跟我一起寫作業系統(二)——史上最簡單的核心

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　　上一講地址：http://www.cnblogs.com/lucasysfeng/p/4846119.html

　　專案地址：https://github.com/lucasysfeng/lucasOS

　　上一講我們介紹了計算機的啟動流程，並給出了一份簡單的主引導記錄程式碼，此份程式碼僅僅是顯示幾個字元，並沒有做它本應該做的事--啟動核心。本講我們首先看下核心是如何被啟動的，然後寫一個簡單的核心，用已經實現的主引導記錄配合GRUB啟動它。

如何啟動核心

　　前一講我們說到，計算機讀取"主引導記錄"前面446位元組的機器碼之後，會執行事先安裝的“啟動管理器”bootloader，由使用者選擇啟動哪個核心，之後就會載入核心，將控制權交給核心。GNU GRUB（GRand Unified Bootloader）就是一種bootloader，滿足多重引導規範（The Multiboot Specification），GRUB可選擇作業系統分割槽上的不同核心，下圖就是GRUB的圖形介面：

圖 GRUB介面

　　能夠被GRUB啟動的核心需要滿足兩個的條件:

(1) 核心的前8K位元組內必須要包含多重引導規範的頭資訊（Multiboot Header）；
(2) 核心要載入在記憶體地址的1MB以上。

　　那麼Multiboot Header是什麼樣子的呢？它必須包含4位元組對齊的3個域（還有其他非必須域，我們不討論），如下：

魔數域（magic）：標誌頭的魔數，必須等於 0x1BADB002。。
標誌域（flag）：是否需要載入程式支援某些特性，我們不關心這些特性，這個標誌置為0。
校驗域（checksum）：校驗等式是否成立（magic + flags + checksum = 0）

　　本文不討論GRUB的實現，我們會用前人已經寫好的GRUB（筆者會給出），我們要做的是完成符合GRUB啟動規範的核心。為了完成這個核心，我們需要寫少量的彙編用來在核心中加入Multiboot Header，然後用C語言寫核心入口，最後將彙編目的碼和C語言目的碼連結起來生成真正的核心。下面就讓我們一步步地完成這些吧！

第一步彙編入口

　　1. 彙編程式碼如下：

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 ; 檔名 boot.asm ; Copyright: www.cnblogs.com/lucasysfeng MBOOT_MAGIC equ 0x1BADB002 ; multiboot magic域，必須為此值 MBOOT_FLAGS equ 0x00 ; multiboot flag域, GRUB啟動時是否要做一些特殊操作 MBOOT_CHECKSUM equ -(MBOOT_MAGIC + MBOOT_FLAGS) ; multiboot checksum域，校驗上面兩個域是否正確 [BITS 32] ; 以32位編譯 section .text dd MBOOT_MAGIC dd MBOOT_FLAGS dd MBOOT_CHECKSUM dd start [GLOBAL start] [EXTERN kernel_main] ; 核心入口函式, EXTERN表明此符號在外部定義 start: cli ; 禁用中斷 call kernel_main ; 呼叫核心入口函式 jmp $ ; 無限迴圈

　　在上面彙編中，我們定義了GRUB啟動需要的域MBOOT_MAGIC、MBOOT_FLAGS和MBOOT_CHECKSUM，並呼叫了核心入口函式kernel_main, kernel_main下一節實現。

　　2. 編譯生成目標檔案boot.o

# nasm -f elf boot.asm -o boot.o

　　執行上面命令後會生成目標檔案boot.o，-f elf的意思是生成ELF格式的目的碼。

第二步核心入口

　　1. 核心程式碼如下：

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 /**************************************************** # Copyright(c) www.cnblogs.com/lucasysfeng, all rights reserved # File : kernel.c # Author : lucasysfeng # Description : 核心入口函式 ****************************************************/ int kernel_main() { // 視訊記憶體開始地址 char *display_buf = ( char *)0xb8000; // 清屏 unsigned int i = 0; const unsigned int total = 80 * 25 * 2; // 一屏25行，每行80個字元，每個字元2個位元組 while (i < total) { display_buf[i++] = ' ' ; display_buf[i++] = 0x04; // 顏色 } // 顯示字元 const char *str = "Hello World, welcome to kernel!" ; for (i = 0; '\0' != *str;) { display_buf[i++] = *(str++); display_buf[i++] = 0x04; } return 0; }

　　0xb8000h是視訊記憶體開始的地址，讀者可以看第一講（http://www.cnblogs.com/lucasysfeng/p/4846119.html）“真實模式記憶體地址空間分佈”那張圖，找到0xb8000h這個地址。從0xb8000h這個地址開始，每2個位元組表示一個字元，前一個位元組是字元的ASCII碼，後一個位元組是這個字元的顏色和屬性，顏色和屬性此處先不用關心。這段C程式碼的其餘部分相信讀者都能看得懂，我就不過多解釋了。

　　2. 編譯生成目標檔案kernel.o

# gcc -m32 -c -o kernel.o kernel.c

　　執行上面命令後，目標檔案kernel.o就生成了。

第三步生成核心

　　上面講到了能被GRUB啟動的核心需要滿足的條件：

(1) 核心的前8K位元組內必須要包含多重引導規範的頭資訊（Multiboot Header）；
(2) 核心要載入在記憶體地址的1MB以上。

　　我們將頭資訊放在了彙編生成的目標檔案boot.o中，因此我們需要將boot.o和kernel.o連結到一起生成真正的kernel,並且這個真正的核心要載入到1MB記憶體上，為此，我們需要下面的連結指令碼和命令(關於連結指令碼的使用自行google)：

跟我一起寫作業系統(二)——史上最簡單的核心

如何啟動核心

第一步彙編入口

1. 彙編程式碼如下：

2. 編譯生成目標檔案boot.o

第二步核心入口

1. 核心程式碼如下：

2. 編譯生成目標檔案kernel.o

第三步生成核心

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跟我一起寫 Makefile-陳浩

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如何啟動核心

第一步 彙編入口

1. 彙編程式碼如下：

2. 編譯生成目標檔案boot.o

第二步 核心入口

1. 核心程式碼如下：

2. 編譯生成目標檔案kernel.o

第三步 生成核心

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