了解引导加载程序程序集代码和内存位置

Question

我想检查一下我对以下引导程序代码的理解：

BITS 16

start:
    mov ax, 07C0h   ; Set up 4K stack space after this bootloader
    add ax, 288     ; (4096 + 512) / 16 bytes per paragraph
    mov ss, ax
    mov sp, 4096

    mov ax, 07C0h       ; Set data segment to where we're loaded
    mov ds, ax

    mov si, text_string ; Put string position into SI
    call print_string   ; Call our string-printing routine

    jmp $           ; Jump here - infinite loop!

    text_string db 'This is my cool new OS!', 0

print_string:           ; Routine: output string in SI to screen
    mov ah, 0Eh     ; int 10h 'print char' function

.repeat:
    lodsb           ; Get character from string
    cmp al, 0
    je .done        ; If char is zero, end of string
    int 10h         ; Otherwise, print it
    jmp .repeat

.done:
ret

    times 510-($-$$) db 0   ; Pad remainder of boot sector with 0s
    dw 0xAA55       ; The standard PC boot signature

这是我对代码的理解：

  

移动斧头，07C0h：

• 可以从堆栈段值（存储在ss寄存器中）和偏移量（存储在sp寄存器中）获得内存地址。通过执行以下操作获取地址：堆栈段值x 16 +偏移值。
• 我们正在使用段07C0h在我们的代码中设置空间。因此，当07C0h偏移为0时，它将引用地址为0x7C00。 BIOS尝试从0x7C00引导代码。 MBR是在0x7C00中复制的代码示例。
• 每个段以16字节为块递增，因此07C0h将为您提供地址范围0x7C00-0x7C0F。下一个段07C1h将为您提供地址0x7C10-0x7C1F。

  

添加斧头，288

• 要在引导加载程序之后设置4K堆栈空间，我们需要添加每段从（4096 + 512）/ 16字节获得的288。十进制值288等于120h。
• 现在存储在ax寄存器中的值为08e0h，可通过以下方式获得：07c0h + 120h = 08e0h（120h为十进制288）。

  

mov ss，ax

• 将寄存器ax中的值复制到ss寄存器中。偏移量现在包含段：08e0h。

  

mov sp，4096

• 偏移量值为4096，即0x1000h。 ss：sp对的值为08e0：1000。
• 堆栈的底部从内存地址0x8e00开始，堆栈的顶部从0x9e00（从0x8e00 + 0x1000 = 0x9e00）开始。

下面是内存中的代码和分配的空间的图表，如下所示。

注意：此图中的引导程序和内存引用很可能是错误的，我假设它不是顺序的，并且汇编程序将以不同的方式编译机器代码。但是，代码的开始将从较低的内存地址（0x7C00）开始，引导签名将从较高的地址（0xaa55磁盘签名从0x7c0：0x1fe（物理地址0x7c0 * 16 + 0x1fe = 0x7dfe）开始第一个512字节扇区的最后两个字节，从0x7c0：0x0000到0x7c0：0x200（0x7C32，即512字节的末尾））。

奇怪的是，看到分配的空间是两个4096字节的块：一个用于堆栈，另一个包含代码和数据。我怀疑我在这里错过了一些东西。

Answer 1

  

以下是引导加载程序代码：

缺少有关如何设置汇编代码的相对地址的信息，即如何计算局部偏移量。通常，引导加载程序以org 0x7C00开头，以明确表明期望从cs:ip = 0000:7C00开始的代码。但是您会这样做，ds=07C0会是错误的，因为有人建议代码期望偏移量像从07C0:0000而不是0000:7C00开始一样被汇编。虽然两个地址都针对相同的物理内存地址，但是segment：offset对却不同。

  

每个段以16字节为块递增，因此07C0h将为您提供地址范围0x7C00-0x7C0F。下一个段07C1h将为您提供地址0x7C10-0x7C1F。

每个段为您提供64kiB的范围，尽管起始地址仅增加16个字节，所以段之间有很多重叠，您可以通过许多组合来寻址相同的物理地址。即ds=07C0使您可以进入物理内存范围07C00-17BFF。

---

然后，您将值转换为十六进制是错误的（另请参阅Michael注释），288 = 0x120，以及4096 = 0x1000，但是您正确地得出结论：512B的引导加载程序代码（块设备的单个扇区），4096B的备用空间，然后是4096B的堆栈空间。您是否希望通过向堆栈中推入4096个以上的字节来填充堆栈，所以它不会在代码执行后到达备用空间，而是会缠绕到08E0:FFFE（远高于堆栈的原始开头）。

  

我假设它不是顺序的，汇编器将以不同的方式编译机器代码。

与之相反，指令和源代码中定义的字节在生成的机器代码中顺序发出。使用“列表”命令行开关来查看汇编程序如何发出特定行的机器代码。例如，您是否将text_string db 'This is my cool new OS!', 0行移到BITS 16指令之后的开头，那么该文本将位于机器代码的开头，由BIOS从0000:7C00地址加载和执行，执行文本字节作为指令。