清華大學教學核心ucore學習系列（1） bootloader

ucore是清華大學作業系統課程的實驗核心，也是一個開源項目，是不可多得的非常好的作業系統學習資源

https://github.com/chyyuu/ucore_lab.git， 各位同學可以使用git下載源碼和文檔。

本文我會對項目中的code/lab1/boot/bootasm.S檔案進行完全注釋。

 asm.h標頭檔中包含了一些宏定義，用於定義gdt，gdt是保護模式使用的全域段描述符表，其中儲存著段描述符。

 # Start the  switch to -bit protected mode, jump  # The BIOS loads this code from the first sector of the hard disk  # memory at physical address 0x7c00  starts executing  # with %cs=此段注釋說明了要完成的目的：啟動保護模式，轉入C函數。
這裡正好說了一下bootasm.S檔案的作用。電腦加電後，由BIOS將bootasm.S產生的可執行代碼從硬碟的第一個扇區複製到記憶體中的物理地址0x7c00處,並開始執行。
此時系統處於實模式。可用記憶體不多於1M。   這兩個段選擇子的作用其實是提供了gdt中程式碼片段和資料區段的索引，具體怎麼用的下面用到的時候我們詳細解釋
 
  # start address should be :7c00,   這兩行代碼相當於定義了C語言中的main函數，start就相當於main，BIOS調用程式時，從這裡開始執行

因為以下代碼是在實模式下執行，所以要告訴編譯器使用16位元模式編譯。

          關中斷，設定字串操作是遞增方向。cld的作用是將direct flag標誌位清零，it means that instructions that autoincrement the source index and destination index (like MOVS) will increase both of them。

   
   將段選擇子清零
      # Enable       #  address line  好了，啟用A20後，就可以訪問所有4G記憶體了，就可以使用保護模式了。

怎麼啟用呢，由於曆史原因A20地址位由鍵盤控制器晶片8042管理。所以要給8042發命令啟用A20
8042有兩個IO連接埠：0x60和0x64， 啟用流程位： 發送0xd1命令到0x64連接埠 --> 發送0xdf到0x60，done！


     inb $0x64, %al                                  #  for  busy(       seta20.發送命令之前，要等待鍵盤輸入緩衝區為空白，這通過8042的狀態寄存器的第2bit來觀察，而狀態寄存器的值可以讀0x64連接埠得到。
上面的指令的意思就是，如果狀態寄存器的第2位為1，就跳到seta20.1符號處執行，知道第2位為0，代表緩衝區為空白

       outb %al, $0x64                                 # 0xd1  write data to 發送0xd1到0x64連接埠        s A20 bit(the  bit) to  
到此，A20啟用完成。
      #       # effective memory map does 
     載入gdt
   開啟保護模式標誌位，相當於按下了保護模式的開關。cr0寄存器的第0位就是這個開關，通過CR0_PE_ON或cr0寄存器，將第0位置1
      # Jump to next instruction, but       # Switches processor   由於上面的代碼已經開啟了保護模式了，所以這裡要使用邏輯地址，而不是之前實模式的地址了。
這裡用到了PROT_MODE_CSEG, 他的值是0x8。根據段選擇子的格式定義，0x8就翻譯成：
　　　　　　　　INDEX　　　　　　　　 TI     CPL
　　　　    0000 0000 0000 1      00      0
INDEX代表GDT中的索引，TI代表使用GDTR中的GDT， CPL代表處於特權級。

PROT_MODE_CSEG選擇子選擇了GDT中的第1個段描述符。這裡使用的gdt就是變數gdt，下面可以看到gdt的第1個段描述符的基地址是0x0000,所以經過映射後和轉換前的記憶體映射的物理地址一樣。

  .code32                                             # Assemble for         movw %ax, %ds                                   # ->      movw %ax, %es                                   # ->        movw %ax, %ss                                   # ->  
重新初始化各個段寄存器。     # Set up the stack pointer    C. The stack region is from        棧頂設定在start處，也就是地址0x7c00處，call函數將返回地址入棧，將控制權交給bootmain      # If bootmain returns (it shouldn