bx
mov [0x7c00+number+0x04],dl;万位

;以下用10进制显示标号的偏移地址的各个十进制位
mov al,[0x7c00+number+0x04]
add al,0x30
mov [es:0x1a],al
mov byte [es:0x1b],0x04

mov al,[0x7c00+number+0x03]
add al,0x30
mov [es:0x1c],al
mov byte [es:0x1d],0x04

mov al,[0x7c00+number+0x02]
add al,0x30
mov [es:0x1e],al
mov byte [es:0x1f],0x04

mov al,[0x7c00+number+0x01]
add al,0x30
mov [es:0x20],al
mov byte [es:0x21],0x04

mov al,[0x7c00+number+0x00]
add al,0x30
mov [es:0x22],al
mov byte [es:0x23],0x04

mov byte [es:0x24],'D'
mov byte [es:0x25],0x07

infi:jmp near infi

number db 0,0,0,0,0
times 203 db 0
db 0x55,0xaa

QQ截图20200628103546

上述代码运行正确

0x01 代码详解

处理器加电后先去0xffff:0x0000处执行bios代码，bios执行完自身逻辑后，将MBR(主引导扇区0磁头0磁道1扇区)读入0x0000:0x7c00处，并jmp过去执行主引导扇区。而主引导扇区最后两个字节必须是 0x55 0xaa。

而地址空间中0xb800:0x0000-0xbfff:0x0000是现存映射的，所以可以往里面写入ascii码来改变屏幕显示的文字。

在nasm中，直接mov byte [es:0x00],’a’ 这种形式，和masm不同

汇编地址：处理器访问内存时，采取短地址：偏移地址的形式访问，所以在源程序编译时，编译器会把源程序整体当作一个独立的段来处理，并从0开始计算和跟踪每一条指令的地址，这些地址在编译时确定成为编译地址，编译地址都是相对于第一条指令的偏移量,且被执行时是一个立即数，因此可以用立即数表达式，如上面的[0x7c00+number+0x00]。

标号：在nasm里，每条指令前都可以有一个标号，以代表该指令的汇编地址，nasm中冒号写不写无所谓，而且标号可以单独占用一行：

infi:jmp near infi
infi jmp near infi
infi:
	jmp near infi;三种写法都是对的，习惯用第一种

值得注意的是，如果程序第一条指令被装入后，在所在的段的偏移地址不是0，那么其余的汇编地址也不能对应真正的段内偏移地址。例如上面的代码中number标号表示db定义的数据的首字节对应的汇编地址，但是由于被装入到0x0000:0x7c00，第一条指令的偏移地址都不是0，所以标号的地址也不对应偏移地址，需要+0x7c00使用。

和masm一样 nasm中的jmp 到标号也是有三种 jmp short 标号 jmp near 标号 jmp far 标号 前两者都是保存的标号相对于当前ip的相对距离范围分别是从 -128-127 -32768-32767，因为是相对跳转，所以不用担心标号的汇编地址与段内偏移地址不对应的问题，所以上面的代码是 infi: jmp near infi 而不是 infi:jmp near 0x7c00+infi。而后者far则是保存的跳转的段内偏移地址，所以如果用标号，就得+0x7c00,也就是infi:jmp far infi+0x7c00

和masm不同，nasm使用times 203 db 0来重复，而不是db 203 dpu (0)

0x02 bochs调试

bochs安装目录有一个bochsdebug.exe，一样的使用方式，但是运行后会等待我们调试

QQ截图20200628112307

如图左边显示下一条执行的指令和对应地址，而闪烁的光标等待我们输入调试命令。注意到：第一条指令的地址并不是0xffff:0x0000,因为现代x86处理器并不是和8086一样了,现代处理器加电后cs为0xf000,ip被初始为0xfff0，并且其余部分的地址线都是高电平，由于bochs虚拟的地址线是32位，所以最终为0xfffffff0。但是，虽然现代x86处理起加电从这个地址开始，并且bios的rom被映射到这里，实际上，现代x86处理器也还是兼容在0x000ffff0处访问bios的rom的，也就是说 bios的rom被映射到了地址空间上的两个片段

命令 s 可以单步执行(step)

命令 b 物理地址 可以在对应物理地址下断点如 b 0x7c00 会在0x00007c00 下断点(break)

命令 c 持续执行直到遇到断点，所以可以和刚刚的b命令配合实现让处理器一直执行命令直到指定的物理地址(continue)

QQ截图20200628114411

上图我们通过b 0x7c00 和 c命令让cpu一直执行到了0x7c00处

QQ截图20200628114537

此时bochs的界面也确实执行完了bios即将到达我们在mbr里写的，已经被读入到0x7c00处的代码mov ax,0xb800

命令 r 显示通用寄存器的值(register)

QQ截图20200628114805

因为是64位的bochs，所有的寄存器已经被扩展到64位了，但是仍然可以拆开成2个32位，低32位又可以拆成2个16位，低16位即是8086的通用寄存器。

在32位和64位处理器中，增加了两个新的段寄存器FS、GS ，并且6个段寄存器依然都是16位的，但是额外增加了一个不可访问的部分，段描述符高速缓存器，这个由处理器内部使用，不能在程序中访问，里面存放了段的起始地址、段的扩展范围和各种属性（比如是数据段还是代码段，是否可写、是否被访问过等）。具体的用法将在保护模式展开。

命令 xp 物理地址 显示指定地址的内容，显示的长度默认是一个双字，4字节，可以用 xp/n 物理地址 来指定显示区域的字节数。(eXamine memory physical adress)

QQ截图20200628121419