【操作系统】半小时写一个微型操作系统-写一个启动扇区并且导入到软盘镜像中_写入软盘映像

作者：小蓝xlanll | 2024-04-01 00:47:52

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写入软盘映像

一.什么是启动扇区

我们使用软盘来启动操作系统时，系统首先就是从软盘的第一个扇区中开始读取数据，也就是第0面，0磁道的第0个扇区，软盘的每个扇区为512个字节的大小，如果最后两个字节为0xaa55（当BIOS看到这两个字节时，就认为是引导扇区的结束标志），则代表该两个字节前的机器指令都是启动扇区的指令，以0x00开头一直到0xaa55这512个字节的扇区就称之为启动扇区。

二.引导扇区的程序编写

代码（程序名称为boot.S）以及注释如下：


.code16
.text
        mov     %cs,%ax
        mov     %ax,%ds  
        mov     %ax,%es  #将寄存器ds和es同时指向与cs相同的段，使得后续在进行数据操作时能定位到正确的位置
        call    DispStr  #调用DispStr函数
        jmp     .  #进入死循环
DispStr:  
        mov     $BootMessage,%ax
        mov     %ax,%bp
        mov     $16,%cx
        mov     $0x1301,%ax
        mov     $0x00c,%bx
        mov     $0,%dl
        int     $0x10
        ret
BootMessage:.ascii  "Hello, OS world!"
.org    510
.word   0xaa55

DispStr函数的注释如下：


DispStr:  
        mov     $BootMessage,%ax #将字符串变量“BootMessage”的首地址传给寄存器ax
        mov     %ax,%bp #使用寄存器ES:BP保存字符串的地址
        mov     $16,%cx  #保存字符串的长度
        mov     $0x1301,%ax #寄存器ax高位为 0x13h，低位为0x01h
        mov     $0x00c,%bx #设置页号为0（高位0X0h），字符串颜色为红色高亮（低位0x0ch）
        mov     $0,%dl
        int     $0x10 #10h号中断
        ret

剩下的代码注释如下：


BootMessage:.ascii  "Hello, OS world!"  #字符串函数
.org    510  #用0x00填满剩下的字节，一直到第510个字节
.word   0xaa55  #剩下的两个字节填0xaa55

三.连接脚本的编写

要想将一个程序编译成可执行文件，我们需要经过类似中间代码生成、连接等步骤（可以参考之前写过的一篇文章：【c语言】从高级语言到可以执行的EXE程序的编译过程），所以，在编译之前，我们还需要编写一个连接脚本（名称为solrex_X86.ld），代码如下：


SECTIONS
{
. = 0x7c00;
.text :
{
  _ftext = .;
} = 0
}

当BIOS发现了引导分区（以0xaa55结尾的前512个字节的扇区）之后，就会把这512个字节的内容转载到内存的0000:7c00处（可以参考之前写过的一篇文章：【操作系统】操作系统的启动都干了些什么），然后跳转到0000:7c00处将控制权彻底交给这段引导代码中，所以该连接脚本的功能就是在进行连接时，将程序入口设置到内存0000:7c00的位置，而如果我们希望将代码放置到其他地址空间时，就可以直接修改连接脚本的地址即可。

四.Makefile脚本编写

下一步我们编写Makefile脚本，用于将高级语言（.S）编译成中间文件（.o），再将连接脚本（.ld）和中间文件（.o）连接编译成可执行文件（.elf），最后将可执行文件写入到软盘镜像中(.img)，代码如下：


CC=gcc
LD=ld
LDFILE=solrex_X86.ld  #连接脚本
OBJCOPY=objcopy
 
all: boot.img
 
boot.o: boot.S  #生成中间文件
        $(CC) -c boot.S
 
boot.elf: boot.o  #连接脚本+中间文件=可执行文件
        $(LD) boot.o -o boot.elf -e c -T$(LDFILE)
 
boot.bin: boot.elf  #移除可执行文件中没有用到的块
        @$(OBJCOPY) -R .pdr -R .comment -R.note -S -O binary boot.elf boot.bin
 
boot.img: boot.bin   #生成软盘镜像
        @dd if=boot.bin of=boot.img bs=512 count=1
        @dd if=/dev/zero of=boot.img skip=1 seek=1 bs=512 count=2879
 
clean:
        @rm -rf boot.o boot.elf boot.bin boot.img