设置OS开发环境-dev00

写在前面

开发平台：Gentoo（或其他Linux发行版，个人推荐Ubuntu）
实现功能：屏幕输出Hello, World!

参考：《一个64位操作系统的设计与实现》

需要的工具

  1. 汇编语言使用的nasm编译器。
  2. 调试工具使用的Bochs，如果对自己技术有信心，只想直接运行程序，推荐使用qemu，有的时候只要简单查看效果，使用qemu相对也更方便。
  3. 顺手的编辑器，看个人喜好。

安装：

Gentoo:

需要自己配置一下USE标志，bochs需要X, debugger，nasm无特殊要求。

sudo emerge -av bochs nasm

Ubuntu:

sudo apt install -y nasm bochs bochs-x

可选，安装qemu：

Gentoo:

sudo emerge -av qemu

Ubuntu:

sudo apt install qemu-system-x86

BIOS可以引导的程序

如果使用VIM编辑器，在编写nasm汇编代码时使用set ft=nasm可启用nasm高亮。

boot.asm程序：

org 0x7c00

; clear screen
mov ax, 0x0600
mov bx, 0x0700
mov cx, 0
mov dx, 0x184f
int 0x10

; set focus
mov ax, 0x0200
mov bx, 0x0000
mov cx, 0x0000
int 0x10

; display msg
mov ax, 0x1301
mov bx, 0x000f
mov cx, MSG_LEN
push ax
mov ax, ds
mov es, ax
pop ax
mov bp, MSG
int 0x10

fun:
  hlt
  jmp $

MSG: db "Hello, World!"
MSG_LEN equ $ - MSG

times 510 - ($ - $$) db 0
db 0x55, 0xaa

编译

nasm boot.asm

默认生成bin格式的无后缀boot文件

有两种方法查看写的程序，两种可以相互补充。主要看个人喜好。

使用Bochs

使用bochs提供的工具bximage创建os.img

bximage -mode=create -hd=10 -imgmode=flat -sectsize=512 os.img -q

提示将ata0-master: type=disk, path="os.img", mode=flat写入bochsrc文件。bochsrc文件是bochs执行需要的配置文件。默认查找顺序是.bochsrc，bochsrc

bochsrc文件:

ata0-master: type=disk, path="os.img", mode=flat

写入os.img

dd if=boot of=os.img bs=512 count=1 conv=notrunc

执行验证

bochs

使用qemu

cat boot.asm > hello.img
qemu-system-x86_64 hello.img

运行结果

hello

更方便的用法

主要是优化了输出语句

新的boot.asm程序：

org 0x7c00

; clear screen
mov ax, 0x0600
mov bx, 0x0700
mov cx, 0
mov dx, 0x184f
int 0x10

; set focus
mov ax, 0x0200
mov bx, 0x0000
mov cx, 0x0000
int 0x10

; print function
print:
  push ax
  push bx

  mov ah, 0x0e
  .Loop:
    cmp [bx], byte 0
    je .Exit
    mov al, [bx]
    int 0x10
    inc bx
    jmp .Loop
  .Exit:
    pop bx
    pop ax
    ret

; display msg
mov bx, MSG
call print

mov bx, NICE
call print

fun:
  hlt
  jmp $

MSG: db "Hello, World!", 0x0d, 0x0a, 0
NICE: db "Love and Peace!", 0x0a, 0x0d, 0

times 510 - ($ - $$) db 0
db 0x55, 0xaa

Return = CR = 13 = 0x0d = \r
NewLine = LF = 10 = 0x0a = \n

一些解释

clear screen

BIOS中断服务程序INT 0x10主功能号AH=0x06。
作用：指定范围滚动窗口的功能，具备清屏功能
AL=滚动的列数，0实现清空屏幕功能，此时其他Bx, CX, DX寄存器参数不起作用。

BH=滚动后空出的位置放入的属性

CH=滚动范围的左上角坐标列号

CL=滚动范围的左上角坐标行号

DH=滚动范围的右下角坐标列号

DL=滚动范围的右下角坐标行号

BH颜色属性

  • bit 0~2：字体颜色（0-黑, 1-蓝, 2-绿, 3-青, 4-红, 5-紫, 6-棕, 7-白）
  • bit 3：字体亮度，0-字体正常，1-字体高亮度
  • bit 4~6：背景颜色（0-黑, 1-蓝, 2-绿, 3-青, 4-红, 5-紫, 6-棕, 7-白）
  • bit 7：字体闪烁，0-不闪烁，1-闪烁

set focus

BIOS中断服务程序INT 0x10主功能号Ah=0x02
作用：屏幕光标位置的设置功能
DH=游标的列数

DL=游标的行数

BH=页码

display

BIOS中断服务程序INT 0x10主功能号AH=0x13。
作用：字符串显示

AL=写入模式

  • AL=0x00：字符串的属性由BL寄存器提供，字符串长度由CX寄存器提供（B为单位），显示后光标位置不变。
  • AL=0x01：同AL=0x00，但光标会移动至字符串尾端位置。
  • AL=0x02：字符串属性由每个字符后面紧跟的字节提供，CX寄存器提供的字符串长度改成Word为单位，显示后光标位置不变。
  • AL=0x03：同AL=0x02，但光标会移动至字符串尾端位置。

CX=字符串的长度

DH=游标的坐标行号

DL=游标的坐标列号

ES:BP=要显示字符串的内存地址

BH=页码

BL=字符属性/颜色属性。

  • bit 0~2：字体颜色（0-黑, 1-蓝, 2-绿, 3-青, 4-红, 5-紫, 6-棕, 7-白）
  • bit 3：字体亮度，0-字体正常，1-字体高亮度
  • bit 4~6：背景颜色（0-黑, 1-蓝, 2-绿, 3-青, 4-红, 5-紫, 6-棕, 7-白）
  • bit 7：字体闪烁，0-不闪烁，1-闪烁
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