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%include "pm.inc" ; 常量, 宏, 以及一些说明
org 0100h
jmp LABEL_BEGIN
PageDirBase0 equ 200000h ; 页目录开始地址: 2M
PageTblBase0 equ 201000h ; 页表开始地址: 2M + 4K
PageDirBase1 equ 210000h ; 页目录开始地址: 2M + 64K
PageTblBase1 equ 211000h ; 页表开始地址: 2M + 64K + 4K
; GDT --------------------------------------------------------------------------------------
[SECTION .gdt]
; 段基址, 段界限 , 属性
LABEL_GDT: Descriptor 0, 0, 0 ;空描述符
LABEL_DESC_NORMAL: Descriptor 0, 0ffffh, DA_DRW ;Normal描述符
LABEL_DESC_CODE32: Descriptor 0, SegCode32Len-1, DA_C+DA_32 ;非一致,32
LABEL_DESC_DATA: Descriptor 0, DataLen-1, DA_DRW ;Data
LABEL_DESC_VIDEO: Descriptor 0B8000h, 0ffffh, DA_DRW+DA_DPL3
LABEL_DESC_FLAT_RW: Descriptor 0, 0fffffh, DA_DRW|DA_LIMIT_4K ; 0~4G
LABEL_DESC_TSS0: Descriptor 0, TSSLen -1, DA_386TSS ;TSS0描述符
LABEL_DESC_TSS1: Descriptor 0, TSSLen -1, DA_386TSS ;TSS1描述符
LABEL_DESC_STACK0: Descriptor 0, TopOfStack0, DA_DRWA+DA_32 ;全局Stack0,32
LABEL_DESC_STACK1: Descriptor 0, TopOfStack1, DA_DRWA+DA_32 ;全局Stack1,32
LABEL_DESC_LDT0: Descriptor 0, LDT0Len - 1, DA_LDT ; LDT0
LABEL_DESC_LDT1: Descriptor 0, LDT1Len - 1, DA_LDT ; LDT1
GdtLen equ $ - LABEL_GDT ; GDT长度
GdtPtr dw GdtLen - 1 ; GDT界限
dd 0 ; GDT基地址
; GDT 选择子
SelectorNormal equ LABEL_DESC_NORMAL - LABEL_GDT
SelectorCode32 equ LABEL_DESC_CODE32 - LABEL_GDT
SelectorData equ LABEL_DESC_DATA - LABEL_GDT
SelectorVideo equ LABEL_DESC_VIDEO - LABEL_GDT
SelectorFlatRW equ LABEL_DESC_FLAT_RW - LABEL_GDT
SelectorStack0 equ LABEL_DESC_STACK0 - LABEL_GDT
SelectorStack1 equ LABEL_DESC_STACK1 - LABEL_GDT
SelectorTSS0 equ LABEL_DESC_TSS0 - LABEL_GDT
SelectorTSS1 equ LABEL_DESC_TSS1 - LABEL_GDT
SelectorLDT0 equ LABEL_DESC_LDT0 - LABEL_GDT
SelectorLDT1 equ LABEL_DESC_LDT1 - LABEL_GDT
; END of [SECTION .gdt]
; 数据段 --------------------------------------------------------------------------------------
[SECTION .data1]
ALIGN 32
[BITS 32]
LABEL_DATA:
; 实模式下使用这些符号
_szMemChkTitle: db "BaseAddrL BaseAddrH LengthLow LengthHigh Type", 0Ah, 0 ; 进入保护模式后显示此字符串
_szRAMSize db "RAM size:", 0
_szReturn db 0Ah, 0
_szMyself db "By JYQ. Result:",0
; 变量
_dwMCRNumber: dd 0 ; Memory Check Result
_dwDispPos: dd (80 * 6 + 0) * 2 ; 屏幕第 6 行, 第 0 列。
_dwMemSize: dd 0
_ARDStruct: ; Address Range Descriptor Structure
_dwBaseAddrLow: dd 0
_dwBaseAddrHigh: dd 0
_dwLengthLow: dd 0
_dwLengthHigh: dd 0
_dwType: dd 0
_PageTableNumber dd 0
_MemChkBuf: times 256 db 0
_currentTask: dd 0
; 保护模式下使用这些符号
szMemChkTitle equ _szMemChkTitle - $$
szRAMSize equ _szRAMSize - $$
szReturn equ _szReturn - $$
szMyself equ _szMyself - $$
dwDispPos equ _dwDispPos - $$
dwMemSize equ _dwMemSize - $$
dwMCRNumber equ _dwMCRNumber - $$
ARDStruct equ _ARDStruct - $$
dwBaseAddrLow equ _dwBaseAddrLow - $$
dwBaseAddrHigh equ _dwBaseAddrHigh - $$
dwLengthLow equ _dwLengthLow - $$
dwLengthHigh equ _dwLengthHigh - $$
dwType equ _dwType - $$
MemChkBuf equ _MemChkBuf - $$
PageTableNumber equ _PageTableNumber- $$
currentTask equ _currentTask - $$
DataLen equ $ - LABEL_DATA
; END of [SECTION .data1]
; IDT --------------------------------------------------------------------------------------
[SECTION .idt]
ALIGN 32
[BITS 32]
LABEL_IDT:
; 门 目标选择子, 偏移, DCount, 属性
%rep 32
Gate SelectorCode32, SpuriousHandler, 0, DA_386IGate
%endrep
.020h: Gate SelectorCode32, ClockHandler, 0, DA_386IGate
%rep 95
Gate SelectorCode32, SpuriousHandler, 0, DA_386IGate
%endrep
.080h: Gate SelectorCode32, UserIntHandler, 0, DA_386IGate+DA_DPL3
IdtLen equ $ - LABEL_IDT
IdtPtr dw IdtLen - 1 ; 段界限
dd 0 ; 基地址
; END of [SECTION .idt]
; 全局堆栈段0 --------------------------------------------------------------------------------------
[SECTION .gs0]
ALIGN 32
[BITS 32]
LABEL_STACK0:
times 512 db 0
TopOfStack0 equ $ - LABEL_STACK0 - 1
; END of [SECTION .gs0]
; 全局堆栈段1 --------------------------------------------------------------------------------------
[SECTION .gs1]
ALIGN 32
[BITS 32]
LABEL_STACK1:
times 512 db 0
TopOfStack1 equ $ - LABEL_STACK1 - 1
; END of [SECTION .gs1]
; LDT0 --------------------------------------------------------------------------------------
[SECTION .ldt0]
ALIGN 32
LABEL_LDT0:
; 段基址 段界限 属性
LABEL_LDT0_DESC_CODE: Descriptor 0, LEN_TASK0 - 1, DA_C + DA_32 + DA_DPL3 ; Task0 Code, 32 位, ring 3
LABEL_LDT0_DESC_USER_STACK: Descriptor 0, TopOfUserStack0, DA_DRWA + DA_32 + DA_DPL3
LDT0Len equ $ - LABEL_LDT0
; LDT 选择子
SelectorLDT0Code equ LABEL_LDT0_DESC_CODE - LABEL_LDT0 + SA_TIL + SA_RPL3
SelectorLDT0UserStack equ LABEL_LDT0_DESC_USER_STACK - LABEL_LDT0+ SA_TIL + SA_RPL3
; END of [SECTION .ldt0]
; LDT1 --------------------------------------------------------------------------------------
[SECTION .ldt1]
ALIGN 32
LABEL_LDT1:
; 段基址 段界限 属性
LABEL_LDT1_DESC_CODE: Descriptor 0, LEN_TASK1 - 1, DA_C + DA_32 + DA_DPL3; Task1 Code, 32 位
LABEL_LDT1_DESC_USER_STACK: Descriptor 0, TopOfUserStack1, DA_DRWA+DA_32 + DA_DPL3
LDT1Len equ $ - LABEL_LDT1
; LDT 选择子
SelectorLDT1Code equ LABEL_LDT1_DESC_CODE - LABEL_LDT1 + SA_TIL + SA_RPL3
SelectorLDT1UserStack equ LABEL_LDT1_DESC_USER_STACK - LABEL_LDT1 + SA_TIL + SA_RPL3
; END of [SECTION .ldt1]
; TSS0 ---------------------------------------------------------------------------------------------
[SECTION .tss0]
ALIGN 32
[BITS 32]
LABEL_TSS0:
DD 0 ; Back
DD TopOfStack0 ; 0 级堆栈
DD SelectorStack0;
DD 0 ; 1 级堆栈
DD 0 ;
DD 0 ; 2 级堆栈
DD 0 ;
DD PageDirBase0; CR3
DD 0 ; EIP
DD 200h ; EFLAGS
DD 0 ; EAX
DD 0 ; ECX
DD 0 ; EDX
DD 0 ; EBX
DD TopOfUserStack0; ESP
DD 0 ; EBP
DD 0 ; ESI
DD 0 ; EDI
DD 0 ; ES
DD SelectorLDT0Code ; CS
DD SelectorLDT0UserStack ; SS
DD 0 ; DS
DD 0 ; FS
DD 0 ; GS
DD SelectorLDT0; LDT
DW 0 ; 调试陷阱标志
DW $ - LABEL_TSS0 + 2 ; I/O位图基址
DB 0ffh ; I/O位图结束标志
TSSLen equ $ - LABEL_TSS0
; TSS ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
; TSS1 ---------------------------------------------------------------------------------------------
[SECTION .tss1]
ALIGN 32
[BITS 32]
LABEL_TSS1:
DD 0 ; Back
DD TopOfStack1 ; 0 级堆栈
DD SelectorStack1 ;
DD 0 ; 1 级堆栈
DD 0 ;
DD 0 ; 2 级堆栈
DD 0 ;
DD PageDirBase1; CR3
DD 0 ; EIP
DD 200h ; EFLAGS
DD 0 ; EAX
DD 0 ; ECX
DD 0 ; EDX
DD 0 ; EBX
DD TopOfUserStack1; ESP
DD 0 ; EBP
DD 0 ; ESI
DD 0 ; EDI
DD 0 ; ES
DD SelectorLDT1Code ; CS
DD SelectorLDT1UserStack ; SS
DD 0 ; DS
DD 0 ; FS
DD 0 ; GS
DD SelectorLDT1; LDT
DW 0 ; 调试陷阱标志
DW $ - LABEL_TSS1 + 2 ; I/O位图基址
DB 0ffh ; I/O位图结束标志
; TSS ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
; 用户堆栈段0 --------------------------------------------------------------------------------------
[SECTION .ls0]
ALIGN 32
[BITS 32]
LABEL_USER_STACK0:
times 512 db 0
TopOfUserStack0 equ $ - LABEL_USER_STACK0 - 1
; END of [SECTION .ls0]
; 用户堆栈段1 --------------------------------------------------------------------------------------
[SECTION .ls1]
ALIGN 32
[BITS 32]
LABEL_USER_STACK1:
times 512 db 0
TopOfUserStack1 equ $ - LABEL_USER_STACK1 - 1
; END of [SECTION .ls1]
[SECTION .s16]
[BITS 16]
FUNC_SETDESC: ; ebx:source edx:desc
xor eax, eax
mov ax, ds
shl eax, 4
add eax, ebx
mov word [edx + 2], ax
shr eax, 16
mov byte [edx + 4], al
mov byte [edx + 7], ah
ret
LABEL_BEGIN:
mov ax, cs
mov ds, ax
mov es, ax
mov ss, ax
mov sp, 0100h
; 15h中断 得到内存数
mov ebx, 0
mov di, _MemChkBuf
.loop:
mov eax, 0E820h
mov ecx, 20
mov edx, 0534D4150h
int 15h
jc LABEL_MEM_CHK_FAIL
add di, 20
inc dword [_dwMCRNumber]
cmp ebx, 0
jne .loop
jmp LABEL_MEM_CHK_OK
LABEL_MEM_CHK_FAIL:
mov dword [_dwMCRNumber], 0
LABEL_MEM_CHK_OK:
; 初始化 32 位代码段描述符
mov ebx, LABEL_SEG_CODE32
mov edx, LABEL_DESC_CODE32
call FUNC_SETDESC
; 初始化数据段描述符
mov ebx, LABEL_DATA
mov edx, LABEL_DESC_DATA
call FUNC_SETDESC
; 初始化全局堆栈段描述符
mov ebx, LABEL_STACK0
mov edx, LABEL_DESC_STACK0
call FUNC_SETDESC
mov ebx, LABEL_STACK1
mov edx, LABEL_DESC_STACK1
call FUNC_SETDESC
; 初始化 LDT 在 GDT 中的描述符
mov ebx, LABEL_LDT0
mov edx, LABEL_DESC_LDT0
call FUNC_SETDESC
mov ebx, LABEL_LDT1
mov edx, LABEL_DESC_LDT1
call FUNC_SETDESC
; 初始化 LDT 中的描述符
mov ebx, LABEL_TASK0
mov edx, LABEL_LDT0_DESC_CODE
call FUNC_SETDESC
mov ebx, LABEL_TASK1
mov edx, LABEL_LDT1_DESC_CODE
call FUNC_SETDESC
mov ebx, LABEL_USER_STACK0
mov edx, LABEL_LDT0_DESC_USER_STACK
call FUNC_SETDESC
mov ebx, LABEL_USER_STACK1
mov edx, LABEL_LDT1_DESC_USER_STACK
call FUNC_SETDESC
; 初始化 TSS 描述符
mov ebx, LABEL_TSS0
mov edx, LABEL_DESC_TSS0
call FUNC_SETDESC
mov ebx, LABEL_TSS1
mov edx, LABEL_DESC_TSS1
call FUNC_SETDESC
; 为加载 GDTR 作准备
xor eax, eax
mov ax, ds
shl eax, 4
add eax, LABEL_GDT ; eax <- gdt 基地址
mov dword [GdtPtr + 2], eax ; [GdtPtr + 2] <- gdt 基地址
; 为加载 IDTR 作准备
xor eax, eax
mov ax, ds
shl eax, 4
add eax, LABEL_IDT ; eax <- idt 基地址
mov dword [IdtPtr + 2], eax ; [IdtPtr + 2] <- idt 基地址
; 加载 GDTR
lgdt [GdtPtr]
; 关中断
;cli
; 加载 IDTR
lidt [IdtPtr]
; 打开地址线A20
in al, 92h
or al, 00000010b
out 92h, al
; 切换到保护模式
mov eax, cr0
or eax, 1
mov cr0, eax
; 进入32位代码段
jmp dword SelectorCode32:0
[SECTION .s32]; 32 位代码段.
[BITS 32]
LABEL_SEG_CODE32:
mov ax, SelectorTSS0
ltr ax
mov ax, SelectorLDT0
lldt ax
mov ax, SelectorData
mov ds, ax ; 数据段选择子
mov es, ax ; 数据段选择子
mov ax, SelectorVideo
mov gs, ax ; 视频段选择子
mov ax, SelectorStack0
mov ss, ax ; 堆栈段选择子
mov esp, TopOfStack0
call Init8259A ; 启动外部中断
push szMemChkTitle ;显示内存信息标题
call DispStr
add esp, 4
call DispMemSize ; 显示内存信息
call DispReturn
push szMyself ;显示个人信息
call DispStr
add esp, 4
call SetupPaging ; 启动页表0和1
;进入task0
push SelectorLDT0UserStack
push TopOfUserStack0
push SelectorLDT0Code
push 0
sti
retf
jmp $
; Task0
LABEL_TASK0:
mov ax, SelectorVideo
mov gs, ax ; 视频段选择子(目的)
mov edi, (80 * 15 + 20) * 2 ; 屏幕第 15 行, 第 20 列
mov ah, 0Ch ; 0000: 黑底 1100: 红字
mov al, 'J'
mov [gs:edi], ax
int 80h
jmp LABEL_TASK0
LEN_TASK0 equ $-LABEL_TASK0
; Task1
LABEL_TASK1:
mov ax, SelectorVideo
mov gs, ax ; 视频段选择子(目的)
mov edi, (80 * 15 + 20) * 2 ; 屏幕第 15 行, 第 20 列
mov ah, 0Ch ; 0000: 黑底 1100: 红字
mov al, 'R'
mov [gs:edi], ax
int 80h
jmp LABEL_TASK1
LEN_TASK1 equ $-LABEL_TASK1
; 中断处理程序 ---------------------------------------------------------------
_ClockHandler: ; int 20h 由8259A-IRQ0产生
ClockHandler equ _ClockHandler - $$
mov ax, SelectorData
mov es, ax
mov eax, [es:currentTask]
cmp eax,0
je short IFEQZERO
IFEQONE:
mov eax,0
mov dword [es:currentTask],eax
mov al, 20h
out 20h, al ; 发送 EOI
call io_delay
jmp SelectorTSS0:0
jmp short IFFINISH
IFEQZERO:
mov eax,1
mov dword [es:currentTask],eax
mov al, 20h
out 20h, al ; 发送 EOI
call io_delay
jmp SelectorTSS1:0
IFFINISH:
iretd
_UserIntHandler: ; int 80h
UserIntHandler equ _UserIntHandler - $$
sti
iretd
_SpuriousHandler: ; int 其它
SpuriousHandler equ _SpuriousHandler - $$
mov ah, 0Ch ; 0000: 黑底 1100: 红字
mov al, '!'
mov [gs:((80 * 0 + 75) * 2)], ax ; 屏幕第 0 行, 第 75 列。
jmp $
iretd
; 中断处理程序end ---------------------------------------------------------------------------
; 初始化8259A ---------------------------------------------------------------------------------------------
Init8259A:
mov al, 011h
out 020h, al ; 主8259, ICW1.
call io_delay
out 0A0h, al ; 从8259, ICW1.
call io_delay
mov al, 020h ; IRQ0 对应中断向量 0x20
out 021h, al ; 主8259, ICW2.
call io_delay
mov al, 028h ; IRQ8 对应中断向量 0x28
out 0A1h, al ; 从8259, ICW2.
call io_delay
mov al, 004h ; IR2 对应从8259
out 021h, al ; 主8259, ICW3.
call io_delay
mov al, 002h ; 对应主8259的 IR2
out 0A1h, al ; 从8259, ICW3.
call io_delay
mov al, 001h
out 021h, al ; 主8259, ICW4.
call io_delay
out 0A1h, al ; 从8259, ICW4.
call io_delay
;mov al, 11111111b ; 屏蔽主8259所有中断
mov al, 11111110b ; 仅仅开启定时器中断
out 021h, al ; 主8259, OCW1.
call io_delay
mov al, 11111111b ; 屏蔽从8259所有中断
out 0A1h, al ; 从8259, OCW1.
call io_delay
ret
io_delay:
nop
nop
nop
nop
ret
; 初始化8259A完毕 ---------------------------------------------------------------------------------------------
; 显示内存信息 --------------------------------------------------------------
DispMemSize:
push esi
push edi
push ecx
mov esi, MemChkBuf
mov ecx, [dwMCRNumber] ;for(int i=0;i<[MCRNumber];i++) // 每次得到一个ARDS(Address Range Descriptor Structure)结构
.loop: ;{
mov edx, 5 ; for(int j=0;j<5;j++) // 每次得到一个ARDS中的成员,共5个成员
mov edi, ARDStruct ; { // 依次显示:BaseAddrLow,BaseAddrHigh,LengthLow,LengthHigh,Type
.1: ;
push dword [esi] ;
call DispInt ; DispInt(MemChkBuf[j*4]); // 显示一个成员
pop eax ;
stosd ; ARDStruct[j*4] = MemChkBuf[j*4];
add esi, 4 ;
dec edx ;
cmp edx, 0 ;
jnz .1 ; }
call DispReturn ; printf("\n");
cmp dword [dwType], 1 ; if(Type == AddressRangeMemory) // AddressRangeMemory : 1, AddressRangeReserved : 2
jne .2 ; {
mov eax, [dwBaseAddrLow] ;
add eax, [dwLengthLow] ;
cmp eax, [dwMemSize] ; if(BaseAddrLow + LengthLow > MemSize)
jb .2 ;
mov [dwMemSize], eax ; MemSize = BaseAddrLow + LengthLow;
.2: ; }
loop .loop ;}
;
call DispReturn ;printf("\n");
push szRAMSize ;
call DispStr ;printf("RAM size:");
add esp, 4 ;
;
push dword [dwMemSize] ;
call DispInt ;DispInt(MemSize);
add esp, 4 ;
pop ecx
pop edi
pop esi
ret
; ---------------------------------------------------------------------------
; 启动分页机制 --------------------------------------------------------------
SetupPaging:
; 根据内存大小计算应初始化多少PDE以及多少页表
xor edx, edx
mov eax, [dwMemSize]
mov ebx, 400000h ; 400000h = 4M = 4096 * 1024, 一个页表对应的内存大小
div ebx
mov ecx, eax ; 此时 ecx 为页表的个数,也即 PDE 应该的个数
test edx, edx
jz .no_remainder
inc ecx ; 如果余数不为 0 就需增加一个页表
.no_remainder:
mov [PageTableNumber], ecx ; 暂存页表个数
; 为简化处理, 所有线性地址对应相等的物理地址. 并且不考虑内存空洞.
; 首先初始化页目录0
mov ax, SelectorFlatRW
mov es, ax
mov edi, PageDirBase0 ; 此段首地址为 PageDirBase0
xor eax, eax
mov eax, PageTblBase0 | PG_P | PG_USU | PG_RWW
.1:
stosd
add eax, 4096 ; 为了简化, 所有页表在内存中是连续的.
loop .1
; 再初始化所有页表
mov eax, [PageTableNumber] ; 页表个数
mov ebx, 1024 ; 每个页表 1024 个 PTE
mul ebx
mov ecx, eax ; PTE个数 = 页表个数 * 1024
mov edi, PageTblBase0 ; 此段首地址为 PageTblBase0
xor eax, eax
mov eax, PG_P | PG_USU | PG_RWW
.2:
stosd
add eax, 4096 ; 每一页指向 4K 的空间
loop .2
; 首先初始化页目录1
mov ax, SelectorFlatRW
mov es, ax
mov edi, PageDirBase1 ; 此段首地址为 PageDirBase1
xor eax, eax
mov eax, PageTblBase1 | PG_P | PG_USU | PG_RWW
mov ecx, [PageTableNumber]
.3:
stosd
add eax, 4096 ; 为了简化, 所有页表在内存中是连续的.
loop .3
; 再初始化所有页表
mov eax, [PageTableNumber] ; 页表个数
mov ebx, 1024 ; 每个页表 1024 个 PTE
mul ebx
mov ecx, eax ; PTE个数 = 页表个数 * 1024
mov edi, PageTblBase1 ; 此段首地址为 PageTblBase1
xor eax, eax
mov eax, PG_P | PG_USU | PG_RWW
.4:
stosd
add eax, 4096 ; 每一页指向 4K 的空间
loop .4
mov eax, PageDirBase0
mov cr3, eax
mov eax, cr0
or eax, 80000000h
mov cr0, eax
jmp short .5
.5:
nop
ret
; 分页机制启动完毕 ----------------------------------------------------------
%include "lib.inc" ; 库函数
SegCode32Len equ $ - LABEL_SEG_CODE32
; END of [SECTION .s32]