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发信人: seis (矛), 信区: Linux        
标  题: Linux操作系统内核引导程序详细剖析  
发信站: BBS 水木清华站 (Fri Feb  2 14:12:43 2001) 
 
 
　　这段程序是Linux操作系统启动boot程序，其思想原理可参看本人翻译的《Linux内核 
漫游》一篇。  
 
中文注释：赵炯 gohigh@shtdu.edu.cn www.freedove.com  
 
 
! bootsect.s (c) 1991, 1992 Linus Torvalds 版权所有  
! Drew Eckhardt修改过  
! Bruce Evans (bde)修改过  
!  
! bootsect.s 被bios-启动子程序加载至0x7c00 (31k)处，并将自己  
! 移到了地址0x90000 (576k)处，并跳转至那里。  
!  
! bde - 不能盲目地跳转，有些系统可能只有512k的低  
! 内存。使用中断0x12来获得(系统的)最高内存、等。  
!  
! 它然后使用BIOS中断将setup直接加载到自己的后面(0x90200)(576.5k)，  
! 并将系统加载到地址0x10000处。  
!  
! 注意! 目前的内核系统最大长度限制为(8*65536-4096)(508k)字节长，即使是在  
! 将来这也是没有问题的。我想让它保持简单明了。这样508k的最大内核长度应该  
! 是足够了，尤其是这里没有象minix中一样包含缓冲区高速缓冲(而且尤其是现在  
! 内核是压缩的 :-)  
!  
! 加载程序已经做的尽量地简单了，所以持续的读出错将导致死循环。只能手工重启。  
! 只要可能，通过一次取得整个磁道，加载过程可以做的很快的。  
 
#include /* 为取得CONFIG_ROOT_RDONLY参数 */  
!! config.h中(即autoconf.h中)没有CONFIG_ROOT_RDONLY定义!!!?  
 
#include  
 
.text  
 
SETUPSECS = 4 ! 默认的setup程序扇区数(setup-sectors)的默认值;  
 
BOOTSEG = 0x7C0 ! bootsect的原始地址;  
 
INITSEG = DEF_INITSEG ! 将bootsect程序移到这个段处(0x9000) - 避开;  
SETUPSEG = DEF_SETUPSEG ! 设置程序(setup)从这里开始(0x9020);  
SYSSEG = DEF_SYSSEG ! 系统加载至0x1000(65536)(64k)段处;  
SYSSIZE = DEF_SYSSIZE ! 系统的大小(0x7F00): 要加载的16字节为一节的数;  
!! 以上4个DEF_参数定义在boot.h中:  
!! DEF_INITSEG 0x9000  
!! DEF_SYSSEG 0x1000  
!! DEF_SETUPSEG 0x9020  
!! DEF_SYSSIZE 0x7F00 (=32512=31.75k)*16=508k  
 
! ROOT_DEV & SWAP_DEV 现在是由"build"中编制的;  
ROOT_DEV = 0  
SWAP_DEV = 0  
#ifndef SVGA_MODE  
#define SVGA_MODE ASK_VGA  
#endif  
#ifndef RAMDISK  
#define RAMDISK 0  
#endif  
#ifndef CONFIG_ROOT_RDONLY  
#define CONFIG_ROOT_RDONLY 1  
#endif  
 
! ld86 需要一个入口标识符，这和通常的一样;  
.globl _main  
_main:  
#if 0 /* 调试程序的异常分支，除非BIOS古怪（比如老的HP机）否则是无害的 */  
int 3  
#endif  
mov ax,#BOOTSEG !! 将ds段寄存器置为0x7C0;  
mov ds,ax  
mov ax,#INITSEG !! 将es段寄存器置为0x9000;  
mov es,ax  
mov cx,#256 !! 将cx计数器置为256(要移动256个字, 512字节);  
sub si,si !! 源地址 ds:si=0x07C0:0x0000;  
sub di,di !! 目的地址es:di=0x9000:0x0000;  
cld !! 清方向标志;  
rep !! 将这段程序从0x7C0:0(31k)移至0x9000:0(576k)处;  
movsw !! 共256个字(512字节)(0x200长);  
jmpi go,INITSEG !! 间接跳转至移动后的本程序go处;  
 
! ax和es现在已经含有INITSEG的值(0x9000);  
 
go: mov di,#0x4000-12 ! 0x4000(16k)是>=bootsect + setup 的长度 +  
! + 堆栈的长度 的任意的值;  
! 12 是磁盘参数块的大小 es:di=0x94000-12=592k-12;  
 
! bde - 将0xff00改成了0x4000以从0x6400处使用调试程序(bde)。如果  
! 我们检测过最高内存的话就不用担心这事了，还有，我的BIOS可以被配置为将wini驱动 
表  
! 放在内存高端而不是放在向量表中。老式的堆栈区可能会搞乱驱动表;  
 
mov ds,ax ! 置ds数据段为0x9000;  
mov ss,ax ! 置堆栈段为0x9000;  
mov sp,di ! 置堆栈指针INITSEG:0x4000-12处;  
/*  
* 许多BIOS的默认磁盘参数表将不能  
* 进行扇区数大于在表中指定  
* 的最大扇区数( - 在某些情况下  
* 这意味着是7个扇区)后面的多扇区的读操作。  
*  
* 由于单个扇区的读操作是很慢的而且当然是没问题的，  
* 我们必须在RAM中(为第一个磁盘)创建新的参数表。  
* 我们将把最大扇区数设置为36 - 我们在一个ED 2.88驱动器上所能  
* 遇到的最大值。  
*  
* 此值太高是没有任何害处的，但是低的话就会有问题了。  
*  
* 段寄存器是这样的: ds=es=ss=cs - INITSEG,(=0X9000)  
* fs = 0, gs没有用到。  
*/  
 
! 上面执行重复操作(rep)以后，cx为0;  
 
mov fs,cx !! 置fs段寄存器=0;  
mov bx,#0x78 ! fs:bx是磁盘参数表的地址;  
push ds  
seg fs  
lds si,(bx) ! ds:si是源地址;  
!! 将fs:bx地址所指的指针值放入ds:si中;  
mov cl,#6 ! 拷贝12个字节到0x9000:0x4000-12开始处;  
cld  
push di !! 指针0x9000:0x4000-12处;  
 
rep  
movsw  
 
pop di !! di仍指向0x9000:0x4000-12处(参数表开始处);  
pop si !! ds => si=INITSEG(=0X9000);  
 
movb 4(di),*36 ! 修正扇区计数值;  
 
seg fs  
mov (bx),di !! 修改fs:bx(0000:0x0078)处磁盘参数表的地址为0x9000:0x4000-12;  
seg fs  
mov 2(bx),es  
 
! 将setup程序所在的扇区(setup-sectors)直接加载到boot块的后面。!! 0x90200开始处 
;  
! 注意，es已经设置好了。  
! 同样经过rep循环后cx为0  
 
load_setup:  
xor ah,ah ! 复位软驱(FDC);  
xor dl,dl  
int 0x13  
 
xor dx,dx ! 驱动器0, 磁头0;  
mov cl,#0x02 ! 从扇区2开始，磁道0;  
mov bx,#0x0200 ! 置数据缓冲区地址=es:bx=0x9000:0x200;  
! 在INITSEG段中,即0x90200处;  
mov ah,#0x02 ! 要调用功能号2(读操作);  
mov al,setup_sects ! 要读入的扇区数SETUPSECS=4;  
! (假释所有数据都在磁头0、磁道0);  
int 0x13 ! 读操作;  
jnc ok_load_setup ! ok则继续;  
 
push ax ! 否则显示出错信息。保存ah的值(功能号2);  
call print_nl !! 打印换行;  
mov bp,sp !! bp将作为调用print_hex的参数;  
call print_hex !! 打印bp所指的数据;  
pop ax  
 
jmp load_setup !! 重试!  
 
!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!  
!!INT 13 - DISK - READ SECTOR(S) INTO MEMORY  
!! AH = 02h  
!! AL = number of sectors to read (must be nonzero)  
!! CH = low eight bits of cylinder number  
!! CL = sector number 1-63 (bits 0-5)  
!! high two bits of cylinder (bits 6-7, hard disk only)  
!! DH = head number  
!! DL = drive number (bit 7 set for hard disk)  
!! ES:BX -> data buffer  
!! Return: CF set on error  
!! if AH = 11h (corrected ECC error), AL = burst length  
!! CF clear if successful  
!! AH = status (see #00234)  
!! AL = number of sectors transferred (only valid if CF set for some  
!! BIOSes)  
!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!  
 
 
ok_load_setup:  
 
! 取得磁盘驱动器参数，特别是每磁道扇区数(nr of sectors/track);  
 
#if 0  
 
! bde - Phoenix BIOS手册中提到功能0x08只对硬盘起作用。  
! 但它对于我的一个BIOS(1987 Award)不起作用。  
! 不检查错误码是致命的错误。  
 
xor dl,dl  
mov ah,#0x08 ! AH=8用于取得驱动器参数;  
int 0x13  
xor ch,ch  
 
!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!  
!! INT 13 - DISK - GET DRIVE PARAMETERS (PC,XT286,CONV,PS,ESDI,SCSI)  
!! AH = 08h  
!! DL = drive (bit 7 set for hard disk)  
!!Return: CF set on error  
!! AH = status (07h) (see #00234)  
!! CF clear if successful  
!! AH = 00h  
!! AL = 00h on at least some BIOSes  
!! BL = drive type (AT/PS2 floppies only) (see #00242)  
!! CH = low eight bits of maximum cylinder number  
!! CL = maximum sector number (bits 5-0)  
!! high two bits of maximum cylinder number (bits 7-6)  
!! DH = maximum head number  
!! DL = number of drives  
!! ES:DI -> drive parameter table (floppies only)  
!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!  
 
#else  
 
! 好象没有BIOS调用可取得扇区数。如果扇区36可以读就推测是36个扇区，  
! 如果扇区18可读就推测是18个扇区，如果扇区15可读就推测是15个扇区，  
! 否则推测是9. [36, 18, 15, 9]  
 
mov si,#disksizes ! ds:si->要测试扇区数大小的表;  
 
probe_loop:  
lodsb !! ds:si所指的字节 =>al, si=si+1;  
cbw ! 扩展为字(word);  
mov sectors, ax ! 第一个值是36，最后一个是9;  
cmp si,#disksizes+4  
jae got_sectors ! 如果所有测试都失败了，就试9;  
xchg ax,cx ! cx = 磁道和扇区(第一次是36=0x0024);  
xor dx,dx ! 驱动器0，磁头0;  
xor bl,bl !! 设置缓冲区es:bx = 0x9000:0x0a00(578.5k);  
mov bh,setup_sects !! setup_sects = 4 (共2k);  
inc bh  
shl bh,#1 ! setup后面的地址(es=cs);  
mov ax,#0x0201 ! 功能2(读)，1个扇区;  
int 0x13  
jc probe_loop ! 如果不对，就试用下一个值;  
 
#endif  
 
got_sectors:  
 
! 恢复es  
 
mov ax,#INITSEG  
mov es,ax ! es = 0x9000;  
 
! 打印一些无用的信息(换行后，显示Loading)  
 
mov ah,#0x03 ! 读光标位置;  
xor bh,bh  
int 0x10  
 
mov cx,#9  
mov bx,#0x0007 ! 页0，属性7 (normal);  
mov bp,#msg1  
mov ax,#0x1301 ! 写字符串，移动光标;  
int 0x10  
 
! ok, 我们已经显示出了信息，现在  
! 我们要加载系统了(到0x10000处)(64k处)  
 
mov ax,#SYSSEG  
mov es,ax ! es=0x01000的段;  
call read_it !! 读system，es为输入参数；  
call kill_motor !! 关闭驱动器马达；  
call print_nl !! 打印回车换行；  
 
! 这以后，我们来检查要使用哪个根设备(root-device)。如果已指定了设备(!=0)  
! 则不做任何事而使用给定的设备。否则的话，使用/dev/fd0H2880 (2,32)或/dev/PS0  
(2,28)  
! 或者是/dev/at0 (2,8)之一，这取决于我们假设我们知道的扇区数而定。  
!! |__ ps0?? (x,y)--表示主、次设备号？  
 
seg cs  
mov ax,root_dev  
or ax,ax  
jne root_defined  
seg cs  
mov bx,sectors !! sectors = 每磁道扇区数；  
mov ax,#0x0208 ! /dev/ps0 - 1.2Mb;  
cmp bx,#15  
je root_defined  
mov al,#0x1c ! /dev/PS0 - 1.44Mb !! 0x1C = 28;  
cmp bx,#18  
je root_defined  
mov al,0x20 ! /dev/fd0H2880 - 2.88Mb;  
cmp bx,#36  
je root_defined  
mov al,#0 ! /dev/fd0 - autodetect;  
root_defined:  
seg cs  
mov root_dev,ax !! 其中保存由设备的主、次设备号；  
 
! 这以后(所有程序都加载了)，我们就跳转至  
! 被直接加载到boot块后面的setup程序去：  
 
jmpi 0,SETUPSEG !! 跳转到0x9020:0000(setup程序的开始位置);  
 
 
! 这段程序将系统(system)加载到0x10000(64k)处,  
! 注意不要跨越64kb边界。我们试图以最快的速度  
! 来加载，只要可能就整个磁道一起读入。  
!  
! 输入(in): es - 开始地址段(通常是0x1000)  
!  
sread: .word 0 ! 当前磁道已读的扇区数；  
head: .word 0 ! 当前磁头；  
track: .word 0 ! 当前磁道；  
 
read_it:  
mov al,setup_sects  
inc al  
mov sread,al !! 当前sread=5；  
mov ax,es !! es=0x1000；  
test ax,#0x0fff !! (ax AND 0x0fff, if ax=0x1000 then zero-flag=1 )；  
die: jne die ! es 必须在64kB的边界；  
xor bx,bx ! bx 是段内的开始地址；  
rp_read:  
#ifdef __BIG_KERNEL__  
#define CALL_HIGHLOAD_KLUDGE .word 0x1eff, 0x220 ! 调用 far * bootsect_kludge  
! 注意: as86不能汇编这；  
CALL_HIGHLOAD_KLUDGE ! 这是在setup.S中的程序；  
#else  
mov ax,es  
sub ax,#SYSSEG ! 当前es段值减system加载时的启始段值(0x1000)；  
#endif  
cmp ax,syssize ! 我们是否已经都加载了？(ax=0x7f00 ?)；  
jbe ok1_read !! if ax <= syssize then 继续读；  
ret !! 全都加载完了，返回！  
ok1_read:  
mov ax,sectors !! sectors=每磁道扇区数；  
sub ax,sread !! 减去当前磁道已读扇区数，al=当前磁道未读的扇区数(ah=0)；  
mov cx,ax  
shl cx,#9 !! 乘512，cx = 当前磁道未读的字节数；  
add cx,bx !! 加上段内偏移值，es:bx为当前读入的数据缓冲区地址；  
jnc ok2_read !! 如果没有超过64K则继续读；  
je ok2_read !! 如果正好64K也继续读；  
xor ax,ax  
sub ax,bx  
shr ax,#9  
ok2_read:  
call read_track !! es:bx ->缓冲区，al=要读的扇区数，也即当前磁道未读的扇区数； 
  
mov cx,ax !! ax仍为调用read_track之前的值，即为读入的扇区数；  
add ax,sread !! ax = 当前磁道已读的扇区数；  
cmp ax,sectors !! 已经读完当前磁道上的扇区了吗？  
jne ok3_read !! 没有，则跳转；  
mov ax,#1  
sub ax,head !! 当前是磁头1吗？  
jne ok4_read !! 不是(是磁头0)则跳转(此时ax=1)；  
inc track !! 当前是磁头1，则读下一磁道(当前磁道加1)；  
ok4_read:  
mov head,ax !! 保存当前磁头号；  
xor ax,ax !! 本磁道已读扇区数清零；  
ok3_read:  
mov sread,ax !! 存本磁道已读扇区数；  
shl cx,#9 !! 刚才一次读操作读入的扇区数 * 512；  
add bx,cx !! 调整数据缓冲区的起始指针；  
jnc rp_read !! 如果该指针没有超过64K的段内最大偏移量，则跳转继续读操作；  
mov ax,es !! 如果超过了，则将段地址加0x1000(下一个64K段);  
add ah,#0x10  
mov es,ax  
xor bx,bx !! 缓冲区地址段内偏移量置零；  
jmp rp_read !! 继续读操作；  
 
 
 
read_track:  
pusha !! 将寄存器ax,cx,dx,bx,sp,bp,si,di压入堆栈；  
pusha  
mov ax,#0xe2e ! loading... message 2e = . !! 显示一个.  
mov bx,#7  
int 0x10  
popa  
 
mov dx,track !! track = 当前磁道；  
mov cx,sread  
inc cx !! cl = 扇区号，要读的起始扇区；  
mov ch,dl !! ch = 磁道号的低8位；  
mov dx,head !!  
mov dh,dl !! dh = 当前磁头号；  
and dx,#0x0100 !! dl = 驱动器号(0)；  
mov ah,#2 !! 功能2(读)，es:bx指向读数据缓冲区；  
 
push dx ! 为出错转储保存寄存器的值到堆栈上；  
push cx  
push bx  
push ax  
 
int 0x13  
jc bad_rt !! 如果出错，则跳转；  
add sp, #8 !! 清(放弃)堆栈上刚推入的4个寄存器值；  
popa  
ret  
 
bad_rt: push ax ! 保存出错码；  
call print_all ! ah = error, al = read；  
 
 
xor ah,ah  
xor dl,dl  
int 0x13  
 
 
add sp,#10  
popa  
jmp read_track  
 
/*  
* print_all是用于调试的。  
* 它将打印出所有寄存器的值。所作的假设是  
* 从一个子程序中调用的，并有如下所示的堆栈帧结构  
* dx  
* cx  
* bx  
* ax  
* error  
* ret <- sp  
*  
*/  
 
print_all:  
mov cx,#5 ! 出错码 + 4个寄存器  
mov bp,sp  
 
print_loop:  
push cx ! 保存剩余的计数值  
call print_nl ! 为了增强阅读性，打印换行  
 
cmp cl, #5  
jae no_reg ! 看看是否需要寄存器的名称  
 
mov ax,#0xe05 + A - l  
sub al,cl  
int 0x10  
 
mov al,#X  
int 0x10  
 
mov al,#:  
int 0x10  
 
no_reg:  
add bp,#2 ! 下一个寄存器  
call print_hex ! 打印值  
pop cx  
loop print_loop  
ret  
 
print_nl: !! 打印回车换行。  
mov ax,#0xe0d ! CR  
int 0x10  
mov al,#0xa ! LF  
int 0x10  
ret  
 
/*  
* print_hex是用于调试目的的，打印出  
* ss:bp所指向的十六进制数。  
* !! 例如，十六进制数是0x4321时，则al分别等于4,3,2,1调用中断打印出来 4321  
*/  
 
print_hex:  
mov cx, #4 ! 4个十六进制数字  
mov dx, (bp) ! 将(bp)所指的值放入dx中  
print_digit:  
rol dx, #4 ! 循环以使低4比特用上 !! 取dx的高4比特移到低4比特处。  
mov ax, #0xe0f ! ah = 请求的功能值，al = 半字节(4个比特)掩码。  
and al, dl !! 取dl的低4比特值。  
add al, #0x90 ! 将al转换为ASCII十六进制码(4个指令)  
daa !! 十进制调整  
adc al, #0x40 !! (adc dest, src ==> dest := dest + src + c )  
daa  
int 0x10  
loop print_digit  
ret  
 
 
/*  
* 这个过程(子程序)关闭软驱的马达，这样  
* 我们进入内核后它的状态就是已知的，以后也就  
* 不用担心它了。  
*/  
kill_motor:  
push dx  
mov dx,#0x3f2  
xor al,al  
outb  
pop dx  
ret  
 
!! 数据区  
sectors:  
.word 0 !! 当前每磁道扇区数。(36||18||15||9)  
 
disksizes: !! 每磁道扇区数表  
.byte 36, 18, 15, 9  
 
msg1:  
.byte 13, 10  
.ascii "Loading"  
 
.org 497 !! 从boot程序的二进制文件的497字节开始  
setup_sects:  
.byte SETUPSECS  
root_flags:  
.word CONFIG_ROOT_RDONLY  
syssize:  
.word SYSSIZE  
swap_dev:  
.word SWAP_DEV  
ram_size:  
.word RAMDISK  
vid_mode:  
.word SVGA_MODE  
root_dev:  
.word ROOT_DEV  
boot_flag: !! 分区启动标志  
.word 0xAA55  
 
 
  
 
来源：Linux自由鸽   
 
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