From c6927343795e7da6ca15bcb32d784cc6e7b52096 Mon Sep 17 00:00:00 2001 From: HuSharp <19973658602@163.com> Date: Thu, 24 Sep 2020 23:01:09 +0800 Subject: [PATCH] build my little os! --- "32\344\275\215\351\234\200\347\237\245" | 18 + c10/keyboard/boot/loader.S | 380 +++++++++++ c10/keyboard/boot/mbr.S | 126 ++++ c10/keyboard/build/bitmap.o | Bin 0 -> 2460 bytes c10/keyboard/build/console.o | Bin 0 -> 2424 bytes c10/keyboard/build/debug.o | Bin 0 -> 1804 bytes c10/keyboard/build/init.o | Bin 0 -> 1548 bytes c10/keyboard/build/interrupt.o | Bin 0 -> 5296 bytes c10/keyboard/build/kernel.bin | Bin 0 -> 27120 bytes c10/keyboard/build/kernel.map | 597 ++++++++++++++++++ c10/keyboard/build/kernel.o | Bin 0 -> 3232 bytes c10/keyboard/build/list.o | Bin 0 -> 2884 bytes c10/keyboard/build/loader.bin | Bin 0 -> 1396 bytes c10/keyboard/build/main.o | Bin 0 -> 2184 bytes c10/keyboard/build/mbr.bin | Bin 0 -> 512 bytes c10/keyboard/build/memory.o | Bin 0 -> 5008 bytes c10/keyboard/build/print.o | 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mode 100644 c10/terminal_with_lock/build/console.o create mode 100644 c10/terminal_with_lock/build/debug.o create mode 100644 c10/terminal_with_lock/build/init.o create mode 100644 c10/terminal_with_lock/build/interrupt.o create mode 100755 c10/terminal_with_lock/build/kernel.bin create mode 100644 c10/terminal_with_lock/build/kernel.map create mode 100644 c10/terminal_with_lock/build/kernel.o create mode 100644 c10/terminal_with_lock/build/list.o create mode 100644 c10/terminal_with_lock/build/loader.bin create mode 100644 c10/terminal_with_lock/build/main.o create mode 100644 c10/terminal_with_lock/build/mbr.bin create mode 100644 c10/terminal_with_lock/build/memory.o create mode 100644 c10/terminal_with_lock/build/print.o create mode 100644 c10/terminal_with_lock/build/string.o create mode 100644 c10/terminal_with_lock/build/switch.o create mode 100644 c10/terminal_with_lock/build/sync.o create mode 100644 c10/terminal_with_lock/build/thread.o create mode 100644 c10/terminal_with_lock/build/timer.o create mode 100644 c10/terminal_with_lock/device/console.c create mode 100644 c10/terminal_with_lock/device/console.h create mode 100755 c10/terminal_with_lock/device/timer.c create mode 100755 c10/terminal_with_lock/device/timer.h create mode 100755 c10/terminal_with_lock/include/boot.inc create mode 100755 c10/terminal_with_lock/kernel/debug.c create mode 100755 c10/terminal_with_lock/kernel/debug.h create mode 100755 c10/terminal_with_lock/kernel/global.h create mode 100755 c10/terminal_with_lock/kernel/init.c create mode 100755 c10/terminal_with_lock/kernel/init.h create mode 100755 c10/terminal_with_lock/kernel/interrupt.c create mode 100755 c10/terminal_with_lock/kernel/interrupt.h create mode 100755 c10/terminal_with_lock/kernel/kernel.S create mode 100755 c10/terminal_with_lock/kernel/main.c create mode 100755 c10/terminal_with_lock/kernel/memory.c create mode 100755 c10/terminal_with_lock/kernel/memory.h create mode 100755 c10/terminal_with_lock/lib/kernel/bitmap.c create mode 100755 c10/terminal_with_lock/lib/kernel/bitmap.h create mode 100755 c10/terminal_with_lock/lib/kernel/io.h create mode 100755 c10/terminal_with_lock/lib/kernel/list.c create mode 100755 c10/terminal_with_lock/lib/kernel/list.h create mode 100755 c10/terminal_with_lock/lib/kernel/print.S create mode 100755 c10/terminal_with_lock/lib/kernel/print.h create mode 100755 c10/terminal_with_lock/lib/stdint.h create mode 100755 c10/terminal_with_lock/lib/string.c create mode 100755 c10/terminal_with_lock/lib/string.h create mode 100644 c10/terminal_with_lock/makefile create mode 100755 c10/terminal_with_lock/thread/switch.S create mode 100644 c10/terminal_with_lock/thread/sync.c create mode 100644 c10/terminal_with_lock/thread/sync.h create mode 100755 c10/terminal_with_lock/thread/thread.c create mode 100755 c10/terminal_with_lock/thread/thread.h create mode 100755 c10/terminal_with_lock/tmp create mode 100755 c2/a/boot/mbr.S create mode 100755 c2/a/boot/mbr.S.comment create mode 100755 c2/a/tool/mbr.sh create mode 100755 c2/a/tool/xxd.sh create mode 100755 c3/a/boot/mbr.S create mode 100755 c3/a/tool/mbr.sh create mode 100755 c3/a/tool/xxd.sh create mode 100755 c3/b/boot/include/boot.inc create mode 100755 c3/b/boot/loader.S create mode 100755 c3/b/boot/mbr.S create mode 100755 c4/a/boot/bochsrc create mode 100755 c4/a/boot/build.sh create mode 100755 c4/a/boot/include/boot.inc create mode 100755 c4/a/boot/loader.S create mode 100755 c4/a/boot/mbr.S create mode 100755 c5/detect_memory/bochsrc create mode 100755 c5/detect_memory/build.sh create mode 100755 c5/detect_memory/include/boot.inc create mode 100755 c5/detect_memory/loader.S create mode 100755 c5/detect_memory/mbr.S create mode 100755 c5/load-kernel/build.sh create mode 100755 c5/load-kernel/include/boot.inc create mode 100755 c5/load-kernel/kernel/main.c create mode 100755 c5/load-kernel/loader.S create mode 100755 c5/load-kernel/mbr.S create mode 100755 c5/page-memory/build.sh create mode 100755 c5/page-memory/clean.sh create mode 100644 c5/page-memory/disk.img create mode 100755 c5/page-memory/include/boot.inc create mode 100755 c5/page-memory/loader.S create mode 100644 c5/page-memory/loader.bin create mode 100755 c5/page-memory/mbr.S create mode 100644 c5/page-memory/mbr.bin create mode 100755 c6/boot/include/boot.inc create mode 100755 c6/boot/loader.S create mode 100755 c6/boot/mbr.S create mode 100755 c6/build.sh create mode 100755 c6/clean.sh create mode 100755 c6/include/boot.inc create mode 100755 c6/kernel/kernel.bin create mode 100755 c6/kernel/main.c create mode 100755 c6/kernel/main.o create mode 100755 c6/lib/kernel/print.S create mode 100755 c6/lib/kernel/print.h create mode 100755 c6/lib/kernel/print.o create mode 100755 c6/lib/stdint.h create mode 100755 c6/loader.S create mode 100755 c6/loader.bin create mode 100755 c6/mbr.S create mode 100755 c6/mbr.bin create mode 100755 c6/pra/base_asm.c create mode 100755 c6/pra/inlineASM.c create mode 100755 c6/pra/mach_mode_warn.c create mode 100755 c6/pra/mem.c create mode 100755 c6/pra/reg4.c create mode 100755 c6/pra/reg5.c create mode 100755 c6/pra/reg6.c create mode 100755 c6/pra/reg7.c create mode 100755 c6/pra/reg8.c create mode 100755 c6/pra/reg9.c create mode 100755 c6/pra/reg_constraint.c create mode 100755 c6/pra/syscall_write.S create mode 100755 c7/improve/boot/loader.S create mode 100755 c7/improve/boot/mbr.S create mode 100755 c7/improve/build.sh create mode 100644 c7/improve/build/init.o create mode 100644 c7/improve/build/interrupt.o create mode 100644 c7/improve/build/kernel.o create mode 100644 c7/improve/build/loader.bin create mode 100644 c7/improve/build/main.o create mode 100644 c7/improve/build/mbr.bin create mode 100644 c7/improve/build/print.o create mode 100755 c7/improve/include/boot.inc create mode 100755 c7/improve/kernel/global.h create mode 100755 c7/improve/kernel/init.c create mode 100755 c7/improve/kernel/init.h create mode 100755 c7/improve/kernel/interrupt.c create mode 100755 c7/improve/kernel/interrupt.h create mode 100755 c7/improve/kernel/io.h create mode 100755 c7/improve/kernel/kernel.S create mode 100755 c7/improve/kernel/main.c create mode 100755 c7/improve/lib/kernel/print.S create mode 100755 c7/improve/lib/kernel/print.h create mode 100755 c7/improve/lib/stdint.h create mode 100755 c7/timer/boot/loader.S create mode 100755 c7/timer/boot/mbr.S create mode 100755 c7/timer/build.sh create mode 100755 c7/timer/device/timer.c create mode 100755 c7/timer/device/timer.h create mode 100755 c7/timer/include/boot.inc create mode 100755 c7/timer/kernel/global.h create mode 100755 c7/timer/kernel/init.c create mode 100755 c7/timer/kernel/init.h create mode 100755 c7/timer/kernel/interrupt.c create mode 100755 c7/timer/kernel/interrupt.h create mode 100755 c7/timer/kernel/io.h create mode 100755 c7/timer/kernel/kernel.S create mode 100755 c7/timer/kernel/main.c create mode 100755 c7/timer/lib/kernel/print.S create mode 100755 c7/timer/lib/kernel/print.h create mode 100755 c7/timer/lib/stdint.h create mode 100755 c7/with_asm/boot/loader.S create mode 100755 c7/with_asm/boot/mbr.S create mode 100755 c7/with_asm/build.sh create mode 100755 c7/with_asm/include/boot.inc create mode 100755 c7/with_asm/kernel/global.h create mode 100755 c7/with_asm/kernel/init.c create mode 100755 c7/with_asm/kernel/init.h create mode 100755 c7/with_asm/kernel/interrupt.c create mode 100755 c7/with_asm/kernel/interrupt.h create mode 100755 c7/with_asm/kernel/io.h create mode 100755 c7/with_asm/kernel/kernel.S create mode 100755 c7/with_asm/kernel/main.c create mode 100755 c7/with_asm/lib/kernel/print.S create mode 100755 c7/with_asm/lib/kernel/print.h create mode 100755 c7/with_asm/lib/stdint.h create mode 100755 c8/assert/boot/loader.S create mode 100755 c8/assert/boot/mbr.S create mode 100755 c8/assert/build.sh create mode 100644 c8/assert/build/init.o create mode 100644 c8/assert/build/interrupt.o create mode 100644 c8/assert/build/loader.bin create mode 100644 c8/assert/build/main.o create mode 100644 c8/assert/build/mbr.bin create mode 100755 c8/assert/device/timer.c create mode 100755 c8/assert/device/timer.h create mode 100755 c8/assert/include/boot.inc create mode 100755 c8/assert/kernel/debug.c create mode 100755 c8/assert/kernel/debug.h create mode 100755 c8/assert/kernel/global.h create mode 100755 c8/assert/kernel/init.c create mode 100755 c8/assert/kernel/init.h create mode 100755 c8/assert/kernel/interrupt.c create mode 100755 c8/assert/kernel/interrupt.h create mode 100755 c8/assert/kernel/kernel.S create mode 100755 c8/assert/kernel/main.c create mode 100755 c8/assert/lib/kernel/io.h create mode 100755 c8/assert/lib/kernel/print.S create mode 100755 c8/assert/lib/kernel/print.h create mode 100755 c8/assert/lib/stdint.h create mode 100755 c8/assert/lib/string.c create mode 100755 c8/assert/lib/string.h create mode 100755 c8/assert/makefile create mode 100755 c8/assert/makefile_2 create mode 100755 c8/memory_manager/boot/loader.S create mode 100755 c8/memory_manager/boot/mbr.S create mode 100755 c8/memory_manager/build.sh create mode 100755 c8/memory_manager/device/timer.c create mode 100755 c8/memory_manager/device/timer.h create mode 100755 c8/memory_manager/include/boot.inc create mode 100755 c8/memory_manager/kernel/debug.c create mode 100755 c8/memory_manager/kernel/debug.h create mode 100755 c8/memory_manager/kernel/global.h create mode 100755 c8/memory_manager/kernel/init.c create mode 100755 c8/memory_manager/kernel/init.h create mode 100755 c8/memory_manager/kernel/interrupt.c create mode 100755 c8/memory_manager/kernel/interrupt.h create mode 100755 c8/memory_manager/kernel/kernel.S create mode 100755 c8/memory_manager/kernel/main.c create mode 100755 c8/memory_manager/kernel/memory.c create mode 100755 c8/memory_manager/kernel/memory.h create mode 100755 c8/memory_manager/lib/kernel/bitmap.c create mode 100755 c8/memory_manager/lib/kernel/bitmap.h create mode 100755 c8/memory_manager/lib/kernel/io.h create mode 100755 c8/memory_manager/lib/kernel/print.S create mode 100755 c8/memory_manager/lib/kernel/print.h create mode 100755 c8/memory_manager/lib/stdint.h create mode 100755 c8/memory_manager/lib/string.c create mode 100755 c8/memory_manager/lib/string.h create mode 100755 c8/memory_manager/makefile create mode 100755 c8/temp create mode 100755 c9/thread_schedule/boot/loader.S create mode 100755 c9/thread_schedule/boot/mbr.S create mode 100644 c9/thread_schedule/build/bitmap.o create mode 100644 c9/thread_schedule/build/debug.o create mode 100644 c9/thread_schedule/build/init.o create mode 100644 c9/thread_schedule/build/interrupt.o create mode 100755 c9/thread_schedule/build/kernel.bin create mode 100644 c9/thread_schedule/build/kernel.map create mode 100644 c9/thread_schedule/build/kernel.o create mode 100644 c9/thread_schedule/build/list.o create mode 100644 c9/thread_schedule/build/loader.bin create mode 100644 c9/thread_schedule/build/main.o create mode 100644 c9/thread_schedule/build/mbr.bin create mode 100644 c9/thread_schedule/build/memory.o create mode 100644 c9/thread_schedule/build/print.o create mode 100644 c9/thread_schedule/build/string.o create mode 100644 c9/thread_schedule/build/switch.o create mode 100644 c9/thread_schedule/build/thread.o create mode 100644 c9/thread_schedule/build/timer.o create mode 100755 c9/thread_schedule/device/timer.c create mode 100755 c9/thread_schedule/device/timer.h create mode 100755 c9/thread_schedule/include/boot.inc create mode 100755 c9/thread_schedule/kernel/debug.c create mode 100755 c9/thread_schedule/kernel/debug.h create mode 100755 c9/thread_schedule/kernel/global.h create mode 100755 c9/thread_schedule/kernel/init.c create mode 100755 c9/thread_schedule/kernel/init.h create mode 100755 c9/thread_schedule/kernel/interrupt.c create mode 100755 c9/thread_schedule/kernel/interrupt.h create mode 100755 c9/thread_schedule/kernel/kernel.S create mode 100755 c9/thread_schedule/kernel/main.c create mode 100755 c9/thread_schedule/kernel/memory.c create mode 100755 c9/thread_schedule/kernel/memory.h create mode 100755 c9/thread_schedule/lib/kernel/bitmap.c create mode 100755 c9/thread_schedule/lib/kernel/bitmap.h create mode 100755 c9/thread_schedule/lib/kernel/io.h create mode 100755 c9/thread_schedule/lib/kernel/list.c create mode 100755 c9/thread_schedule/lib/kernel/list.h create mode 100755 c9/thread_schedule/lib/kernel/print.S create mode 100755 c9/thread_schedule/lib/kernel/print.h create mode 100755 c9/thread_schedule/lib/stdint.h create mode 100755 c9/thread_schedule/lib/string.c create mode 100755 c9/thread_schedule/lib/string.h create mode 100644 c9/thread_schedule/makefile create mode 100755 c9/thread_schedule/test_pra/thread_test.c create mode 100755 c9/thread_schedule/thread/switch.S create mode 100755 c9/thread_schedule/thread/thread.c create mode 100755 c9/thread_schedule/thread/thread.h create mode 100755 c9/thread_schedule/tmp create mode 100755 c9/thread_start/boot/loader.S create mode 100755 c9/thread_start/boot/mbr.S create mode 100755 c9/thread_start/device/timer.c create mode 100755 c9/thread_start/device/timer.h create mode 100755 c9/thread_start/include/boot.inc create mode 100755 c9/thread_start/kernel/debug.c create mode 100755 c9/thread_start/kernel/debug.h create mode 100755 c9/thread_start/kernel/global.h create mode 100755 c9/thread_start/kernel/init.c create mode 100755 c9/thread_start/kernel/init.h create mode 100755 c9/thread_start/kernel/interrupt.c create mode 100755 c9/thread_start/kernel/interrupt.h create mode 100755 c9/thread_start/kernel/kernel.S create mode 100755 c9/thread_start/kernel/main.c create mode 100755 c9/thread_start/kernel/memory.c create mode 100755 c9/thread_start/kernel/memory.h create mode 100755 c9/thread_start/lib/kernel/bitmap.c create mode 100755 c9/thread_start/lib/kernel/bitmap.h create mode 100755 c9/thread_start/lib/kernel/io.h create mode 100755 c9/thread_start/lib/kernel/list.c create mode 100755 c9/thread_start/lib/kernel/list.h create mode 100755 c9/thread_start/lib/kernel/print.S create mode 100755 c9/thread_start/lib/kernel/print.h create mode 100755 c9/thread_start/lib/stdint.h create mode 100755 c9/thread_start/lib/string.c create mode 100755 c9/thread_start/lib/string.h create mode 100755 c9/thread_start/makefile create mode 100755 c9/thread_start/test_pra/thread_test.c create mode 100755 c9/thread_start/thread/thread.c create mode 100755 c9/thread_start/thread/thread.h create mode 100755 tool/calculator.sh create mode 100755 tool/kernel.sh create mode 100755 tool/loader.sh create mode 100755 tool/mbr.sh create mode 100755 tool/xxd.sh diff --git "a/32\344\275\215\351\234\200\347\237\245" "b/32\344\275\215\351\234\200\347\237\245" new file mode 100755 index 0000000..76e3f3d --- /dev/null +++ "b/32\344\275\215\351\234\200\347\237\245" @@ -0,0 +1,18 @@ +hello.c +用gcc编译选项为： gcc -m32 -c -o hello.o hello.c +用-m32指定为32位 +print.asm +用nasm汇编选项为: nasm -f elf -o print.o print.asm +用-f elf 指定为32位，64位则为-f elf64 +ld +用ld 连接目标文件： ld -m elf_i386 -o hello.bin hello.o print.o +hello.c中调用了print.asm中函数，链接时一般采用调用在前，实现在后 + +如果有报错找不到32位相关库，则运行以下命令安装升级： +sudo apt-get install gcc-multilib +sudo apt-get install g++-multilib + +作者：MarvinLe +链接：https://www.jianshu.com/p/293f38918b96 +来源：简书 +著作权归作者所有。商业转载请联系作者获得授权，非商业转载请注明出处。 \ No newline at end of file diff --git a/c10/keyboard/boot/loader.S b/c10/keyboard/boot/loader.S new file mode 100755 index 0000000..d247cf5 --- /dev/null +++ b/c10/keyboard/boot/loader.S @@ -0,0 +1,380 @@ + %include "boot.inc" + section loader vstart=LOADER_BASE_ADDR +;构建gdt及其内部的描述符 + GDT_BASE: dd 0x00000000 + dd 0x00000000 + + CODE_DESC: dd 0x0000FFFF + dd DESC_CODE_HIGH4 + + DATA_STACK_DESC: dd 0x0000FFFF + dd DESC_DATA_HIGH4 + + VIDEO_DESC: dd 0x80000007 ; limit=(0xbffff-0xb8000)/4k=0x7 + dd DESC_VIDEO_HIGH4 ; 此时dpl为0 + + GDT_SIZE equ $ - GDT_BASE + GDT_LIMIT equ GDT_SIZE - 1 + times 60 dq 0 ; 此处预留60个描述符的空位(slot) + SELECTOR_CODE equ (0x0001<<3) + TI_GDT + RPL0 ; 相当于(CODE_DESC - GDT_BASE)/8 + TI_GDT + RPL0 + SELECTOR_DATA equ (0x0002<<3) + TI_GDT + RPL0 ; 同上 + SELECTOR_VIDEO equ (0x0003<<3) + TI_GDT + RPL0 ; 同上 + + ; total_mem_bytes用于保存内存容量,以字节为单位,此位置比较好记。 + ; 当前偏移loader.bin文件头0x200字节,loader.bin的加载地址是0x900, + ; 故total_mem_bytes内存中的地址是0xb00.将来在内核中咱们会引用此地址 + total_mem_bytes dd 0 + ;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;; + + ;以下是定义gdt的指针，前2字节是gdt界限，后4字节是gdt起始地址 + gdt_ptr dw GDT_LIMIT + dd GDT_BASE + + ;人工对齐:total_mem_bytes4字节+gdt_ptr6字节+ards_buf244字节+ards_nr2,共256字节 + ards_buf times 244 db 0 + ards_nr dw 0 ;用于记录ards结构体数量 + + loader_start: + +;------- int 15h eax = 0000E820h ,edx = 534D4150h ('SMAP') 获取内存布局 ------- + + xor ebx, ebx ;第一次调用时，ebx值要为0 + mov edx, 0x534d4150 ;edx只赋值一次，循环体中不会改变 + mov di, ards_buf ;ards结构缓冲区 +.e820_mem_get_loop: ;循环获取每个ARDS内存范围描述结构 + mov eax, 0x0000e820 ;执行int 0x15后,eax值变为0x534d4150,所以每次执行int前都要更新为子功能号。 + mov ecx, 20 ;ARDS地址范围描述符结构大小是20字节 + int 0x15 + jc .e820_failed_so_try_e801 ;若cf位为1则有错误发生，尝试0xe801子功能 + add di, cx ;使di增加20字节指向缓冲区中新的ARDS结构位置 + inc word [ards_nr] ;记录ARDS数量 + cmp ebx, 0 ;若ebx为0且cf不为1,这说明ards全部返回，当前已是最后一个 + jnz .e820_mem_get_loop + +;在所有ards结构中，找出(base_add_low + length_low)的最大值，即内存的容量。 + mov cx, [ards_nr] ;遍历每一个ARDS结构体,循环次数是ARDS的数量 + mov ebx, ards_buf + xor edx, edx ;edx为最大的内存容量,在此先清0 +.find_max_mem_area: ;无须判断type是否为1,最大的内存块一定是可被使用 + mov eax, [ebx] ;base_add_low + add eax, [ebx+8] ;length_low + add ebx, 20 ;指向缓冲区中下一个ARDS结构 + cmp edx, eax ;冒泡排序，找出最大,edx寄存器始终是最大的内存容量 + jge .next_ards + mov edx, eax ;edx为总内存大小 +.next_ards: + loop .find_max_mem_area + jmp .mem_get_ok + +;------ int 15h ax = E801h 获取内存大小,最大支持4G ------ +; 返回后, ax cx 值一样,以KB为单位,bx dx值一样,以64KB为单位 +; 在ax和cx寄存器中为低16M,在bx和dx寄存器中为16MB到4G。 +.e820_failed_so_try_e801: + mov ax,0xe801 + int 0x15 + jc .e801_failed_so_try88 ;若当前e801方法失败,就尝试0x88方法 + +;1 先算出低15M的内存,ax和cx中是以KB为单位的内存数量,将其转换为以byte为单位 + mov cx,0x400 ;cx和ax值一样,cx用做乘数 + mul cx + shl edx,16 + and eax,0x0000FFFF + or edx,eax + add edx, 0x100000 ;ax只是15MB,故要加1MB + mov esi,edx ;先把低15MB的内存容量存入esi寄存器备份 + +;2 再将16MB以上的内存转换为byte为单位,寄存器bx和dx中是以64KB为单位的内存数量 + xor eax,eax + mov ax,bx + mov ecx, 0x10000 ;0x10000十进制为64KB + mul ecx ;32位乘法,默认的被乘数是eax,积为64位,高32位存入edx,低32位存入eax. + add esi,eax ;由于此方法只能测出4G以内的内存,故32位eax足够了,edx肯定为0,只加eax便可 + mov edx,esi ;edx为总内存大小 + jmp .mem_get_ok + +;----------------- int 15h ah = 0x88 获取内存大小,只能获取64M之内 ---------- +.e801_failed_so_try88: + ;int 15后，ax存入的是以kb为单位的内存容量 + mov ah, 0x88 + int 0x15 + jc .error_hlt + and eax,0x0000FFFF + + ;16位乘法，被乘数是ax,积为32位.积的高16位在dx中，积的低16位在ax中 + mov cx, 0x400 ;0x400等于1024,将ax中的内存容量换为以byte为单位 + mul cx + shl edx, 16 ;把dx移到高16位 + or edx, eax ;把积的低16位组合到edx,为32位的积 + add edx,0x100000 ;0x88子功能只会返回1MB以上的内存,故实际内存大小要加上1MB + +.mem_get_ok: + mov [total_mem_bytes], edx ;将内存换为byte单位后存入total_mem_bytes处。 + + +;----------------- 准备进入保护模式 ------------------- +;1 打开A20 +;2 加载gdt +;3 将cr0的pe位置1 + + ;----------------- 打开A20 ---------------- + in al,0x92 + or al,0000_0010B + out 0x92,al + + ;----------------- 加载GDT ---------------- + lgdt [gdt_ptr] + + ;----------------- cr0第0位置1 ---------------- + mov eax, cr0 + or eax, 0x00000001 + mov cr0, eax + + jmp dword SELECTOR_CODE:p_mode_start ; 刷新流水线，避免分支预测的影响,这种cpu优化策略，最怕jmp跳转， + ; 这将导致之前做的预测失效，从而起到了刷新的作用。 +.error_hlt: ;出错则挂起 + hlt + +[bits 32] +p_mode_start: + mov ax, SELECTOR_DATA + mov ds, ax + mov es, ax + mov ss, ax + mov esp,LOADER_STACK_TOP + mov ax, SELECTOR_VIDEO + mov gs, ax + +; ------------------------- 加载kernel ---------------------- + mov eax, KERNEL_START_SECTOR ; kernel.bin所在的扇区号 + mov ebx, KERNEL_BIN_BASE_ADDR ; 从磁盘读出后，写入到ebx指定的地址 + mov ecx, 200 ; 读入的扇区数 + + call rd_disk_m_32 + + ; 创建页目录及页表并初始化页内存位图 + call setup_page + + ;要将描述符表地址及偏移量写入内存gdt_ptr,一会用新地址重新加载 + sgdt [gdt_ptr] ; 存储到原来gdt所有的位置 + + ;将gdt描述符中视频段描述符中的段基址+0xc0000000 + mov ebx, [gdt_ptr + 2] + or dword [ebx + 0x18 + 4], 0xc0000000 ;视频段是第3个段描述符,每个描述符是8字节,故0x18。 + ;段描述符的高4字节的最高位是段基址的31~24位 + + ;将gdt的基址加上0xc0000000使其成为内核所在的高地址 + add dword [gdt_ptr + 2], 0xc0000000 + + add esp, 0xc0000000 ; 将栈指针同样映射到内核地址 + + ; 把页目录地址赋给cr3 + mov eax, PAGE_DIR_TABLE_POS + mov cr3, eax + + ; 打开cr0的pg位(第31位) + mov eax, cr0 + or eax, 0x80000000 + mov cr0, eax + + ;在开启分页后,用gdt新的地址重新加载 + lgdt [gdt_ptr] ; 重新加载 + +;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;; 此时不刷新流水线也没问题 ;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;; +;由于一直处在32位下,原则上不需要强制刷新,经过实际测试没有以下这两句也没问题. +;但以防万一，还是加上啦，免得将来出来莫句奇妙的问题. + jmp SELECTOR_CODE:enter_kernel ;强制刷新流水线,更新gdt +enter_kernel: +;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;; + call kernel_init + mov esp, 0xc009f000 + jmp KERNEL_ENTRY_POINT ; 用地址0x1500访问测试，结果ok + + +;----------------- 将kernel.bin中的segment拷贝到编译的地址 ----------- +kernel_init: + xor eax, eax + xor ebx, ebx ;ebx记录程序头表地址 + xor ecx, ecx ;cx记录程序头表中的program header数量 + xor edx, edx ;dx 记录program header尺寸,即e_phentsize + + mov dx, [KERNEL_BIN_BASE_ADDR + 42] ; 偏移文件42字节处的属性是e_phentsize,表示program header大小 + mov ebx, [KERNEL_BIN_BASE_ADDR + 28] ; 偏移文件开始部分28字节的地方是e_phoff,表示第1 个program header在文件中的偏移量 + ; 其实该值是0x34,不过还是谨慎一点，这里来读取实际值 + add ebx, KERNEL_BIN_BASE_ADDR + mov cx, [KERNEL_BIN_BASE_ADDR + 44] ; 偏移文件开始部分44字节的地方是e_phnum,表示有几个program header +.each_segment: + cmp byte [ebx + 0], PT_NULL ; 若p_type等于 PT_NULL,说明此program header未使用。 + je .PTNULL + + ;为函数memcpy压入参数,参数是从右往左依然压入.函数原型类似于 memcpy(dst,src,size) + push dword [ebx + 16] ; program header中偏移16字节的地方是p_filesz,压入函数memcpy的第三个参数:size + mov eax, [ebx + 4] ; 距程序头偏移量为4字节的位置是p_offset + add eax, KERNEL_BIN_BASE_ADDR ; 加上kernel.bin被加载到的物理地址,eax为该段的物理地址 + push eax ; 压入函数memcpy的第二个参数:源地址 + push dword [ebx + 8] ; 压入函数memcpy的第一个参数:目的地址,偏移程序头8字节的位置是p_vaddr，这就是目的地址 + call mem_cpy ; 调用mem_cpy完成段复制 + add esp,12 ; 清理栈中压入的三个参数 +.PTNULL: + add ebx, edx ; edx为program header大小,即e_phentsize,在此ebx指向下一个program header + loop .each_segment + ret + +;---------- 逐字节拷贝 mem_cpy(dst,src,size) ------------ +;输入:栈中三个参数(dst,src,size) +;输出:无 +;--------------------------------------------------------- +mem_cpy: + cld + push ebp + mov ebp, esp + push ecx ; rep指令用到了ecx，但ecx对于外层段的循环还有用，故先入栈备份 + mov edi, [ebp + 8] ; dst + mov esi, [ebp + 12] ; src + mov ecx, [ebp + 16] ; size + rep movsb ; 逐字节拷贝 + + ;恢复环境 + pop ecx + pop ebp + ret + + +;------------- 创建页目录及页表 --------------- +setup_page: +;先把页目录占用的空间逐字节清0 + mov ecx, 4096 + mov esi, 0 +.clear_page_dir: + mov byte [PAGE_DIR_TABLE_POS + esi], 0 + inc esi + loop .clear_page_dir + +;开始创建页目录项(PDE) +.create_pde: ; 创建Page Directory Entry + mov eax, PAGE_DIR_TABLE_POS + add eax, 0x1000 ; 此时eax为第一个页表的位置及属性 + mov ebx, eax ; 此处为ebx赋值，是为.create_pte做准备，ebx为基址。 + +; 下面将页目录项0和0xc00都存为第一个页表的地址， +; 一个页表可表示4MB内存,这样0xc03fffff以下的地址和0x003fffff以下的地址都指向相同的页表， +; 这是为将地址映射为内核地址做准备 + or eax, PG_US_U | PG_RW_W | PG_P ; 页目录项的属性RW和P位为1,US为1,表示用户属性,所有特权级别都可以访问. + mov [PAGE_DIR_TABLE_POS + 0x0], eax ; 第1个目录项,在页目录表中的第1个目录项写入第一个页表的位置(0x101000)及属性(3) + mov [PAGE_DIR_TABLE_POS + 0xc00], eax ; 一个页表项占用4字节,0xc00表示第768个页表占用的目录项,0xc00以上的目录项用于内核空间, + ; 也就是页表的0xc0000000~0xffffffff共计1G属于内核,0x0~0xbfffffff共计3G属于用户进程. + sub eax, 0x1000 + mov [PAGE_DIR_TABLE_POS + 4092], eax ; 使最后一个目录项指向页目录表自己的地址 + +;下面创建页表项(PTE) + mov ecx, 256 ; 1M低端内存 / 每页大小4k = 256 + mov esi, 0 + mov edx, PG_US_U | PG_RW_W | PG_P ; 属性为7,US=1,RW=1,P=1 +.create_pte: ; 创建Page Table Entry + mov [ebx+esi*4],edx ; 此时的ebx已经在上面通过eax赋值为0x101000,也就是第一个页表的地址 + add edx,4096 + inc esi + loop .create_pte + +;创建内核其它页表的PDE + mov eax, PAGE_DIR_TABLE_POS + add eax, 0x2000 ; 此时eax为第二个页表的位置 + or eax, PG_US_U | PG_RW_W | PG_P ; 页目录项的属性RW和P位为1,US为0 + mov ebx, PAGE_DIR_TABLE_POS + mov ecx, 254 ; 范围为第769~1022的所有目录项数量 + mov esi, 769 +.create_kernel_pde: + mov [ebx+esi*4], eax + inc esi + add eax, 0x1000 + loop .create_kernel_pde + ret + + +;------------------------------------------------------------------------------- + ;功能:读取硬盘n个扇区 +rd_disk_m_32: +;------------------------------------------------------------------------------- + ; eax=LBA扇区号 + ; ebx=将数据写入的内存地址 + ; ecx=读入的扇区数 + mov esi,eax ; 备份eax + mov di,cx ; 备份扇区数到di +;读写硬盘: +;第1步：设置要读取的扇区数 + mov dx,0x1f2 + mov al,cl + out dx,al ;读取的扇区数 + + mov eax,esi ;恢复ax + +;第2步：将LBA地址存入0x1f3 ~ 0x1f6 + + ;LBA地址7~0位写入端口0x1f3 + mov dx,0x1f3 + out dx,al + + ;LBA地址15~8位写入端口0x1f4 + mov cl,8 + shr eax,cl + mov dx,0x1f4 + out dx,al + + ;LBA地址23~16位写入端口0x1f5 + shr eax,cl + mov dx,0x1f5 + out dx,al + + shr eax,cl + and al,0x0f ;lba第24~27位 + or al,0xe0 ; 设置7～4位为1110,表示lba模式 + mov dx,0x1f6 + out dx,al + +;第3步：向0x1f7端口写入读命令，0x20 + mov dx,0x1f7 + mov al,0x20 + out dx,al + +;;;;;;; 至此,硬盘控制器便从指定的lba地址(eax)处,读出连续的cx个扇区,下面检查硬盘状态,不忙就能把这cx个扇区的数据读出来 + +;第4步：检测硬盘状态 + .not_ready: ;测试0x1f7端口(status寄存器)的的BSY位 + ;同一端口,写时表示写入命令字,读时表示读入硬盘状态 + nop + in al,dx + and al,0x88 ;第4位为1表示硬盘控制器已准备好数据传输,第7位为1表示硬盘忙 + cmp al,0x08 + jnz .not_ready ;若未准备好,继续等。 + +;第5步：从0x1f0端口读数据 + mov ax, di ;以下从硬盘端口读数据用insw指令更快捷,不过尽可能多的演示命令使用, + ;在此先用这种方法,在后面内容会用到insw和outsw等 + + mov dx, 256 ;di为要读取的扇区数,一个扇区有512字节,每次读入一个字,共需di*512/2次,所以di*256 + mul dx + mov cx, ax + mov dx, 0x1f0 + .go_on_read: + in ax,dx + mov [ebx], ax + add ebx, 2 + ; 由于在实模式下偏移地址为16位,所以用bx只会访问到0~FFFFh的偏移。 + ; loader的栈指针为0x900,bx为指向的数据输出缓冲区,且为16位， + ; 超过0xffff后,bx部分会从0开始,所以当要读取的扇区数过大,待写入的地址超过bx的范围时， + ; 从硬盘上读出的数据会把0x0000~0xffff的覆盖， + ; 造成栈被破坏,所以ret返回时,返回地址被破坏了,已经不是之前正确的地址, + ; 故程序出会错,不知道会跑到哪里去。 + ; 所以改为ebx代替bx指向缓冲区,这样生成的机器码前面会有0x66和0x67来反转。 + ; 0X66用于反转默认的操作数大小! 0X67用于反转默认的寻址方式. + ; cpu处于16位模式时,会理所当然的认为操作数和寻址都是16位,处于32位模式时, + ; 也会认为要执行的指令是32位. + ; 当我们在其中任意模式下用了另外模式的寻址方式或操作数大小(姑且认为16位模式用16位字节操作数， + ; 32位模式下用32字节的操作数)时,编译器会在指令前帮我们加上0x66或0x67， + ; 临时改变当前cpu模式到另外的模式下. + ; 假设当前运行在16位模式,遇到0X66时,操作数大小变为32位. + ; 假设当前运行在32位模式,遇到0X66时,操作数大小变为16位. + ; 假设当前运行在16位模式,遇到0X67时,寻址方式变为32位寻址 + ; 假设当前运行在32位模式,遇到0X67时,寻址方式变为16位寻址. + + loop .go_on_read + ret diff --git a/c10/keyboard/boot/mbr.S b/c10/keyboard/boot/mbr.S new file mode 100755 index 0000000..7efd523 --- /dev/null +++ b/c10/keyboard/boot/mbr.S @@ -0,0 +1,126 @@ +;���������� +;------------------------------------------------------------ +%include "boot.inc" +SECTION MBR vstart=0x7c00 + mov ax,cs + mov ds,ax + mov es,ax + mov ss,ax + mov fs,ax + mov sp,0x7c00 + mov ax,0xb800 + mov gs,ax + +; ���� +;����0x06�Ź��ܣ��Ͼ�ȫ���У���������� +; ----------------------------------------------------------- +;INT 0x10 ���ܺ�:0x06 ��������:�Ͼ����� +;------------------------------------------------------ +;���룺 +;AH ���ܺ�= 0x06 +;AL = �Ͼ�������(���Ϊ0,��ʾȫ��) +;BH = �Ͼ������� +;(CL,CH) = �������Ͻǵ�(X,Y)λ�� +;(DL,DH) = �������½ǵ�(X,Y)λ�� +;�޷���ֵ�� + mov ax, 0600h + mov bx, 0700h + mov cx, 0 ; ���Ͻ�: (0, 0) + mov dx, 184fh ; ���½�: (80,25), + ; ��ΪVGA�ı�ģʽ�У�һ��ֻ������80���ַ�,��25�С� + ; �±��0��ʼ������0x18=24,0x4f=79 + int 10h ; int 10h + + ; ����ַ���:MBR + mov byte [gs:0x00],'1' + mov byte [gs:0x01],0xA4 + + mov byte [gs:0x02],' ' + mov byte [gs:0x03],0xA4 + + mov byte [gs:0x04],'M' + mov byte [gs:0x05],0xA4 ;A��ʾ��ɫ������˸��4��ʾǰ��ɫΪ��ɫ + + mov byte [gs:0x06],'B' + mov byte [gs:0x07],0xA4 + + mov byte [gs:0x08],'R' + mov byte [gs:0x09],0xA4 + + mov eax,LOADER_START_SECTOR ; ��ʼ����lba��ַ + mov bx,LOADER_BASE_ADDR ; д��ĵ�ַ + mov cx,4 ; ������������� + call rd_disk_m_16 ; ���¶�ȡ�������ʼ���֣�һ�������� + + jmp LOADER_BASE_ADDR + 0x300 + +;------------------------------------------------------------------------------- +;����:��ȡӲ��n������ +rd_disk_m_16: +;------------------------------------------------------------------------------- + ; eax=LBA������ + ; ebx=������д����ڴ��ַ + ; ecx=����������� + mov esi,eax ;����eax + mov di,cx ;����cx +;��дӲ��: +;��1��������Ҫ��ȡ�������� + mov dx,0x1f2 + mov al,cl + out dx,al ;��ȡ�������� + + mov eax,esi ;�ָ�ax + +;��2������LBA��ַ����0x1f3 ~ 0x1f6 + + ;LBA��ַ7~0λд��˿�0x1f3 + mov dx,0x1f3 + out dx,al + + ;LBA��ַ15~8λд��˿�0x1f4 + mov cl,8 + shr eax,cl + mov dx,0x1f4 + out dx,al + + ;LBA��ַ23~16λд��˿�0x1f5 + shr eax,cl + mov dx,0x1f5 + out dx,al + + shr eax,cl + and al,0x0f ;lba��24~27λ + or al,0xe0 ; ����7��4λΪ1110,��ʾlbaģʽ + mov dx,0x1f6 + out dx,al + +;��3������0x1f7�˿�д������0x20 + mov dx,0x1f7 + mov al,0x20 + out dx,al + +;��4�������Ӳ��״̬ + .not_ready: + ;ͬһ�˿ڣ�дʱ��ʾд�������֣���ʱ��ʾ����Ӳ��״̬ + nop + in al,dx + and al,0x88 ;��4λΪ1��ʾӲ�̿�������׼�������ݴ��䣬��7λΪ1��ʾӲ��æ + cmp al,0x08 + jnz .not_ready ;��δ׼���ã������ȡ� + +;��5������0x1f0�˿ڶ����� + mov ax, di + mov dx, 256 + mul dx + mov cx, ax ; diΪҪ��ȡ����������һ��������512�ֽڣ�ÿ�ζ���һ���֣� + ; ����di*512/2�Σ�����di*256 + mov dx, 0x1f0 + .go_on_read: + in ax,dx + mov [bx],ax + add bx,2 + loop .go_on_read + ret + + times 510-($-$$) db 0 + db 0x55,0xaa diff --git a/c10/keyboard/build/bitmap.o b/c10/keyboard/build/bitmap.o new file mode 100644 index 0000000000000000000000000000000000000000..d7365d28c5d29cb7939167ad2996de77e1bac85c GIT binary patch literal 2460 zcma)6-A^1<6u+~(z=9Mg_Q9l09FnSF!xW^o)KUYK0n!kQlzmd1>@HJSV3&1wrlA&U 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z&ylaoUoruFEYds!o%#R8YZr5{)wb**f%BeoT^2s4oV!vGXMi%saani#5HIyFJl+$Y z!}VFx;GHh3_LpNk76jT(d_EBMr7i0g1W$&qL-|pXfU?&dbmux>$Hs6Eyw3cB%5~> 8); +} + +// 时钟的中断处理函数 +static void intr_timer_handler(void) { + struct task_struct* cur_thread = running_thread();// 获取当前线程 + + ASSERT(cur_thread->stack_magic == 0x20000611);// 检查栈是否溢出 + + cur_thread->elapsed_ticks++; // + //从内核第一次处理时间中断后开始至今的滴哒数,内核态和用户态总共的嘀哒数 + ticks++; + + if(cur_thread->ticks == 0) {// 时间片用完，那就调度新的线程 + schedule(); + }else { // 否则将时间片 -1 + cur_thread->ticks--; + } + +} + +// 初始化 8253 +void timer_init(void) { + put_str("timer_init start!\n"); + frequency_set(COUNTRER0_PORT, COUNTER0_NO, READ_WRITE_LATCH, COUNTER_MODE, COUNTER0_VALUE); + register_handler(0x20, intr_timer_handler);// 将时钟中断置为 0x20 + put_str("timer_init done!\n"); +} + + diff --git a/c10/keyboard/device/timer.h b/c10/keyboard/device/timer.h new file mode 100755 index 0000000..b83ed74 --- /dev/null +++ b/c10/keyboard/device/timer.h @@ -0,0 +1,6 @@ +#ifndef __DEVICE_TIME_H +#define __DEVICE_TIME_H +#include "stdint.h" +void timer_init(void); +#endif + diff --git a/c10/keyboard/include/boot.inc b/c10/keyboard/include/boot.inc new file mode 100755 index 0000000..6723479 --- /dev/null +++ b/c10/keyboard/include/boot.inc @@ -0,0 +1,56 @@ +;------------- loader和kernel ---------- + +LOADER_BASE_ADDR equ 0x900 +LOADER_STACK_TOP equ LOADER_BASE_ADDR +LOADER_START_SECTOR equ 0x2 + +KERNEL_BIN_BASE_ADDR equ 0x70000 +KERNEL_START_SECTOR equ 0x9 +KERNEL_ENTRY_POINT equ 0xc0001500 + +;------------- 页表配置 ---------------- +PAGE_DIR_TABLE_POS equ 0x100000 + +;-------------- gdt描述符属性 ----------- +DESC_G_4K equ 1_00000000000000000000000b +DESC_D_32 equ 1_0000000000000000000000b +DESC_L equ 0_000000000000000000000b ; 64位代码标记，此处标记为0便可。 +DESC_AVL equ 0_00000000000000000000b ; cpu不用此位，暂置为0 +DESC_LIMIT_CODE2 equ 1111_0000000000000000b +DESC_LIMIT_DATA2 equ DESC_LIMIT_CODE2 +DESC_LIMIT_VIDEO2 equ 0000_000000000000000b +DESC_P equ 1_000000000000000b +DESC_DPL_0 equ 00_0000000000000b +DESC_DPL_1 equ 01_0000000000000b +DESC_DPL_2 equ 10_0000000000000b +DESC_DPL_3 equ 11_0000000000000b +DESC_S_CODE equ 1_000000000000b +DESC_S_DATA equ DESC_S_CODE +DESC_S_sys equ 0_000000000000b +DESC_TYPE_CODE equ 1000_00000000b ;x=1,c=0,r=0,a=0 代码段是可执行的,非依从的,不可读的,已访问位a清0. +DESC_TYPE_DATA equ 0010_00000000b ;x=0,e=0,w=1,a=0 数据段是不可执行的,向上扩展的,可写的,已访问位a清0. + +DESC_CODE_HIGH4 equ (0x00 << 24) + DESC_G_4K + DESC_D_32 + DESC_L + DESC_AVL + DESC_LIMIT_CODE2 + DESC_P + DESC_DPL_0 + DESC_S_CODE + DESC_TYPE_CODE + 0x00 +DESC_DATA_HIGH4 equ (0x00 << 24) + DESC_G_4K + DESC_D_32 + DESC_L + DESC_AVL + DESC_LIMIT_DATA2 + DESC_P + DESC_DPL_0 + DESC_S_DATA + DESC_TYPE_DATA + 0x00 +DESC_VIDEO_HIGH4 equ (0x00 << 24) + DESC_G_4K + DESC_D_32 + DESC_L + DESC_AVL + DESC_LIMIT_VIDEO2 + DESC_P + DESC_DPL_0 + DESC_S_DATA + DESC_TYPE_DATA + 0x0b + +;-------------- 选择子属性 --------------- +RPL0 equ 00b +RPL1 equ 01b +RPL2 equ 10b +RPL3 equ 11b +TI_GDT equ 000b +TI_LDT equ 100b + + +;---------------- 页表相关属性 -------------- +PG_P equ 1b +PG_RW_R equ 00b +PG_RW_W equ 10b +PG_US_S equ 000b +PG_US_U equ 100b + + +;------------- program type 定义 -------------- +PT_NULL equ 0 + diff --git a/c10/keyboard/kernel/debug.c b/c10/keyboard/kernel/debug.c new file mode 100755 index 0000000..bef6acf --- /dev/null +++ b/c10/keyboard/kernel/debug.c @@ -0,0 +1,18 @@ +#include "debug.h" +#include "kernel/print.h" +#include "interrupt.h" + +/* 打印文件名,行号,函数名,条件并使程序悬停 */ +void panic_spin(char* filename, \ + int line, \ + const char* func, \ + const char* condition) \ +{ + intr_disable(); /* 打印文件名,行号,函数名,条件并使程序悬停 */ + put_str("\n\n\n!!!!! error !!!!!\n"); + put_str("filename:");put_str(filename);put_str("\n"); + put_str("line:0x");put_int(line);put_str("\n"); + put_str("function:");put_str((char*)func);put_str("\n"); + put_str("condition:");put_str((char*)condition);put_str("\n"); + while(1); +} \ No newline at end of file diff --git a/c10/keyboard/kernel/debug.h b/c10/keyboard/kernel/debug.h new file mode 100755 index 0000000..d4df982 --- /dev/null +++ b/c10/keyboard/kernel/debug.h @@ -0,0 +1,24 @@ +#ifndef __KERNEL_DEBUG_H +#define __KERNEL_DEBUG_H + +void panic_spin(char* filename, int line, const char* func, const char* condition); + +/*************************** __VA_ARGS__ ******************************* + * __VA_ARGS__ 是预处理器所支持的专用标识符。 + * 代表所有与省略号相对应的参数. + * "..."表示定义的宏其参数可变. + */ +#define PANIC(...) panic_spin (__FILE__, __LINE__, __func__, __VA_ARGS__) +/***********************************************************************/ + +#ifdef NDEBUG + #define ASSERT(CONDITION) ((void)0) +#else + #define ASSERT(CONDITION) \ + if (CONDITION) {} else { \ + /* 符号#让编译器将宏的参数转化为字符串字面量 */ \ + PANIC(#CONDITION); \ + } +#endif // __NDEBUG + +#endif // __KERNEL_DEBUG_H \ No newline at end of file diff --git a/c10/keyboard/kernel/global.h b/c10/keyboard/kernel/global.h new file mode 100755 index 0000000..7330902 --- /dev/null +++ b/c10/keyboard/kernel/global.h @@ -0,0 +1,39 @@ +#ifndef _KERNEL_GLOBAL_H +#define _KERNEL_GLOBAL_H + +#include "stdint.h" + +# define RPL0 0 +# define RPL1 1 +# define RPL2 2 +# define RPL3 3 + +# define TI_GDT 0 +# define TI_LDT 1 + + +# define SELECTOR_K_CODE ((1 << 3) + (TI_GDT << 2) + RPL0) // 指向内核代码段的选择子 +# define SELECTOR_K_DATA ((2 << 3) + (TI_GDT << 2) + RPL0) +# define SELECTOR_K_STACK SELECTOR_K_DATA +# define SELECTOR_K_GS ((3 << 3) + (TI_GDT << 2) + RPL0) + +/* IDT描述符属性 */ +# define IDT_DESC_P 1 +# define IDT_DESC_DPL0 0 +# define IDT_DESC_DPL3 3 +// S 都为 0 +# define IDT_DESC_32_TYPE 0xE // 32 位的门 +# define IDT_DESC_16_TYPE 0x6 // 16 位的门 + +# define IDT_DESC_ATTR_DPL0 \ + ((IDT_DESC_P << 7) + (IDT_DESC_DPL0 << 5) + IDT_DESC_32_TYPE) + +# define IDT_DESC_ATTR_DPL3 \ + ((IDT_DESC_P << 7) + (IDT_DESC_DPL3 << 5) + IDT_DESC_32_TYPE) + +#define NULL ((void*)0) +#define bool int +#define true 1 +#define false 0 + +#endif \ No newline at end of file diff --git a/c10/keyboard/kernel/init.c b/c10/keyboard/kernel/init.c new file mode 100755 index 0000000..4714c27 --- /dev/null +++ b/c10/keyboard/kernel/init.c @@ -0,0 +1,18 @@ +#include "init.h" +#include "print.h" +#include "interrupt.h" +#include "timer.h" +#include "memory.h" +#include "thread.h" +#include "console.h" + +/*负责初始化所有模块 */ +void init_all() { + put_str("init_all start!\n"); + idt_init();// 初始化中断 + + mem_init();//初始化内存管理系统 + thread_environment_init();// 初始化线程相关环境 + timer_init(); // 初始化 PIT + console_init(); // 初始化 console +} \ No newline at end of file diff --git a/c10/keyboard/kernel/init.h b/c10/keyboard/kernel/init.h new file mode 100755 index 0000000..bf575c9 --- /dev/null +++ b/c10/keyboard/kernel/init.h @@ -0,0 +1,4 @@ +#ifndef __KERNEL_INIT_H +#define __KERNEL_INIT_H +void init_all(void); +#endif diff --git a/c10/keyboard/kernel/interrupt.c b/c10/keyboard/kernel/interrupt.c new file mode 100755 index 0000000..cb73d05 --- /dev/null +++ b/c10/keyboard/kernel/interrupt.c @@ -0,0 +1,192 @@ +#include "interrupt.h" +#include "stdint.h" +#include "global.h" +#include "io.h" +#include "print.h" + +#define PIC_M_CTRL 0x20 // 这里用的可编程中断控制器是8259A,主片的控制端口是0x20 +#define PIC_M_DATA 0x21 // 主片的数据端口是0x21 +#define PIC_S_CTRL 0xa0 // 从片的控制端口是0xa0 +#define PIC_S_DATA 0xa1 // 从片的数据端口是0xa1 + +#define IDT_DESC_CNT 0x21 // 目前总共支持的中断数 + +#define EFLAGS_IF 0x00000200 // eflags寄存器中的if位为1 +#define GET_EFLAGS(EFLAG_VAR) asm volatile("pushfl; popl %0" : "=g" (EFLAG_VAR)) + +/*中断门描述符结构体*/ +struct gate_desc { + uint16_t func_offset_low_word; + uint16_t selector; + uint8_t dcount; //此项为双字计数字段，是门描述符中的第4字节。此项固定值，不用考虑 + uint8_t attribute; + uint16_t func_offset_high_word; +}; + +// 静态函数声明,非必须 +static void make_idt_desc(struct gate_desc* p_gdesc, uint8_t attr, intr_handler function); +static struct gate_desc idt[IDT_DESC_CNT]; // idt是中断描述符表,本质上就是个中断门描述符数组 + +char* intr_name[IDT_DESC_CNT]; // 用于保存异常的名字 +intr_handler idt_table[IDT_DESC_CNT]; // 定义中断处理程序数组.在kernel.S中定义的intrXXentry只是中断处理程序的入口,最终调用的是ide_table中的处理程序 +extern intr_handler intr_entry_table[IDT_DESC_CNT]; // 声明引用定义在kernel.S中的中断处理函数入口数组 + +/* 初始化可编程中断控制器8259A */ +static void pic_init(void) { + + /* 初始化主片 */ + outb (PIC_M_CTRL, 0x11); // ICW1: 边沿触发,级联8259, 需要ICW4. + outb (PIC_M_DATA, 0x20); // ICW2: 起始中断向量号为0x20,也就是IR[0-7] 为 0x20 ~ 0x27. + outb (PIC_M_DATA, 0x04); // ICW3: IR2接从片. + outb (PIC_M_DATA, 0x01); // ICW4: 8086模式, 正常EOI + + /* 初始化从片 */ + outb (PIC_S_CTRL, 0x11); // ICW1: 边沿触发,级联8259, 需要ICW4. + outb (PIC_S_DATA, 0x28); // ICW2: 起始中断向量号为0x28,也就是IR[8-15] 为 0x28 ~ 0x2F. + outb (PIC_S_DATA, 0x02); // ICW3: 设置从片连接到主片的IR2引脚 + outb (PIC_S_DATA, 0x01); // ICW4: 8086模式, 正常EOI + + /* 打开主片上IR0,也就是目前只接受时钟产生的中断 */ + outb (PIC_M_DATA, 0xfe); + outb (PIC_S_DATA, 0xff); + + put_str(" pic_init done\n"); +} + +/* 创建中断门描述符 */ +static void make_idt_desc(struct gate_desc* p_gdesc, uint8_t attr, intr_handler function) { + p_gdesc->func_offset_low_word = (uint32_t)function & 0x0000FFFF; + p_gdesc->selector = SELECTOR_K_CODE; + p_gdesc->dcount = 0; + p_gdesc->attribute = attr; + p_gdesc->func_offset_high_word = ((uint32_t)function & 0xFFFF0000) >> 16; +} + +/*初始化中断描述符表*/ +static void idt_desc_init(void) { + int i; + for (i = 0; i < IDT_DESC_CNT; i++) { + make_idt_desc(&idt[i], IDT_DESC_ATTR_DPL0, intr_entry_table[i]); + } + put_str(" idt_desc_init done\n"); +} + +/* 通用的中断处理函数,一般用在异常出现时的处理 */ +static void general_intr_handler(uint8_t vec_nr) { + if (vec_nr == 0x27 || vec_nr == 0x2f) { // 0x2f是从片8259A上的最后一个irq引脚，保留 + return; //IRQ7和IRQ15会产生伪中断(spurious interrupt),无须处理。 + } + /* 将光标置为0,从屏幕左上角清出一片打印异常信息的区域,方便阅读 */ + set_cursor(0); + int cursor_pos = 0; + while(cursor_pos < 320) { + put_char(' '); + cursor_pos++; + } + + set_cursor(0); // 重置光标为屏幕左上角 + put_str("!!!!!!! excetion message begin !!!!!!!!\n"); + set_cursor(88); // 从第2行第8个字符开始打印 + put_str(intr_name[vec_nr]); + if (vec_nr == 14) { // 若为Pagefault,将缺失的地址打印出来并悬停 + int page_fault_vaddr = 0; + asm ("movl %%cr2, %0" : "=r" (page_fault_vaddr)); // cr2是存放造成page_fault的地址 + put_str("\npage fault addr is ");put_int(page_fault_vaddr); + } + put_str("\n!!!!!!! excetion message end !!!!!!!!\n"); + // 能进入中断处理程序就表示已经处在关中断情况下, + // 不会出现调度进程的情况。故下面的死循环不会再被中断。 + while(1); +} + +/* 完成一般中断处理函数注册及异常名称注册 */ +static void exception_init(void) { // 完成一般中断处理函数注册及异常名称注册 + int i; + for (i = 0; i < IDT_DESC_CNT; i++) { + +/* idt_table数组中的函数是在进入中断后根据中断向量号调用的, + * 见kernel/kernel.S的call [idt_table + %1*4] */ + idt_table[i] = general_intr_handler; // 默认为general_intr_handler。 + // 以后会由register_handler来注册具体处理函数。 + intr_name[i] = "unknown"; // 先统一赋值为unknown + } + intr_name[0] = "#DE Divide Error"; + intr_name[1] = "#DB Debug Exception"; + intr_name[2] = "NMI Interrupt"; + intr_name[3] = "#BP Breakpoint Exception"; + intr_name[4] = "#OF Overflow Exception"; + intr_name[5] = "#BR BOUND Range Exceeded Exception"; + intr_name[6] = "#UD Invalid Opcode Exception"; + intr_name[7] = "#NM Device Not Available Exception"; + intr_name[8] = "#DF Double Fault Exception"; + intr_name[9] = "Coprocessor Segment Overrun"; + intr_name[10] = "#TS Invalid TSS Exception"; + intr_name[11] = "#NP Segment Not Present"; + intr_name[12] = "#SS Stack Fault Exception"; + intr_name[13] = "#GP General Protection Exception"; + intr_name[14] = "#PF Page-Fault Exception"; + // intr_name[15] 第15项是intel保留项，未使用 + intr_name[16] = "#MF x87 FPU Floating-Point Error"; + intr_name[17] = "#AC Alignment Check Exception"; + intr_name[18] = "#MC Machine-Check Exception"; + intr_name[19] = "#XF SIMD Floating-Point Exception"; + +} + +/* 开中断并返回开中断前的状态*/ +enum intr_status intr_enable() { + enum intr_status old_status; + if (INTR_ON == intr_get_status()) { + old_status = INTR_ON; + return old_status; + } else { + old_status = INTR_OFF; + asm volatile("sti"); // 开中断,sti指令将IF位置1 + return old_status; + } +} + +/* 关中断,并且返回关中断前的状态 */ +enum intr_status intr_disable() { + enum intr_status old_status; + if (INTR_ON == intr_get_status()) { + old_status = INTR_ON; + asm volatile("cli" : : : "memory"); // 关中断,cli指令将IF位置0 + return old_status; + } else { + old_status = INTR_OFF; + return old_status; + } +} + +/* 将中断状态设置为status */ +enum intr_status intr_set_status(enum intr_status status) { + return status & INTR_ON ? intr_enable() : intr_disable(); +} + +/* 获取当前中断状态 */ +enum intr_status intr_get_status() { + uint32_t eflags = 0; + GET_EFLAGS(eflags); + return (EFLAGS_IF & eflags) ? INTR_ON : INTR_OFF; +} + +/* 在中断处理程序数组第vector_no个元素中注册安装中断处理程序function */ +void register_handler(uint8_t vector_no, intr_handler function) { +/* idt_table数组中的函数是在进入中断后根据中断向量号调用的, + * 见kernel/kernel.S的call [idt_table + %1*4] */ + idt_table[vector_no] = function; +} + +/*完成有关中断的所有初始化工作*/ +void idt_init() { + put_str("idt_init start\n"); + idt_desc_init(); // 初始化中断描述符表 + exception_init(); // 异常名初始化并注册通常的中断处理函数 + pic_init(); // 初始化8259A + + /* 加载idt */ + uint64_t idt_operand = ((sizeof(idt) - 1) | ((uint64_t)(uint32_t)idt << 16)); + asm volatile("lidt %0" : : "m" (idt_operand)); + put_str("idt_init done\n"); +} diff --git a/c10/keyboard/kernel/interrupt.h b/c10/keyboard/kernel/interrupt.h new file mode 100755 index 0000000..427f7b0 --- /dev/null +++ b/c10/keyboard/kernel/interrupt.h @@ -0,0 +1,22 @@ +#ifndef __KERNEL_INTERRUPT_H +#define __KERNEL_INTERRUPT_H +#include "stdint.h" + +typedef void* intr_handler; +void idt_init(void); + +/* 定义中断的两种状态: + * INTR_OFF值为0,表示关中断, + * INTR_ON值为1,表示开中断 */ +enum intr_status { // 中断状态 + INTR_OFF, // 中断关闭 + INTR_ON // 中断打开 +}; + +enum intr_status intr_get_status(void); +enum intr_status intr_set_status (enum intr_status); +enum intr_status intr_enable (void); +enum intr_status intr_disable (void); +void register_handler(uint8_t vector_no, intr_handler function); + +#endif \ No newline at end of file diff --git a/c10/keyboard/kernel/kernel.S b/c10/keyboard/kernel/kernel.S new file mode 100755 index 0000000..e5010ca --- /dev/null +++ b/c10/keyboard/kernel/kernel.S @@ -0,0 +1,90 @@ +[bits 32] +; 对于CPU会自动压入错误码的中断类型，无需额外的操作 +%define ERROR_CODE nop +; 如果CPU没有压入错误码，为了保持处理逻辑的一致性，我们需要手动压入一个0 +%define ZERO push 0 + +# 调用 interrupt 中的函数来中断处理 +# extern put_str ; 声明外部函数 +extern idt_table ; idt_table 是 C 中注册的中断处理程序数组 + +section .data +global intr_entry_table +intr_entry_table: + +; 中断处理程序宏定义 +; 接受两个参数 +%macro VECTOR 2 +section .text +intr%1entry: ; %1 表示中断向量号，用于确定中断位置 + %2 ; 需要首先进行压入操作 nop / push 0 + + ; 保护上下文 + push ds + push es + push fs + push gs +; PUSHAD指令压入32位寄存器,其入栈顺序是: EAX,ECX,EDX,EBX,ESP,EBP,ESI,EDI + pushad + + ; 如果是从片上进入的中断,除了往从片上发送EOI外,还要往主片上发送EOI + mov al, 0x20 ; 中断结束命令 EOI + out 0xa0, al ; 向从片发送 + out 0x20, al ; 向主片发送 + +; 不管idt_table中的目标程序是否需要参数,都一律压入中断向量号,调试时很方便 + push %1 ; 向量号 + call [idt_table + %1*4] ; 调用 idt_table 中的中断处理函数 + jmp intr_exit + +section .data + dd intr%1entry + +%endmacro + +section .text +global intr_exit +intr_exit: +; 以下是恢复上下文环境 + add esp, 4 ; 跳过中断号 + popad + pop gs + pop fs + pop es + pop ds + add esp, 4 ; 跳过error_code + iretd + +VECTOR 0x00, ZERO +VECTOR 0x01, ZERO +VECTOR 0x02, ZERO +VECTOR 0x03, ZERO +VECTOR 0x04, ZERO +VECTOR 0x05, ZERO +VECTOR 0x06, ZERO +VECTOR 0x07, ZERO +VECTOR 0x08, ZERO +VECTOR 0x09, ZERO +VECTOR 0x0a, ZERO +VECTOR 0x0b, ZERO +VECTOR 0x0c, ZERO +VECTOR 0x0d, ZERO +VECTOR 0x0e, ZERO +VECTOR 0x0f, ZERO +VECTOR 0x10, ZERO +VECTOR 0x11, ZERO +VECTOR 0x12, ZERO +VECTOR 0x13, ZERO +VECTOR 0x14, ZERO +VECTOR 0x15, ZERO +VECTOR 0x16, ZERO +VECTOR 0x17, ZERO +VECTOR 0x18, ZERO +VECTOR 0x19, ZERO +VECTOR 0x1a, ZERO +VECTOR 0x1b, ZERO +VECTOR 0x1c, ZERO +VECTOR 0x1d, ZERO +VECTOR 0x1e, ERROR_CODE +VECTOR 0x1f, ZERO +VECTOR 0x20, ZERO \ No newline at end of file diff --git a/c10/keyboard/kernel/main.c b/c10/keyboard/kernel/main.c new file mode 100755 index 0000000..100e91c --- /dev/null +++ b/c10/keyboard/kernel/main.c @@ -0,0 +1,58 @@ +#include "kernel/print.h" +#include "init.h" +#include "debug.h" +#include "memory.h" +#include "thread.h" +#include "interrupt.h" +#include "console.h" + +void k_thread_HuSharp_1(void* args); +void k_thread_HuSharp_2(void* args); +void k_thread_HuSharp_3(void* args); +int main(void) { + put_str("I am kernel!\n"); + init_all(); + //ASSERT(1 == 2); + // asm volatile("sti"); // 打开中断 即将 EFLAGS 的 IF置为 1 + + // 进行内存分配 + /* 内核物理页分配 + void* addr = get_kernel_pages(3); + put_str("\n get_kernel_page start vaddr is: "); + put_int((uint32_t) addr); + put_str("\n"); + */ + + // 线程演示 + thread_start("k_thread_HuSharp_1", 31, k_thread_HuSharp_1, "agrA 31 "); + thread_start("k_thread_HuSharp_2", 8, k_thread_HuSharp_2, "agrB 8 "); + thread_start("k_thread_HuSharp_3", 20, k_thread_HuSharp_3, "agrc 20 "); + + intr_enable();// 打开时钟中断 + + while(1) { + console_put_str("Main "); + } + return 0; +} + +void k_thread_HuSharp_1(void* args) { + char* para = args; + while(1) { + console_put_str(para); + } +} + +void k_thread_HuSharp_2(void* args) { + char* para = args; + while(1) { + console_put_str(para); + } +} + +void k_thread_HuSharp_3(void* args) { + char* para = args; + while(1) { + console_put_str(para); + } +} \ No newline at end of file diff --git a/c10/keyboard/kernel/memory.c b/c10/keyboard/kernel/memory.c new file mode 100755 index 0000000..afbb653 --- /dev/null +++ b/c10/keyboard/kernel/memory.c @@ -0,0 +1,257 @@ +#include "memory.h" +#include "stdint.h" +#include "kernel/print.h" +#include "kernel/bitmap.h" +#include "global.h" +#include "debug.h" +#include "kernel/print.h" +#include "string.h" + +#define PG_SIZE 4096 + +/*************** 位图地址 ******************** + * 因为0xc009f000是内核主线程栈顶，0xc009e000是内核主线程的pcb. + * 一个页框大小的位图可表示128M内存, 位图位置安排在地址0xc009a000, + * 这样本系统最大支持4个页框的位图,即512M */ +#define MEM_BITMAP_BASE 0xc009a000 + +// 返回虚拟地址的 高 10 位(即pde)，与中间 10 位(即pte) +#define PDE_IDX(addr) ((addr & 0xffc00000) >> 22) +#define PTE_IDX(addr) ((addr & 0x003ff000) >> 12) + +/* 0xc0000000是内核从虚拟地址3G起. 0x100000意指跨过低端1M内存, + * 使虚拟地址在逻辑上连续 */ +#define K_HEAP_START 0xc0100000 + +// 内存池结构,生成两个实例用于管理内核内存池和用户内存池 +struct pool { + // 本内存池用到的位图结构,用于管理物理内存 + struct bitmap pool_bitmap; + uint32_t phy_addr_start;// 本内存池所管理物理内存起始地址 + uint32_t pool_size; //本内存池字节容量 +}; + +struct pool kernel_pool, user_pool; // 生成全局内核内存池， 用户内存地址 +struct virtual_addr kernel_addr; // 给内核分配虚拟地址 + + +/* 在pf表示的虚拟内存池中申请pg_cnt个虚拟页, + * 成功则返回虚拟页的起始地址, 失败则返回NULL + */ +static void* vaddr_get(enum pool_flags pf, uint32_t pg_cnt) { + int vaddr_start = 0;//用于存储分配的虚拟地址 + int bit_idx_start = -1;// 存储位图扫描函数的返回值 + uint32_t cnt = 0; + if(pf == PF_KERNEL) {// 说明在内核虚拟池中 + bit_idx_start = bitmap_scan(&kernel_addr.vaddr_bitmap, pg_cnt); + if(bit_idx_start == -1) {//说明没找到 + return NULL; + } + // 将已经选出的内存置为 1 ，表示已经使用 + while(cnt < pg_cnt) { + bitmap_set(&kernel_addr.vaddr_bitmap, bit_idx_start + cnt++, 1); + } + // 虚拟地址应当加上 页表所占的内存 + vaddr_start = kernel_addr.vaddr_start + bit_idx_start * PG_SIZE; + } else {// 用户进程池 还未完善 + + } + return (void*)vaddr_start; +} + +/********* 以下两个获取虚拟地址 addr 的 pde & pte 地址，为建立映射做准备 ********/ +// 得到虚拟地址 vaddr 对应的 pte 指针 +// 构造一个 访问该 pte 的32位地址，欺骗处理器 +uint32_t* pte_ptr(uint32_t vaddr) { + /* 先访问到页目录表自己（位于1023项目录项中） + \ + * 再用页目录项 pde (页目录内页表的索引)做为pte的索引访问到页表 + \ + * 再用 pte 的索引做为页内偏移 + */ + uint32_t* pte = (uint32_t*) (0xffc00000 + \ + ((vaddr & 0xffc00000) >> 10) + PTE_IDX(vaddr) * 4); + return pte;// 得到物理页的虚拟地址，即通过这个虚拟地址，可以访问到该物理页（保护模式下必须通过 vaddr） +} + +// 得到虚拟地址 vaddr 对应的 pde 指针 +// 构造一个 访问该 pde 的32位地址，欺骗处理器 +uint32_t* pde_ptr(uint32_t vaddr) { + uint32_t* pde = (uint32_t*) (0xfffff000 + PDE_IDX(vaddr) * 4); + return pde; +} + +/* 在m_pool指向的物理内存池中分配1个物理页, + * 成功则返回页框的物理地址,失败则返回NULL + */ +static void* palloc(struct pool* m_pool) { + // 扫描或设置位图要保证原子操作 + int bit_idx = bitmap_scan(&m_pool->pool_bitmap, 1); //找一个空闲物理页面 + if(bit_idx == -1) { + return NULL; + } + bitmap_set(&m_pool->pool_bitmap, bit_idx, 1); //表示已经占用 + // 成功则返回页框的物理地址 + uint32_t page_phyaddr = (m_pool->phy_addr_start + (bit_idx * PG_SIZE)); + return (void*)page_phyaddr; +} + +/********使用 pde_ptr 和 pte_ptr 来建立虚拟地址和物理地址的映射 ********/ +// 本质上便是将 pte 写入到 获取的 pde 项中，将 物理地址写入到 pte 中 +static void page_table_add(void* _vaddr, void* _page_phyaddr) { + uint32_t vaddr = (uint32_t)_vaddr; + uint32_t page_phyaddr = (uint32_t)_page_phyaddr; + // 以下两个函数都是通过 虚拟地址来获取 + uint32_t* pde = pde_ptr(vaddr); + uint32_t* pte = pte_ptr(vaddr); + +/************************ 注意 ************************* + * 执行*pte,会访问到空的pde。所以确保pde创建完成后才能执行*pte, + * 否则会引发page_fault。因此在*pde为0时,*pte只能出现在下面else语句块中的*pde后面。 + * *********************************************************/ + // 先在页目录内判断目录项的P位，若为1,则表示该表(pte)已存在 + if(*pde & 0x00000001) {// 通过 P 位来判断目录项是否存在 + ASSERT(!(*pte & 0x00000001)); // 表示 pte 不存在 + + // 再判断 pte 是否存在 + if(!(*pte & 0x00000001)) { + *pte = (page_phyaddr | PG_US_U | PG_RW_W | PG_P_1); + } else { // 并不会执行到此处，因为此处意思是：pde存在，pte也存在 + // 但是之前的 ASSERT 已经判断了 pde 不存在 + PANIC("pte repeat!"); + *pte = (page_phyaddr | PG_US_U | PG_RW_W | PG_P_1); + } + } else {// pde 不存在 + // 需要分配 pte 物理页，采用 plloc 函数 + uint32_t new_pde_phyaddr = (uint32_t)palloc(&kernel_pool);//页表中的页框一律从内核中分配 + + *pde = (new_pde_phyaddr | PG_US_U | PG_RW_W | PG_P_1);// 写入到 pde 中 + + /* 分配到的物理页地址 new_pde_phyaddr 对应的物理内存清0,(使用时清零比回收后清零高效，因为不知道回收后会不会再使用) + * 避免里面的陈旧数据变成了页表项,从而让页表混乱. + * 访问到pde对应的物理地址,用pte取高20位便可. + * 因为pte是基于该pde对应的物理地址内再寻址, + * 把低12位置0便是该pde对应的物理页的起始 + */ + // 现需要获得新创建的这个物理页的虚拟地址（保护模式得看虚拟地址！） + memset(((void*)((int)pte & 0xfffff000)), 0, PG_SIZE);//将该新配物理页清0 + + ASSERT(!(*pte & 0x00000001));// 断言 pte 此时是否存在 + + // pte项 此时更改为新建物理页的位置 + *pte = (page_phyaddr | PG_US_U | PG_RW_W | PG_P_1);//将 物理页地址 写入到 pte项中 + } +} + + +// 分配pg_cnt个页空间（物理页),成功则返回起始虚拟地址,失败时返回NULL +void* malloc_page(enum pool_flags pf, uint32_t pg_cnt) { + ASSERT(pg_cnt > 0 && pg_cnt < 3840); +/*********** malloc_page的原理是三个动作的合成: *********** + 1.通过vaddr_get在虚拟内存池中申请虚拟地址 + 2.通过palloc在物理内存池中申请物理页 + 3.通过page_table_add将以上得到的虚拟地址和物理地址在页表中完成映射 +***************************************************************/ + void* vaddr_start = vaddr_get(pf, pg_cnt); + if(vaddr_start == NULL) { + return NULL; + } + + uint32_t vaddr = (uint32_t)vaddr_start, cnt = pg_cnt; + struct pool* mem_pool = (pf & PF_KERNEL)? &kernel_pool : &user_pool; + + // 因为虚拟地址是连续的,但物理地址可以是不连续的,所以逐个做映射 + while(cnt-- > 0) { + void* page_phyaddr = palloc(mem_pool); + if(page_phyaddr == NULL) { + return NULL; + } + page_table_add((void*)vaddr, page_phyaddr);// 在页表建立映射 + vaddr += PG_SIZE;// 下一个虚拟页 + } + return vaddr_start; +} + +// 从内核物理内存池中申请pg_cnt页内存,成功则返回其虚拟地址,失败则返回NULL +void* get_kernel_pages(uint32_t pg_cnt) { + void* vaddr = malloc_page(PF_KERNEL, pg_cnt); + if(vaddr != NULL) {// 虚拟地址是连续的 + memset(vaddr, 0, pg_cnt * PG_SIZE); + } + return vaddr; +} + +// 初始化内存池, 通过all_mem 初始化物理内存池相关结构 +static void mem_pool_init(uint32_t all_mem) { + put_str(" phy_mem_pool_init start!\n"); + // 页表大小= 1页的页目录表+第0和第768个页目录项指向同一个页表+ + // 第769~1022个页目录项共指向254个页表,共256个页框 + uint32_t page_table_size = PG_SIZE * 256; + // 用于记录当前已经使用的内存字节数 + uint32_t used_mem = page_table_size + 0x100000;// 0x100000为低端 1M 内存 + uint32_t free_mem = all_mem - used_mem; + uint16_t all_free_pages = free_mem / PG_SIZE;//转换为 页数 + + // 内核物理内存池 与 用户物理内存池 大小一致 + uint16_t kernel_free_pages = all_free_pages / 2; + uint16_t user_free_pages = all_free_pages - kernel_free_pages; + + /* 为简化位图操作，余数不处理，坏处是这样做会丢内存。 + * 好处是不用做内存的越界检查,因为位图表示的内存少于实际物理内存 + */ + uint32_t kbm_length = kernel_free_pages / 8; // Kernel BitMap的长度,位图中的一位表示一页,以字节为单位 + uint32_t ubm_length = user_free_pages / 8; // User BitMap的长度. + + uint32_t kp_start = used_mem; // kernel pool start 内核内存池的起始位置 + uint32_t up_start = kp_start + kernel_free_pages * PG_SIZE; + + kernel_pool.phy_addr_start = kp_start; + user_pool.phy_addr_start = up_start; + + kernel_pool.pool_bitmap.btmp_bytes_len = kbm_length;// 位图字节长度 + user_pool.pool_bitmap.btmp_bytes_len = ubm_length; + + kernel_pool.pool_size = kernel_free_pages * PG_SIZE; + user_pool.pool_size = user_free_pages * PG_SIZE; + +/********* 内核内存池和用户内存池位图 *********** + * 位图是全局的数据，长度不固定。 + * 全局或静态的数组需要在编译时知道其长度， + * 而我们需要根据总内存大小算出需要多少字节。 + * 所以改为指定一块内存来生成位图. + * ************************************************/ +// 内核使用的最高地址是0xc009f000,这是主线程的栈地址.(内核的大小预计为70K左右) +// 32M内存占用的位图是2k.内核内存池的位图先定在MEM_BITMAP_BASE(0xc009a000)处. + kernel_pool.pool_bitmap.bits = (void*) MEM_BITMAP_BASE; + + // 用户内存池的位图紧跟在内核内存池位图后面 + user_pool.pool_bitmap.bits = (void*)(MEM_BITMAP_BASE + kbm_length); + /******************** 输出内存池信息 **********************/ + put_str(" kernel_pool_bitmap_start:");put_int((int)kernel_pool.pool_bitmap.bits); + put_str(" kernel_pool_phy_addr_start:");put_int(kernel_pool.phy_addr_start); + put_str("\n"); + put_str(" user_pool_bitmap_start:");put_int((int)user_pool.pool_bitmap.bits); + put_str(" user_pool_phy_addr_start:");put_int(user_pool.phy_addr_start); + put_str("\n"); + + /**************** 进行初始化 ***************/ + // 将位图 置为 0 表示还未分配 + bitmap_init(&kernel_pool.pool_bitmap); + bitmap_init(&user_pool.pool_bitmap); + + // 初始化内核的虚拟地址 + // 用于维护内核堆的虚拟地址,所以要和内核内存池大小一致 + kernel_addr.vaddr_bitmap.btmp_bytes_len = kbm_length; + // 位图的数组指向一块未使用的内存,目前定位在内核内存池和用户内存池之后 + kernel_addr.vaddr_bitmap.bits = (void*)(MEM_BITMAP_BASE + kbm_length + ubm_length); + // 虚拟内存池的起始地址，以达到进程在堆中动态申请内存 + kernel_addr.vaddr_start = K_HEAP_START; //内核堆 + bitmap_init(&kernel_addr.vaddr_bitmap); + put_str(" mem_pool_init done\n"); +} + +// 内存管理部分初始化入口 +void mem_init() { + put_str("mem_init start!\n"); + uint32_t mem_bytes_total = (*(uint32_t*)(0xb00)); // 储存机器上物理内存总量 + mem_pool_init(mem_bytes_total); //初始化内存池 + put_str("mem_init done!\n"); +} \ No newline at end of file diff --git a/c10/keyboard/kernel/memory.h b/c10/keyboard/kernel/memory.h new file mode 100755 index 0000000..405f8d7 --- /dev/null +++ b/c10/keyboard/kernel/memory.h @@ -0,0 +1,33 @@ +#ifndef __KERNEL_MEMORY_H +#define __KERNEL_MEMORY_H + +#include "stdint.h" +#include "bitmap.h" + +// 内存池的标记，用来判断使用哪个内存池 +enum pool_flags { + PF_KERNEL = 1, // 内核内存池 + PF_USER = 2 // 用户内存池 +}; + +#define PG_P_1 1 // 页表项或页目录项存在属性位 +#define PG_P_0 0 // 页表项或页目录项存在属性位 +#define PG_RW_R 0 // R/W 属性位值, 读/执行 +#define PG_RW_W 2 // R/W 属性位值, 读/写/执行 +#define PG_US_S 0 // U/S 属性位值, 系统级 +#define PG_US_U 4 // U/S 属性位值, 用户级 + +// 虚拟地址池，用于虚拟地址管理 +struct virtual_addr{ + struct bitmap vaddr_bitmap; // 虚拟地址用到的 bitmap 结构, 页 为单位 + uint32_t vaddr_start; // 虚拟地址起始地址 +}; + +extern struct pool kernel_pool, user_pool; +void mem_init(void); +void* get_kernel_pages(uint32_t pg_cnt); +void* malloc_page(enum pool_flags pf, uint32_t pg_cnt); +void malloc_init(void); +uint32_t* pte_ptr(uint32_t vaddr); +uint32_t* pde_ptr(uint32_t vaddr); +#endif \ No newline at end of file diff --git a/c10/keyboard/lib/kernel/bitmap.c b/c10/keyboard/lib/kernel/bitmap.c new file mode 100755 index 0000000..323b793 --- /dev/null +++ b/c10/keyboard/lib/kernel/bitmap.c @@ -0,0 +1,82 @@ +#include "bitmap.h" +#include "stdint.h" +#include "string.h" +#include "print.h" +#include "interrupt.h" +#include "debug.h" + +// bitmap 的初始化 +void bitmap_init(struct bitmap* btmp) { + memset(btmp->bits, 0, btmp->btmp_bytes_len); +} + +// 判断 btmp 为指针处，bit_idx 位是否为 1，为 1 就返回 true +bool bitmap_scan_test(struct bitmap* btmp, uint32_t bit_idx) { + uint32_t byte_idx = bit_idx / 8;//用于标注字节 + uint32_t bit_odd = bit_idx % 8; //用于标注字节内的位 + return (btmp->bits[byte_idx] & (BITMAP_MASK << bit_odd)); +} + +// 在位图中申请连续cnt个位,成功则返回其起始位下标，失败返回-1 +int bitmap_scan(struct bitmap* btmp, uint32_t cnt) { + uint32_t idx_byte = 0; // 用于记录空闲位所在的字节 + // 先逐字节比较，蛮力法 + // 0 表示空闲，若停止，则说明至少有一个空闲位 + while(( 0xff == btmp->bits[idx_byte]) && (idx_byte < btmp->btmp_bytes_len)) { + idx_byte++; + } + ASSERT(idx_byte < btmp->btmp_bytes_len);// 断言此时在内部 + if(idx_byte == btmp->btmp_bytes_len) { + return -1;// 访问失败，返回 -1 + } + + /* 若在位图数组范围内的某字节内找到了空闲位， + * 在该字节内逐位比对,返回空闲位的索引。 + */ + int idx_bit = 0;//字节内部位数 + while((uint8_t)(BITMAP_MASK << idx_bit) & btmp->bits[idx_byte]) { + idx_bit++; + }// 找到空闲位 + int bit_idx_start = idx_byte * 8 + idx_bit; // 空闲位在bitmap 下标 + if(cnt == 1) { + return bit_idx_start; + } + + // 至此说明 cnt > 1 + // 因此首先进行剩余位数的判断，以免超过bitmap记录数 + uint32_t bit_left = (btmp->btmp_bytes_len * 8 - bit_idx_start); + uint32_t idx_next_bit = bit_idx_start + 1; + uint32_t free_bit_cnt = 1;// 一定要记得记录一下 之前判断后 还有个空闲位 + + bit_idx_start = -1; // 先将其置为 -1，若找不到连续的位就直接返回 + while(bit_left-- > 0) { + // 调用 scan_test 函数，为 0 则为 false + if(!(bitmap_scan_test(btmp, idx_next_bit))) { + free_bit_cnt++; + } else { // 由于必须是连续的，因此只要遇到 不空闲的 位 便将记录cnt置为 0 + free_bit_cnt = 0; + } + // 若是已经满足空闲数 + if(free_bit_cnt == cnt) { + bit_idx_start = idx_next_bit - cnt + 1; + break; + } + idx_next_bit++;// 继续判断下一位 + } + + return bit_idx_start; +} + +// 将位图btmp的bit_idx位设置为value +void bitmap_set(struct bitmap* btmp, uint32_t bit_idx, int8_t value) { + ASSERT((value ==0) || (value == 1));// 只能赋予 0 或 1 + uint32_t byte_idx = bit_idx / 8; //字节位 + uint32_t bit_odd = bit_idx % 8; //位数 位 + + if(value) { + btmp->bits[byte_idx] |= (BITMAP_MASK << bit_odd); + } else { + btmp->bits[byte_idx] &= ~(BITMAP_MASK << bit_odd); + } + +} diff --git a/c10/keyboard/lib/kernel/bitmap.h b/c10/keyboard/lib/kernel/bitmap.h new file mode 100755 index 0000000..ab3d2db --- /dev/null +++ b/c10/keyboard/lib/kernel/bitmap.h @@ -0,0 +1,18 @@ +#ifndef __LIB_KERNEL_BITMAP_H +#define __LIB_KERNEL_BITMAP_H +#include "global.h" +#define BITMAP_MASK 1 // 用在位图中逐位判断，主要通过 按位与 & +struct bitmap{ + uint32_t btmp_bytes_len; + /* 在遍历位图时,整体上以字节为单位,细节上是以位为单位, + 所以此处位图的指针必须是单字节 */ + uint8_t* bits; +}; + +// 函数 +void bitmap_init(struct bitmap* btmp); +bool bitmap_scan_test(struct bitmap* btmp, uint32_t bit_idx); +int bitmap_scan(struct bitmap* btmp, uint32_t cnt); +void bitmap_set(struct bitmap* btmp, uint32_t bit_idx, int8_t value); + +#endif \ No newline at end of file diff --git a/c10/keyboard/lib/kernel/io.h b/c10/keyboard/lib/kernel/io.h new file mode 100755 index 0000000..7a30b8f --- /dev/null +++ b/c10/keyboard/lib/kernel/io.h @@ -0,0 +1,49 @@ +/************** 机器模式 *************** + b -- 输出寄存器QImode名称,即寄存器中的最低8位:[a-d]l。 + w -- 输出寄存器HImode名称,即寄存器中2个字节的部分,如[a-d]x。 + + HImode + “Half-Integer”模式，表示一个两字节的整数。 + QImode + “Quarter-Integer”模式，表示一个一字节的整数。 +*******************************************/ +#ifndef _LIB_IO_H +# define _LIB_IO_H + +#include "stdint.h" + +/** + * 向指定的端口写入一个字节的数据. + * port 为 16 位即可容纳 65535 所有端口号 + * N 为立即数约束 + */ +static inline void outb(uint16_t port, uint8_t data) { + asm volatile("outb %b0, %w1" : : "a"(data), "Nd"(port)); +} +/* + * 将addr处起始的word_cnt个字写入端口port + * insw是将从端口port处读入的16位内容写入es:edi指向的内存, + * 我们在设置段描述符时, 已经将ds,es,ss段的选择子都设置为相同的值了, + * 此时不用担心数据错乱。 + */ +static inline void outsw(uint16_t port, const void* addr, uint32_t word_cnt) { + asm volatile("cld; rep outsw" : "+S"(addr), "+c"(word_cnt) : "d"(port)); +} + +/** + * 将从端口port读入的一个字节返回. + */ +static inline uint8_t inb(uint16_t port) { + uint8_t data; + asm volatile("inb %w1, %b0" : "=a"(data) : "Nd"(port)); + return data; +} + +/** + * 将从port读取的word_cnt字节写入addr. + */ +static inline void insw(uint16_t port, void* addr, uint32_t word_cnt) { + asm volatile("cld; rep insw" : "+D"(addr), "+c"(word_cnt) : "d"(port) : "memory"); +} + +#endif \ No newline at end of file diff --git a/c10/keyboard/lib/kernel/list.c b/c10/keyboard/lib/kernel/list.c new file mode 100755 index 0000000..0635cc3 --- /dev/null +++ b/c10/keyboard/lib/kernel/list.c @@ -0,0 +1,95 @@ +#include "list.h" +#include "interrupt.h" + +// 初始化双向链表 +void list_init (struct list* list) { + list->head.prev = NULL; + list->tail.next = NULL; + + list->head.next = &list->tail; + list->tail.prev = &list->head; +} + +// 将链表元素 before 插入在元素 elem 前 +void list_insert_before(struct list_elem* elem, struct list_elem* before) { + // 由于队列是公共资源，因此要保证为原子操作 + enum intr_status old_status = intr_disable();//关中断 + + // 更新节点 + elem->prev->next = before; + before->prev = elem->prev; + elem->prev = before; + before->next = elem; + + intr_set_status(old_status); +} + +void list_append(struct list* plist, struct list_elem* elem) { + list_insert_before(&plist->tail, elem);// 队列的FIFO +} + +void list_remove(struct list_elem* pelem) { + enum intr_status old_status = intr_disable(); + + pelem->prev->next = pelem->next; + pelem->next->prev = pelem->prev; + + intr_set_status(old_status);// 返回原状态 +} + +void list_push(struct list* plist, struct list_elem* elem) { + list_insert_before(plist->head.next, elem); +} + +// pop 操作，在唤醒时进行关中断 +struct list_elem* list_pop(struct list* plist) { + struct list_elem* elem = plist->head.next; + list_remove(elem); + return elem; +} + +// 查找元素 +bool elem_find(struct list* plist, struct list_elem* obj_elem) { + struct list_elem* elem = plist->head.next; + while(elem != &plist->tail) { + if(elem == obj_elem) { + return true; + } + elem = elem->next; + } + return false; +} + +// 遍历列表的所有元素，判断是否有 elem 满足条件 +// 判断方法采用 func 回调函数进行判断 +struct list_elem* list_traversal(struct list* plist, function func, int arg) { + struct list_elem* elem = plist->head.next; + // 如果队列为空 直接 return + if(list_empty(plist)) { + return NULL; + } + while(elem != &plist->tail) { + if(func(elem, arg)) { + return elem; + } + elem = elem->next; + } + return NULL; +} + +// 判断空 +bool list_empty(struct list* plist) { + return (plist->head.next == &plist->tail ? true : false); +} + +uint32_t list_len(struct list* plist) { + struct list_elem* elem = plist->head.next; + uint32_t len = 0; + while(elem != &plist->tail) { + elem = elem->next; + len++; + } + return len; +} + + diff --git a/c10/keyboard/lib/kernel/list.h b/c10/keyboard/lib/kernel/list.h new file mode 100755 index 0000000..3bd6ba0 --- /dev/null +++ b/c10/keyboard/lib/kernel/list.h @@ -0,0 +1,40 @@ +#ifndef __LIB_KERNEL_LIST_H +#define __LIB_KERNEL_LIST_H +#include "global.h" + + +// 令基址为 0 ，那么偏移量就等于 结构体中元素的偏移值 +#define offset(struct_type, member) (int)(&((struct_type*)0)->member) +// 通过结构体内部指针 转换为 代表该结构体 的方法： +// 将 elem_ptr(结构体内部元素指针) 的地址减去 elem_ptr 在结构体内部的偏移量 +// 从而获取所在结构体的地址，再将该地址转换为 struct 类型 +// struct_member_name 为内部变量名，主要用于 offset 函数 获取结构体内偏移值 +#define elem2entry(struct_type, struct_member_name, elem_ptr) \ + (struct_type*)((int)elem_ptr - offset(struct_type, struct_member_name)) +// 节点，不需要 data 域 +struct list_elem { + struct list_elem* prev;// 前驱 + struct list_elem* next;// 后继 +}; + +// 链表结构，用来实现队列 +struct list { + struct list_elem head;// 头指针 + struct list_elem tail;// 尾指针 +}; + +typedef bool (function)(struct list_elem*, int arg); + +void list_init (struct list*); +void list_insert_before(struct list_elem* elem, struct list_elem* before); +void list_push(struct list* plist, struct list_elem* elem); +void list_iterate(struct list* plist); +void list_append(struct list* plist, struct list_elem* elem); +void list_remove(struct list_elem* pelem); +struct list_elem* list_pop(struct list* plist); +bool list_empty(struct list* plist); +uint32_t list_len(struct list* plist); +struct list_elem* list_traversal(struct list* plist, function func, int arg); +bool elem_find(struct list* plist, struct list_elem* obj_elem); + +#endif \ No newline at end of file diff --git a/c10/keyboard/lib/kernel/print.S b/c10/keyboard/lib/kernel/print.S new file mode 100755 index 0000000..af4424f --- /dev/null +++ b/c10/keyboard/lib/kernel/print.S @@ -0,0 +1,239 @@ +TI_GDT equ 0 +RPL0 equ 0 +SELECTOR_VIDEO equ (0x0003<<3) + TI_GDT + RPL0 + +section .data +put_int_buffer dq 0 ; 定义8字节缓冲区用于数字到字符的转换 + +[bits 32] +section .text +;-------------------------------------------- +;put_str 通过put_char来打印以0字符结尾的字符串 +;-------------------------------------------- +;输入：栈中参数为打印的字符串 +;输出：无 + +global put_str +put_str: +;由于本函数中只用到了ebx和ecx,只备份这两个寄存器 + push ebx + push ecx + xor ecx, ecx ; 准备用ecx存储参数,清空 + mov ebx, [esp + 12] ; 从栈中得到待打印的字符串地址 +.goon: + mov cl, [ebx] + cmp cl, 0 ; 如果处理到了字符串尾,跳到结束处返回 + jz .str_over + push ecx ; 为put_char函数传递参数 + call put_char + add esp, 4 ; 回收参数所占的栈空间 + inc ebx ; 使ebx指向下一个字符 + jmp .goon +.str_over: + pop ecx + pop ebx + ret + +;------------------------ put_char ----------------------------- +;功能描述:把栈中的1个字符写入光标所在处 +;------------------------------------------------------------------- +global put_char +put_char: + pushad ;备份32位寄存器环境 + ;需要保证gs中为正确的视频段选择子,为保险起见,每次打印时都为gs赋值 + mov ax, SELECTOR_VIDEO ; 不能直接把立即数送入段寄存器 + mov gs, ax + +;;;;;;;;; 获取当前光标位置 ;;;;;;;;; + ;先获得高8位 + mov dx, 0x03d4 ;索引寄存器 + mov al, 0x0e ;用于提供光标位置的高8位 + out dx, al + mov dx, 0x03d5 ;通过读写数据端口0x3d5来获得或设置光标位置 + in al, dx ;得到了光标位置的高8位 + mov ah, al + + ;再获取低8位 + mov dx, 0x03d4 + mov al, 0x0f + out dx, al + mov dx, 0x03d5 + in al, dx + + ;将光标存入bx + mov bx, ax + ;下面这行是在栈中获取待打印的字符 + mov ecx, [esp + 36] ;pushad压入4×8＝32字节,加上主调函数的返回地址4字节,故esp+36字节 + cmp cl, 0xd ;CR是0x0d,LF是0x0a + jz .is_carriage_return + cmp cl, 0xa + jz .is_line_feed + + cmp cl, 0x8 ;BS(backspace)的asc码是8 + jz .is_backspace + jmp .put_other +;;;;;;;;;;;;;;;;;; + + .is_backspace: +;;;;;;;;;;;; backspace的一点说明 ;;;;;;;;;; +; 当为backspace时,本质上只要将光标移向前一个显存位置即可.后面再输入的字符自然会覆盖此处的字符 +; 但有可能在键入backspace后并不再键入新的字符,这时在光标已经向前移动到待删除的字符位置,但字符还在原处, +; 这就显得好怪异,所以此处添加了空格或空字符0 + dec bx + shl bx,1 + mov byte [gs:bx], 0x20 ;将待删除的字节补为0或空格皆可 + inc bx + mov byte [gs:bx], 0x07 + shr bx,1 + jmp .set_cursor +;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;; + + .put_other: + shl bx, 1 ; 光标位置是用2字节表示,将光标值乘2,表示对应显存中的偏移字节 + mov [gs:bx], cl ; ascii字符本身 + inc bx + mov byte [gs:bx],0x07 ; 字符属性 + shr bx, 1 ; 恢复老的光标值 + inc bx ; 下一个光标值 + cmp bx, 2000 + jl .set_cursor ; 若光标值小于2000,表示未写到显存的最后,则去设置新的光标值 + ; 若超出屏幕字符数大小(2000)则换行处理 + .is_line_feed: ; 是换行符LF(\n) + .is_carriage_return: ; 是回车符CR(\r) + ; 如果是CR(\r),只要把光标移到行首就行了。 + xor dx, dx ; dx是被除数的高16位,清0. + mov ax, bx ; ax是被除数的低16位. + mov si, 80 ; 由于是效仿linux，linux中\n便表示下一行的行首，所以本系统中， + div si ; 把\n和\r都处理为linux中\n的意思，也就是下一行的行首。 + sub bx, dx ; 光标值减去除80的余数便是取整 + ; 以上4行处理\r的代码 + + .is_carriage_return_end: ; 回车符CR处理结束 + add bx, 80 + cmp bx, 2000 + .is_line_feed_end: ; 若是LF(\n),将光标移+80便可。 + jl .set_cursor + +;屏幕行范围是0~24,滚屏的原理是将屏幕的1~24行搬运到0~23行,再将第24行用空格填充 + .roll_screen: ; 若超出屏幕大小，开始滚屏 + cld + mov ecx, 960 ; 一共有2000-80=1920个字符要搬运,共1920*2=3840字节.一次搬4字节,共3840/4=960次 + mov esi, 0xb80a0 ; 第1行行首 + mov edi, 0xb8000 ; 第0行行首 + rep movsd + +;;;;;;;将最后一行填充为空白 + mov ebx, 3840 ; 最后一行首字符的第一个字节偏移= 1920 * 2 + mov ecx, 80 ;一行是80字符(160字节),每次清空1字符(2字节),一行需要移动80次 + .cls: + mov word [gs:ebx], 0x0720 ;0x0720是黑底白字的空格键 + add ebx, 2 + loop .cls + mov bx,1920 ;将光标值重置为1920,最后一行的首字符. + + .set_cursor: + ;将光标设为bx值 +;;;;;;; 1 先设置高8位 ;;;;;;;; + mov dx, 0x03d4 ;索引寄存器 + mov al, 0x0e ;用于提供光标位置的高8位 + out dx, al + mov dx, 0x03d5 ;通过读写数据端口0x3d5来获得或设置光标位置 + mov al, bh + out dx, al + +;;;;;;; 2 再设置低8位 ;;;;;;;;; + mov dx, 0x03d4 + mov al, 0x0f + out dx, al + mov dx, 0x03d5 + mov al, bl + out dx, al + .put_char_done: + popad + ret + +;-------------------- 将小端字节序的数字变成对应的ascii后，倒置 ----------------------- +;输入：栈中参数为待打印的数字 +;输出：在屏幕上打印16进制数字,并不会打印前缀0x,如打印10进制15时，只会直接打印f，不会是0xf +;------------------------------------------------------------------------------------------ +global put_int +put_int: + pushad + mov ebp, esp + mov eax, [ebp+4*9] ; call的返回地址占4字节+pushad的8个4字节 + mov edx, eax + mov edi, 7 ; 指定在put_int_buffer中初始的偏移量 + mov ecx, 8 ; 32位数字中,16进制数字的位数是8个 + mov ebx, put_int_buffer + +;将32位数字按照16进制的形式从低位到高位逐个处理,共处理8个16进制数字 +.16based_4bits: ; 每4位二进制是16进制数字的1位,遍历每一位16进制数字 + and edx, 0x0000000F ; 解析16进制数字的每一位。and与操作后,edx只有低4位有效 + cmp edx, 9 ; 数字0～9和a~f需要分别处理成对应的字符 + jg .is_A2F + add edx, '0' ; ascii码是8位大小。add求和操作后,edx低8位有效。 + jmp .store +.is_A2F: + sub edx, 10 ; A~F 减去10 所得到的差,再加上字符A的ascii码,便是A~F对应的ascii码 + add edx, 'A' + +;将每一位数字转换成对应的字符后,按照类似“大端”的顺序存储到缓冲区put_int_buffer +;高位字符放在低地址,低位字符要放在高地址,这样和大端字节序类似,只不过咱们这里是字符序. +.store: +; 此时dl中应该是数字对应的字符的ascii码 + mov [ebx+edi], dl + dec edi + shr eax, 4 + mov edx, eax + loop .16based_4bits + +;现在put_int_buffer中已全是字符,打印之前, +;把高位连续的字符去掉,比如把字符000123变成123 +.ready_to_print: + inc edi ; 此时edi退减为-1(0xffffffff),加1使其为0 +.skip_prefix_0: + cmp edi,8 ; 若已经比较第9个字符了，表示待打印的字符串为全0 + je .full0 +;找出连续的0字符, edi做为非0的最高位字符的偏移 +.go_on_skip: + mov cl, [put_int_buffer+edi] + inc edi + cmp cl, '0' + je .skip_prefix_0 ; 继续判断下一位字符是否为字符0(不是数字0) + dec edi ;edi在上面的inc操作中指向了下一个字符,若当前字符不为'0',要恢复edi指向当前字符 + jmp .put_each_num + +.full0: + mov cl,'0' ; 输入的数字为全0时，则只打印0 +.put_each_num: + push ecx ; 此时cl中为可打印的字符 + call put_char + add esp, 4 + inc edi ; 使edi指向下一个字符 + mov cl, [put_int_buffer+edi] ; 获取下一个字符到cl寄存器 + cmp edi,8 + jl .put_each_num + popad + ret + +global set_cursor +set_cursor: + pushad + mov bx, [esp+36] +;;;;;;; 1 先设置高8位 ;;;;;;;; + mov dx, 0x03d4 ;索引寄存器 + mov al, 0x0e ;用于提供光标位置的高8位 + out dx, al + mov dx, 0x03d5 ;通过读写数据端口0x3d5来获得或设置光标位置 + mov al, bh + out dx, al + +;;;;;;; 2 再设置低8位 ;;;;;;;;; + mov dx, 0x03d4 + mov al, 0x0f + out dx, al + mov dx, 0x03d5 + mov al, bl + out dx, al + popad + ret \ No newline at end of file diff --git a/c10/keyboard/lib/kernel/print.h b/c10/keyboard/lib/kernel/print.h new file mode 100755 index 0000000..97b3896 --- /dev/null +++ b/c10/keyboard/lib/kernel/print.h @@ -0,0 +1,9 @@ +#ifndef __LIB_KERNEL_PRINT_H +#define __LIB_KERNEL_PRINT_H +#include "stdint.h" +void put_char(uint8_t char_asci); +void put_str(char* message); +void put_int(uint32_t num); // 以16进制打印 +void set_cursor(uint32_t cursor_pos); +#endif + diff --git a/c10/keyboard/lib/stdint.h b/c10/keyboard/lib/stdint.h new file mode 100755 index 0000000..af563e0 --- /dev/null +++ b/c10/keyboard/lib/stdint.h @@ -0,0 +1,11 @@ +#ifndef __LIB_STDINT_H +#define __LIB_STDINT_H +typedef signed char int8_t; +typedef signed short int int16_t; +typedef signed int int32_t; +typedef signed long long int int64_t; +typedef unsigned char uint8_t; +typedef unsigned short int uint16_t; +typedef unsigned int uint32_t; +typedef unsigned long long int uint64_t; +#endif diff --git a/c10/keyboard/lib/string.c b/c10/keyboard/lib/string.c new file mode 100755 index 0000000..ab47322 --- /dev/null +++ b/c10/keyboard/lib/string.c @@ -0,0 +1,121 @@ +#include "string.h" +#include "global.h" +#include "debug.h" + +/* 进行初始化 将dst_起始的size个字节置为value */ +// 通常用于内存分配时的数据清 0 +void memset(void* dst_, uint8_t value, uint32_t size) { + ASSERT(dst_ != NULL); + uint8_t* dst = (uint8_t*)dst_; + while (size-- > 0){ + *dst++ = value; + } +} + +/* 将src_起始的size个字节复制到dst_ */ +void memcpy(void* dst_, const void* src_, uint32_t size) { + ASSERT(dst_ != NULL && src_ != NULL); + uint8_t* dst = dst_; + const uint8_t* src = src_; + while(size-- > 0) { + *dst++ = *src++; + } +} + +/* 连续比较以地址a_和地址b_开头的size个字节, + 若相等则返回0,若a_大于b_返回+1,否则返回-1 */ +int memcmp(const void* a_, const void* b_, uint32_t size) { + const char* a = a_; + const char* b = b_; + ASSERT(a != NULL && b != NULL); + while(size-- > 0) { + if(*a != *b) { + return *a > *b ? 1 : -1; + } + a++; + b++; + } + // 至此说明相等 + return 0; +} + +/* 将字符串从src_复制到dst_ */ +char* strcpy(char* dst_, const char* src_) { + ASSERT(dst_ != NULL && src_ != NULL); + char* temp = dst_; // 暂存地址 + // 以 字符串结尾 '0' 作为终止条件 + while((*dst_++ = *src_++)); + return temp; +} + + +/* 返回字符串长度 */ +uint32_t strlen(const char* str) { + ASSERT(str != NULL); + const char* end = str;// 标记结尾处位置 + // 和strcpy 函数一样，遇到 '0'停止 + while(*end++); + return (end - str - 1); +} +/* 比较两个字符串,若a_中的字符大于b_中的字符返回1,相等时返回0,否则返回-1. */ +int8_t strcmp (const char* a, const char* b) { + ASSERT(a != NULL && b != NULL); + while(*a != 0 && *a == *b) { + a++; + b++; + } + // 如果 < 就返回 -1 + // 如果 >= 就前往 布尔式 + // 该布尔式表示，要是 > 就 返回 1, 否则只可能是 = ，布尔值刚好是 0 + return *a < *b ? -1 : *a > *b; +} + +/* 从左到右查找字符串str中首次出现字符ch的地址(不是下标,是地址) */ +char* strchr(const char* str, const uint8_t ch) { + ASSERT(str != NULL); + while(*str != 0) { + if(*str == ch) { + return (char*) str;// 强制转换 + } + str++; + } + return NULL; +} + +/* 从右往左查找字符串str中首次出现字符ch的地址(不是下标,是地址) */ +char* strrchr(const char* str, const uint8_t ch) { + ASSERT(str != NULL); + const char* last = NULL; + // 从左往右遍历，将 last 更新即可，这样便不用手动判断 '0' + while(*str != 0) { + if(*str == ch) { + last = str; + } + str++; + } + return (char*)last; +} + +/* 将字符串src_拼接到dst_后,将回拼接的串地址 */ +char* strcat(char* dst_, const char* src_) { + ASSERT(dst_ != NULL && src_ != NULL); + char* str = dst_; + while(*str++);// 循环到末尾 + --str;//得到拼接位置 + while((*str++ = *src_++)); + return dst_; +} + +/* 在字符串str中查找指定字符ch出现的次数 */ +uint32_t strchrs(const char* str, uint8_t ch) { + ASSERT(str != NULL); + uint32_t cnt = 0; + const char* temp = str; + while(*temp != 0) { + if(*temp == ch) { + cnt++; + } + temp++; + } + return cnt; +} \ No newline at end of file diff --git a/c10/keyboard/lib/string.h b/c10/keyboard/lib/string.h new file mode 100755 index 0000000..516630e --- /dev/null +++ b/c10/keyboard/lib/string.h @@ -0,0 +1,14 @@ +#ifndef __LIB_STRING_H +#define __LIB_STRING_H +#include "stdint.h" +void memset(void* dst_, uint8_t value, uint32_t size); +void memcpy(void* dst_, const void* src_, uint32_t size); +int memcmp(const void* a_, const void* b_, uint32_t size); +char* strcpy(char* dst_, const char* src_); +uint32_t strlen(const char* str); +int8_t strcmp (const char *a, const char *b); +char* strchr(const char* string, const uint8_t ch); +char* strrchr(const char* string, const uint8_t ch); +char* strcat(char* dst_, const char* src_); +uint32_t strchrs(const char* filename, uint8_t ch); +#endif diff --git a/c10/keyboard/makefile b/c10/keyboard/makefile new file mode 100644 index 0000000..27e0899 --- /dev/null +++ b/c10/keyboard/makefile @@ -0,0 +1,117 @@ +BUILD_DIR = ./build +# 存储编译的所有文件 +ENTRY_POINT = 0xc0001500 +# ld 链接 -Ttext参数 +# 编译器及编译参数 +AS = nasm +CC = gcc +LD = ld +LIB = -I lib/ -I lib/kernel/ -I lib/user/ -I kernel/ -I device/ -I thread/ +ASFLAGS = -f elf +ASIB = -I include/ +CFLAGS = -Wall -m32 -fno-stack-protector $(LIB) -c -fno-builtin \ + -W -Wstrict-prototypes -Wmissing-prototypes +LDFLAGS = -m elf_i386 -Ttext $(ENTRY_POINT) -e main -Map $(BUILD_DIR)/kernel.map +OBJS = $(BUILD_DIR)/main.o $(BUILD_DIR)/init.o $(BUILD_DIR)/interrupt.o \ + $(BUILD_DIR)/timer.o $(BUILD_DIR)/kernel.o $(BUILD_DIR)/print.o \ + $(BUILD_DIR)/debug.o $(BUILD_DIR)/memory.o $(BUILD_DIR)/bitmap.o \ + $(BUILD_DIR)/string.o $(BUILD_DIR)/thread.o $(BUILD_DIR)/switch.o \ + $(BUILD_DIR)/list.o $(BUILD_DIR)/console.o $(BUILD_DIR)/sync.o + + + +############## c代码编译 ############### +$(BUILD_DIR)/main.o: kernel/main.c lib/kernel/print.h \ + lib/stdint.h kernel/init.h + $(CC) $(CFLAGS) $< -o $@ + +$(BUILD_DIR)/init.o: kernel/init.c kernel/init.h lib/kernel/print.h \ + lib/stdint.h kernel/interrupt.h device/timer.h + $(CC) $(CFLAGS) $< -o $@ + +$(BUILD_DIR)/interrupt.o: kernel/interrupt.c kernel/interrupt.h \ + lib/stdint.h kernel/global.h lib/kernel/io.h lib/kernel/print.h + $(CC) $(CFLAGS) $< -o $@ + +$(BUILD_DIR)/timer.o: device/timer.c device/timer.h lib/stdint.h\ + lib/kernel/io.h lib/kernel/print.h + $(CC) $(CFLAGS) $< -o $@ + +$(BUILD_DIR)/debug.o: kernel/debug.c kernel/debug.h \ + lib/kernel/print.h lib/stdint.h kernel/interrupt.h + $(CC) $(CFLAGS) $< -o $@ + +$(BUILD_DIR)/string.o: lib/string.c lib/string.h lib/stdint.h kernel/global.h \ + lib/stdint.h kernel/debug.h + $(CC) $(CFLAGS) $< -o $@ + +$(BUILD_DIR)/bitmap.o: lib/kernel/bitmap.c lib/kernel/bitmap.h \ + kernel/global.h lib/stdint.h lib/string.h lib/stdint.h \ + lib/kernel/print.h kernel/interrupt.h kernel/debug.h + $(CC) $(CFLAGS) $< -o $@ + +$(BUILD_DIR)/list.o: lib/kernel/list.c lib/kernel/list.h kernel/global.h lib/stdint.h \ + kernel/interrupt.h + $(CC) $(CFLAGS) $< -o $@ + +$(BUILD_DIR)/memory.o: kernel/memory.c kernel/memory.h lib/stdint.h lib/kernel/bitmap.h \ + kernel/global.h kernel/global.h kernel/debug.h lib/kernel/print.h \ + lib/kernel/io.h kernel/interrupt.h lib/string.h lib/stdint.h + $(CC) $(CFLAGS) $< -o $@ + +$(BUILD_DIR)/thread.o: thread/thread.c thread/thread.h lib/stdint.h \ + kernel/global.h lib/kernel/bitmap.h kernel/memory.h lib/string.h \ + lib/stdint.h lib/kernel/print.h kernel/interrupt.h kernel/debug.h + $(CC) $(CFLAGS) $< -o $@ + +$(BUILD_DIR)/console.o: device/console.c device/console.h lib/stdint.h \ + lib/kernel/print.h thread/sync.h lib/kernel/list.h kernel/global.h \ + thread/thread.h thread/thread.h + $(CC) $(CFLAGS) $< -o $@ + +$(BUILD_DIR)/sync.o: thread/sync.c thread/sync.h lib/kernel/list.h kernel/global.h \ + lib/stdint.h thread/thread.h lib/string.h lib/stdint.h kernel/debug.h \ + kernel/interrupt.h + $(CC) $(CFLAGS) $< -o $@ + +# 编译loader和mbr +$(BUILD_DIR)/mbr.bin: boot/mbr.S + $(AS) $(ASIB) $< -o $@ + +$(BUILD_DIR)/loader.bin: boot/loader.S + $(AS) $(ASIB) $< -o $@ + +############## 汇编代码编译 ############### +$(BUILD_DIR)/kernel.o: kernel/kernel.S + $(AS) $(ASFLAGS) $< -o $@ +$(BUILD_DIR)/print.o: lib/kernel/print.S + $(AS) $(ASFLAGS) $< -o $@ +$(BUILD_DIR)/switch.o: thread/switch.S + $(AS) $(ASFLAGS) $< -o $@ + +############## 链接所有目标文件 ############# +$(BUILD_DIR)/kernel.bin: $(OBJS) + $(LD) $(LDFLAGS) $^ -o $@ + +.PHONY : mk_dir hd clean tran all + +mk_dir: + if [ ! -d $(BUILD_DIR) ]; then mkdir $(BUILD_DIR); fi + +hd: + # echo ".....Writing mbr, loader and kernel to disk....." + dd if=$(BUILD_DIR)/mbr.bin of=/home/husharp/bochs_hu/bochs/hd60M.img bs=512 count=1 conv=notrunc + dd if=$(BUILD_DIR)/loader.bin of=/home/husharp/bochs_hu/bochs/hd60M.img bs=512 count=4 seek=2 conv=notrunc + dd if=$(BUILD_DIR)/kernel.bin of=/home/husharp/bochs_hu/bochs/hd60M.img bs=512 count=200 seek=9 conv=notrunc + + +clean: + cd $(BUILD_DIR) && rm -f ./* + +build: $(BUILD_DIR)/mbr.bin $(BUILD_DIR)/loader.bin $(BUILD_DIR)/kernel.bin + # echo ".....build kernel now....." + +all: mk_dir build hd tran + +tran: + cd /home/husharp/bochs_hu/bochs/ && bin/bochs -f bochsrc.disk diff --git a/c10/keyboard/thread/switch.S b/c10/keyboard/thread/switch.S new file mode 100755 index 0000000..27705cd --- /dev/null +++ b/c10/keyboard/thread/switch.S @@ -0,0 +1,37 @@ +[bits 32] +section .text +global switch_to +; switch_to 函数接收两个参数 +; 一个是当前线程 cur， 一个是下一个处理器线程 +; 因此该函数的作用是 保存当前线程，将下一个线程放到处理器中 +; +; struct thread_stack { +; uint32_t ebp; +; uint32_t ebx; +; uint32_t edi; +; uint32_t esi; +; +; 易知反向压栈 +switch_to: + ; 第一部分：保存中断前的上下文环境 + ; 压入到内核栈，因此之后将内核栈储存 + push esi + push edi + push ebx + push ebp + +; struct task_struct { +; uint32_t* self_kstack; // 各内核线程都用自己的内核栈 + + mov eax, [esp + 20] ; 得到栈中参数 4*4 + 4 即 4 个压栈 和 1 个返回地址 + mov [eax], esp ; eax 指的是 PCB 的首地址，而第一个参数是 每个线程的内核栈 + + ; 往处理器上装载调度的新线程上下文 + mov eax, [esp + 24] ; 同理 + mov esp, [eax] + + pop ebp ; 此时恢复的是：新线程内核栈内部的上下文 + pop ebx + pop edi + pop esi + ret \ No newline at end of file diff --git a/c10/keyboard/thread/sync.c b/c10/keyboard/thread/sync.c new file mode 100644 index 0000000..87866e4 --- /dev/null +++ b/c10/keyboard/thread/sync.c @@ -0,0 +1,99 @@ +#include "sync.h" +#include "kernel/list.h" +#include "global.h" +#include "debug.h" +#include "interrupt.h" + +// 初始化信号量 +void sema_init(struct semaphore* psema, uint8_t value) { + psema->value = value; + list_init(&psema->waiters); +} + +// 初始化锁 +void lock_init(struct lock* plock) { + plock->holder = NULL; + plock->holder_repeat_nr = 0;//将重复量置为0 + // 本系统采用二元信号量 + sema_init(&plock->semaphore, 1);// 信号量初始化为 1 +} + +// 信号量的 down 操作 +void sema_down(struct semaphore* psema) { + enum intr_status old_status = intr_disable();// 先关中断 保证原子性 + // 用 while 保证一直对信号量进行判断 + while(psema->value == 0) {//循环判断value 要是一直为 0 便一直堵塞 + // 开始阻塞之前，不应该在该锁的等待队列中 + ASSERT(!elem_find(&psema->waiters, &running_thread()->general_tag)); + + if (elem_find(&psema->waiters, &running_thread()->general_tag)) { + PANIC("sema_down: thread bloked has been in block_waiter_list\n"); + } + // 将当前线程加入到该锁的等待队列中 + list_append(&psema->waiters, &running_thread()->general_tag); + // 调用阻塞函数，去调度其他线程 + // 当调度线程为该锁的持有者时，运行完之后，就会将该 堵塞进程唤醒 + thread_block(TASK_BLOCKED);//堵塞态，一直等待到唤醒 + // 醒来后，由于是 while 因此会继续进行判断，发现此时为 1 就跳出循环 进行-1 + } + // 若 value 为1 ，或者是被唤醒后，即此时获取了锁 + psema->value--; + ASSERT(psema->value == 0); + // 恢复之前的中断状态 + intr_set_status(old_status); +} + +// 信号量中的 up 操作 +void sema_up(struct semaphore* psema) { + // 关中断 + enum intr_status old_status = intr_disable(); + ASSERT(psema->value == 0);// 此时应该为 0 ，进行唤醒 + if(!list_empty(&psema->waiters)) {//若锁的等待数组不为 0 ，需要唤醒（由于是二元信号量，唤醒一个即可 + struct task_struct* blocked_thread = elem2entry(struct task_struct, general_tag, list_pop(&psema->waiters)); + // 调用唤醒函数 + thread_unblock(blocked_thread); + }// 所谓唤醒，并非是直接开始执行，而是改变 thread 的 stat 使其加入到就绪队列中。 + // 并且为 push 加入，优先进行调度 + // 至此 锁的等待队列中没有在等待线程了 + psema->value++;// 归还锁 + ASSERT(psema->value == 1); + // 进行开中断 + intr_set_status(old_status); +} + +// 锁的获取函数 +// 主要值得注意的是，不能重复申请锁（以免变为死锁——即自己等待自己释放锁） +// 主要判断点在于 锁 中的 holder_repeat_nr 变量 +void lock_acquire(struct lock* plock) { + if (plock->holder != running_thread()) {//持有者不为当前者 + sema_down(&plock->semaphore);//对信号量执行 P 操作，可能会阻塞 + plock->holder = running_thread();// 此时获取到锁 + // 之前还未获取到锁 + ASSERT(plock->holder_repeat_nr == 0); + // 此时表示第一次获取到锁 + plock->holder_repeat_nr = 1; + } else {//持有者是当前者，未避免死锁，拒绝再获取锁，将申请次数++，直接返回即可 + plock->holder_repeat_nr++; + } +} + +// 释放锁函数 释放参数中的锁 +void lock_release(struct lock* plock) { + // 当前线程应该为锁的持有者 + ASSERT(plock->holder == running_thread()); + if (plock->holder_repeat_nr > 1) {//说明多次申请该锁，还不能进行释放 + plock->holder_repeat_nr--;// 因为要嵌套返回，且之前获取锁并未操作 + return; + } + ASSERT(plock->holder_repeat_nr == 1); + + // 改 plock 需要在 V 操作前面执行 + // 因为 释放锁的操作并未关中断 + // 若将 V 放在 holder 置为 NULL 之前，那么可能出现如下情况： + // 当前线程刚刚执行完 V ，还未置为 NULL 便被调度为新线程 + // 新线程将 holder 置为 新线程的 PCB + // 此时又被调度为 置为 NULL ，易知不得行 + plock->holder = NULL; + plock->holder_repeat_nr = 0; + sema_up(&plock->semaphore);// 信号量的 V 操作 +} \ No newline at end of file diff --git a/c10/keyboard/thread/sync.h b/c10/keyboard/thread/sync.h new file mode 100644 index 0000000..738e00f --- /dev/null +++ b/c10/keyboard/thread/sync.h @@ -0,0 +1,30 @@ +#ifndef __THREAD_SYNC_H +#define __THREAD_SYNC_H +#include "kernel/list.h" +#include "stdint.h" +#include "thread.h" + +// 信号量 +struct semaphore { + uint8_t value;// 信号量的值，会有初始值 + struct list waiters;// 记录此信号量上阻塞的所有线程 +}; + +// 锁结构 +struct lock { + struct task_struct* holder; //锁的持有者 + struct semaphore semaphore; // 用二元信号量来实现锁 + // 由于有时候可能在还未释放锁之前，会再次调用申请锁的函数 + // 因此需要记录是否之前申请过锁 + uint32_t holder_repeat_nr; // 锁的持有者重复申请锁的次数 +}; + +/******* 函数实现 ***************/ +void sema_init(struct semaphore* psema, uint8_t value); +void sema_down(struct semaphore* psema); +void sema_up(struct semaphore* psema); +void lock_init(struct lock* plock); +void lock_acquire(struct lock* plock); +void lock_release(struct lock* plock); + +#endif \ No newline at end of file diff --git a/c10/keyboard/thread/thread.c b/c10/keyboard/thread/thread.c new file mode 100755 index 0000000..fb0fd22 --- /dev/null +++ b/c10/keyboard/thread/thread.c @@ -0,0 +1,202 @@ +#include "thread.h" +#include "stdint.h" +#include "string.h" +#include "global.h" +#include "debug.h" +#include "interrupt.h" +#include "print.h" +#include "memory.h" + +#define PG_SIZE 4096 + +// 定义主线程的 PCB，因为进入内核后，实则上一直执行的是 main 函数 +struct task_struct* main_thread; // 主线程 PCB +struct list thread_ready_list; // 就绪队列 +// 当线程不为就绪态时，会从所有线程队列中找到它 +struct list thread_all_list; // 所有线程队列 +// 队列是以 elem 的形式储存在 list 队列中，因此需要一个 elem 变量来将其取出转换 +static struct list_elem* thread_tag; // 用于保存队列中的线程节点 + +// switch_to函数的外部声明 global +extern void switch_to(struct task_struct* cur, struct task_struct* next); + + +// 取当前线程的 PCB 指针 +struct task_struct* running_thread(void) { + uint32_t esp; + asm("mov %%esp, %0" : "=g"(esp)); + // 取 esp 的前20位，PCB 的栈顶就为 0级栈 + return (struct task_struct*)(esp & 0xfffff000); +} + +// 不能按照以往的函数调用， 比如 kernel_thread(function， func_arg) +// 因为 我们此处采用的是 ret 返回，而不是 call ， +// 因此需要采用存储到 kernel_thread 的栈中，存储参数和占位返回地址的方式 + +/* 由kernel_thread去执行function(func_arg) */ +static void kernel_thread(thread_func* function, void* func_arg) { + // 由于线程的运行是由调度器中断调度，进入中断后，处理器会自动关中断。 + // 执行 function 前开中断，避免之后的时钟中断被屏蔽，从而无法调度其他线程 + intr_enable(); + function(func_arg); // 调用 function +} + +// 初始化线程栈thread_stack,将待执行的函数和参数放到thread_stack中相应的位置 +void thread_create(struct task_struct* pthread, thread_func function, void* func_arg) { + // 由于 init_thread 中，已经指向最顶端了 + // 先预留中断使用栈的空间，可见 thread.h 中定义的结构 + // 中断栈用于保存中断时的上下文，实现用户进程时，初始值也会放在中断栈 + pthread->self_kstack -= sizeof(struct intr_stack); + + // 再留出线程栈空间 + pthread->self_kstack -= sizeof(struct thread_stack); + + // 定义线程栈指针 + struct thread_stack* kthread_stack = (struct thread_stack*) pthread->self_kstack; + + // 为 kernel_thread 中 能调用 function 做准备 + // kernel_thread 是第一个函数， eip直接指向它，然后再调用其他的 function + kthread_stack->eip = kernel_thread; + kthread_stack->function = function; + kthread_stack->func_arg = func_arg; + // 初始化为 0 ，在还未执行函数前，寄存器不应该有值 + kthread_stack->ebp = kthread_stack->ebx = \ + kthread_stack->edi = kthread_stack->esi = 0; +} + + +// 初始化线程基本信息 +void init_thread(struct task_struct* pthread, char* name, int prio) { + // + memset(pthread, 0, sizeof(*pthread)); + strcpy(pthread->name, name); + // 将主函数也封装为一个线程，且由于其一直运行，因此状态赋为 Running + if(pthread == main_thread) { + pthread->status = TASK_RUNNING; + } else { + pthread->status = TASK_READY; + } + + + // 此处是为演习，因此直接将 状态置为 running + pthread->priority = prio; + pthread->ticks = prio; + pthread->elapsed_ticks = 0; //表示还未执行过 + pthread->pgdir = NULL; //线程没有自己的地址空间 + pthread->stack_magic = 0x20000611; //自定义一个魔数 + // self_kstack 是线程自己在内核态下使用的栈顶地址，指向最顶端 + pthread->self_kstack = (uint32_t*)((uint32_t)pthread + PG_SIZE); +} + +// 线程创建函数 +//创建一优先级为prio的线程,线程名为name,线程所执行的函数是function(func_arg) +struct task_struct* thread_start(char* name, int prio, thread_func function, void* func_arg) { + // pcb 位于内核空间，包括用户进程的 pcb 也是在内核空间中 + + // 先通过 内核物理页申请函数 申请一页 + struct task_struct* thread = get_kernel_pages(1); + // 由于 get_kernel_page 获取的是起始位置，因此获取的是 pcb 最低地址 + // 初始化新建线程 + init_thread(thread, name, prio); + // 创建线程 + thread_create(thread, function, func_arg); + // 至此 线程得到初始化和创建后，需要加入到就绪队列和全局队列中 + + // 首先需要判断不在就绪队列中 + ASSERT(!elem_find(&thread_ready_list, &thread->general_tag)); + // 加入就绪队列 + list_append(&thread_ready_list, &thread->general_tag); + // 首先需要判断不在全局队列中 + ASSERT(!elem_find(&thread_all_list, &thread->all_list_tag)); + // 加入就绪队列 + list_append(&thread_all_list, &thread->all_list_tag); + + + // 简陋版本（以后改为 switch_to + // 作用为：开启线程 + // 由于 thread_create 中将 self_kstack 指向线程栈的最低处，现在将 self_kstack 作为栈顶 + // ret 操作时，由于 thread_create 函数中，将 eip 指向了 kernel_thread，因此 ret时，会跳转到该函数 + return thread; +} + + +// 将kernel中的main函数完善为主线程 +static void make_main_thread(void) { + // 因为main线程早已运行,咱们在loader.S中进入内核时的mov esp,0xc009f000, + // 就是为其预留了tcb,地址为0xc009e000,因此不需要通过get_kernel_page另分配一页 + // 直接 init_thread 即可 + main_thread = running_thread();// 获取当前的PCB指针 + init_thread(main_thread, "main", 31); + + // main函数是当前线程,当前线程不在thread_ready_list中 + // 只用加到 全局线程队列中 + ASSERT(!elem_find(&thread_all_list, &main_thread->all_list_tag)); + list_append(&thread_all_list, &main_thread->all_list_tag); +} + + +// 实现任务调度 读写就绪队列 +void schedule(void) { + ASSERT(intr_get_status() == INTR_OFF); + + struct task_struct* cur = running_thread();// 取出当前线程的PCB + if(cur->status == TASK_RUNNING) {// 只是时间片为 0 ，而非阻塞 + ASSERT(!elem_find(&thread_ready_list, &cur->general_tag)); + list_append(&thread_ready_list, &cur->general_tag); + // 现将当前线程的 ticks 再次赋为 prio + cur->ticks = cur->priority; + cur->status = TASK_READY; + } + //由于还未实现 idle 线程，因此可能出现 ready_list 中无线程可调度的情况 + // 因此先进行断言 ready 队列中是否存在元素 + ASSERT(!list_empty(&thread_ready_list)); + thread_tag = NULL; // 首先将全局变量清空 + // 将就绪进程中的第一个线程（头结点）弹出 + thread_tag = list_pop(&thread_ready_list); + // 现在获得了 PCB 的 elem 节点，需要将其转换为 PCB + struct task_struct* next = elem2entry(struct task_struct, general_tag, thread_tag); + next->status = TASK_RUNNING;// 调度 + switch_to(cur, next); +} + +// 当前线程将自己阻塞,标志其状态为stat +void thread_block(enum task_status stat) { + // stat取值为TASK_BLOCKED,TASK_WAITING,TASK_HANGING 指不可运行 + ASSERT(((stat == TASK_BLOCKED) || (stat == TASK_WAITING) || (stat == TASK_HANGING))); + + enum intr_status old_status = intr_disable();// 保存中断前状态 + // 当前运行的必然为 RUNNing态 + struct task_struct* cur_thread = running_thread();// 获取当前线程的PCB + cur_thread->status = stat; + schedule();//进行调度 + // 待当前线程被解除阻塞后才继续运行下面的函数 + intr_set_status(old_status); +} + +// 将线程 pthread 解除阻塞 唤醒 +// 被阻塞的线程必须来等别人唤醒自己 +void thread_unblock(struct task_struct* pthread) { + enum intr_status old_status = intr_disable(); + ASSERT(((pthread->status == TASK_BLOCKED) || (pthread->status == TASK_WAITING) || (pthread->status == TASK_HANGING))); + if(pthread->status != TASK_READY) { + // 在就绪队列中没有该阻塞线程 + ASSERT(!elem_find(&thread_ready_list, &pthread->general_tag)); + if (elem_find(&thread_ready_list, &pthread->general_tag)) { + PANIC("thread_unblock: blocked thread in ready_list\n"); + } + list_push(&thread_ready_list, &pthread->general_tag);//push 让其优先被调度 + pthread->status = TASK_READY; + } + intr_set_status(old_status); +} + + +// 初始化线程环境 +void thread_environment_init(void) { + put_str("thread_init start!\n"); + list_init(&thread_ready_list); + list_init(&thread_all_list); + // 将 main 函数创建为 线程 + make_main_thread(); + put_str("thread_init done!\n"); +} \ No newline at end of file diff --git a/c10/keyboard/thread/thread.h b/c10/keyboard/thread/thread.h new file mode 100755 index 0000000..add584d --- /dev/null +++ b/c10/keyboard/thread/thread.h @@ -0,0 +1,108 @@ +#ifndef __THREAD_THREAD_H +#define __THREAD_THREAD_H +#include "stdint.h" +#include "list.h" + +// 自定义通用函数类型,它将在很多线程函数中做为形参类型 +typedef void thread_func(void*); + +// 进程或线程的状态 +enum task_status { + TASK_RUNNING, + TASK_READY, + TASK_BLOCKED, + TASK_WAITING, + TASK_HANGING, + TASK_DIED +}; + +/*********** 中断栈intr_stack *********** + * 此结构用于中断发生时保护程序(线程或进程)的上下文环境: + * 进程或线程被外部中断或软中断打断时,会按照此结构压入上下文 + * 寄存器, intr_exit中的出栈操作是此结构的逆操作 + * 此栈在线程自己的内核栈中位置固定,所在页的最顶端 +********************************************/ +struct intr_stack { + uint32_t vec_no; // kernel.S 宏VECTOR中push %1压入的中断号 + uint32_t edi; + uint32_t esi; + uint32_t ebp; + // 虽然pushad把esp也压入,但esp是不断变化的,所以会被popad忽略 + uint32_t esp_dummy; + uint32_t ebx; + uint32_t edx; + uint32_t ecx; + uint32_t eax; + uint32_t gs; + uint32_t fs; + uint32_t es; + uint32_t ds; + +/* 以下由cpu从低特权级进入高特权级时压入 */ + uint32_t err_code; // err_code会被压入在eip之后 + void (*eip) (void); + uint32_t cs; + uint32_t eflags; + void* esp; + uint32_t ss; +}; + +/*********** 线程栈thread_stack *********** + * 线程自己的栈,用于存储线程中待执行的函数 + * 此结构在线程自己的内核栈中位置不固定, + * 用在switch_to时保存线程环境。 + * 实际位置取决于实际运行情况。 + ******************************************/ +struct thread_stack { + uint32_t ebp; + uint32_t ebx; + uint32_t edi; + uint32_t esi; + + /* 线程第一次执行时,eip指向待调用的函数kernel_thread + 其它时候,eip是指向switch_to的返回地址*/ + void (*eip) (thread_func* func, void* func_arg); + + /***** 以下仅供第一次被调度上cpu时使用 ****/ + // 占位函数，迷惑 ret ,假装为返回地址，实则为获取参数提供栈顶位置 + // 用于找到函数参数位置 + void (*unused_retaddr); + thread_func* function; // 由 Kernel_thread 所调用的函数名 + void* func_arg; // 由 Kernel_thread 所调用函数所需要的的参数 +}; + +// 进程或线程的 pcb， 程序控制块 +// ticks 表示的是中断次数 +struct task_struct { + uint32_t* self_kstack; // 各内核线程都用自己的内核栈 + char name[16]; // 记录任务的名字 + enum task_status status; // 线程状态 + uint8_t priority; // 线程优先级 + uint8_t ticks; // 每次在处理器上执行的时间滴答数 + // 已经执行的滴答数 + uint32_t elapsed_ticks;// elapsed : 流逝 + // 加入到就绪队列中 + struct list_elem general_tag; + // 值得注意的是 由于需要管控所有的线程资源， + // 但是一个 list_elem 只有两个指针，因此只能位于一个队列中 + // 所以创建新的队列 all_list 记录全部线程 + struct list_elem all_list_tag; + + uint32_t* pgdir; // 进程拥有独立地址空间（页表），线程为NULL + + // 通过判断栈的边界溢出魔数值是否发生变化 + uint32_t stack_magic; // 栈的边界标记，用于检测栈的溢出 + + +}; + +void thread_create(struct task_struct* pthread, thread_func function, void* func_arg); +void init_thread(struct task_struct* pthread, char* name, int prio); +struct task_struct* thread_start(char* name, int prio, thread_func function, void* func_arg); +struct task_struct* running_thread(void); +void schedule(void); +void thread_environment_init(void); +void thread_block(enum task_status stat); +void thread_unblock(struct task_struct* pthread); + +#endif \ No newline at end of file diff --git a/c10/keyboard/tmp b/c10/keyboard/tmp new file mode 100755 index 0000000..b76e9fe --- /dev/null +++ b/c10/keyboard/tmp @@ -0,0 +1,206 @@ +#include "interrupt.h" +#include "stdint.h" +#include "global.h" +#include "io.h" +#include "print.h" + +#define IDT_DESC_CNT 0x21 // 现在支持的中断数 33 + +// 这里用的可编程中断控制器是8259A +#define PIC_M_CTRL 0x20 // 主片的控制端口是0x20 +#define PIC_M_DATA 0x21 // 主片的数据端口是0x21 +#define PIC_S_CTRL 0xa0 // 从片的控制端口是0xa0 +#define PIC_S_DATA 0xa1 // 从片的数据端口是0xa1 + +#define EFLAGS_IF 0x00000200 // eflags 寄存器的 if 位为 1 +#define GET_EFLAGS(EFLAG_VAR) asm volatile("pushfl; popl %0" : "=g" (EFLAG_VAR)) + +// 中断门描述符结构体 +struct gate_desc{ + uint16_t func_offset_low_word; + uint16_t selector; + uint8_t dcount; // 表示双字计数段门描述符的第 4 字节，为固定值 + + uint8_t attribute; + uint16_t func_offset_high_word; +}; + +// 创建中断门描述符函数，参数：指针、属性、描述符对应的中断函数 +static void make_idt_desc(struct gate_desc* p_gdesc, uint8_t attr, intr_handler function); +static struct gate_desc idt[IDT_DESC_CNT]; // 中断描述符数组 + +/** + * 中断的名称. + */ +char* intr_name[IDT_DESC_CNT]; // 用于保存异常名字的数组 +// 中断处理程序数组.在kernel.S中定义的intrXXentry只是中断处理程序的入口, +// 最终调用的是ide_table中的处理程序 +intr_handler idt_table[IDT_DESC_CNT]; +// 声明引用定义在kernel.S中的中断处理函数入口数组 +extern intr_handler intr_entry_table[IDT_DESC_CNT]; + +/* 初始化可编程中断控制器8259A */ +static void pic_init(void) { + // 初始化主片 + outb(PIC_M_CTRL, 0x11); // ICW1：边沿触发， 级联8259， 需要 ICW4 + outb(PIC_M_DATA, 0x20); // ICW2: 起始中断向量号为 0x20, 也就是IR[0-7] 为 0x20 ~ 0x27. + outb(PIC_M_DATA, 0x04); // ICW3: IR2 接从片 + outb(PIC_M_DATA, 0x01); // ICW4: 8086模式， 正常EOI + + /* 初始化从片 */ + outb(PIC_S_CTRL, 0x11); // ICW1: 边沿触发,级联8259, 需要ICW4. + outb(PIC_S_DATA, 0x28); // ICW2: 起始中断向量号为0x28,也就是IR[8-15] 为 0x28 ~ 0x2F. + outb(PIC_S_DATA, 0x02); // ICW3: 设置从片连接到主片的IR2引脚 + outb(PIC_S_DATA, 0x01); // ICW4: 8086 模式，正常 EOI + + // 打开主片上 IR0 ，也就是目前只接受时钟中断 + outb(PIC_M_DATA, 0xfe); + outb(PIC_S_DATA, 0xff); + + put_str(" pic_init done!\n"); +} + +/** + * 创建中断门描述符. + */ +static void make_idt_desc(struct gate_desc* p_gdesc, uint8_t attr, intr_handler function) { + p_gdesc->func_offset_low_word = (uint32_t) function & 0x0000FFFF; + p_gdesc->selector = SELECTOR_K_CODE; + p_gdesc->dcount = 0; + p_gdesc->attribute = attr; + p_gdesc->func_offset_high_word = ((uint32_t) function & 0xFFFF0000) >> 16; +} + +/** + * 初始化中断描述符表. + */ +static void idt_desc_init(void) { + int i; + for (i = 0; i < IDT_DESC_CNT; i++){ + make_idt_desc(&idt[i], IDT_DESC_ATTR_DPL0, intr_entry_table[i]); + } + put_str(" idt_desc_init done!\n"); +} + +/* 通用的中断处理函数,一般用在异常出现时的处理 */ +static void general_intr_handler(uint8_t vec_nr) { + // 处理伪中断，，无法通过 IMR 寄存器屏蔽，因此单独处理 + if(vec_nr == 0x27 || vec_nr == 0x2f) { + return; + } + // 将光标置为 0 ，从屏幕左上角清出一片打印异常信息的区域 + set_cursor(0);// 有时候甚至可能中断错误是由光标错误引起 + // 因此先将左上角空出四行来 + int cursor_pos = 0; + while(cursor_pos < 320) { + put_char(' '); + cursor_pos++; + } + // 至此 已经将左上角空出四行，因此将光标再移到 0 位置，进行输出 + set_cursor(0); + put_str("!!!!!! exception message begin !!!!!!"); + set_cursor(88);// 第二行第 8 列 + put_str(intr_name[vec_nr]); + if(vec_nr == 14) { // 若为 pagefault，将缺失的地址打印出来 + int page_fault_vaddr = 0; + // 发生 pagefult + asm("movl %%cr2, %0" : "=r" (page_fault_vaddr));// cr2 是存放造成 page_fault 的地址 + put_str("\npage fault addr is "); + put_int(page_fault_vaddr); + } + put_str("!!!!!! exception message end !!!!!!"); + // 能进入中断处理程序就表示已经处在关中断情况下 + // 不会出现 +} + +/* 完成一般中断处理函数注册及异常名称注册 */ +static void +exception_init(void) { // 完成一般中断处理函数注册及异常名称注册 + int i; + for (i = 0; i < IDT_DESC_CNT; i++){ + // 默认为general_intr_handler。 + // 以后会由register_handler来注册具体处理函数。 + idt_table[i] = general_intr_handler; + intr_name[i] = "unknown"; // 先统一赋值为unknown + } + intr_name[0] = "#DE Divide Error"; + intr_name[1] = "#DB Debug Exception"; + intr_name[2] = "NMI Interrupt"; + intr_name[3] = "#BP Breakpoint Exception"; + intr_name[4] = "#OF Overflow Exception"; + intr_name[5] = "#BR BOUND Range Exceeded Exception"; + intr_name[6] = "#UD Invalid Opcode Exception"; + intr_name[7] = "#NM Device Not Available Exception"; + intr_name[8] = "#DF Double Fault Exception"; + intr_name[9] = "Coprocessor Segment Overrun"; + intr_name[10] = "#TS Invalid TSS Exception"; + intr_name[11] = "#NP Segment Not Present"; + intr_name[12] = "#SS Stack Fault Exception"; + intr_name[13] = "#GP General Protection Exception"; + intr_name[14] = "#PF Page-Fault Exception"; + // intr_name[15] 第15项是intel保留项，未使用 + intr_name[16] = "#MF x87 FPU Floating-Point Error"; + intr_name[17] = "#AC Alignment Check Exception"; + intr_name[18] = "#MC Machine-Check Exception"; + intr_name[19] = "#XF SIMD Floating-Point Exception"; +} + +/* 开中断并返回开中断前的状态*/ +enum intr_status intr_enable() { + enum intr_status old_status; + if(INTR_ON == intr_get_status()) { + old_status = INTR_ON; + return old_status; + } else { + old_status = INTR_OFF; + asm volatile("sti"); // 开中断， sti 指令将 IF 位 置 1 + return old_status; + } +} + +/* 关中断,并且返回关中断前的状态 */ +enum intr_status intr_disable() { + enum intr_status old_status; + if(INTR_ON == intr_get_status()) { + old_status = INTR_ON; + asm volatile("cli" : : : "memory"); // 关中断，cli 指令将 IF 位 置 0 + return old_status; + } else { + old_status = INTR_OFF; + return old_status; + } +} + + +/* 将中断状态设置为status */ +enum intr_status intr_set_status(enum intr_status status) { + return status & INTR_ON ? intr_enable() : intr_disable(); +} + +/* 获取当前中断状态 */ +enum intr_status intr_get_status() { + uint32_t eflags = 0; + GET_EFLAGS(eflags); + // 判断 IF 位的值是否为 1 + return (EFLAGS_IF & eflags) ? INTR_ON : INTR_OFF; +} + +/*完成有关中断的所有初始化工作*/ +void idt_init() { + put_str("idt_init start!\n"); + idt_desc_init(); // 初始化中断描述符表 + exception_init(); + pic_init(); // 初始化 8259A + + // 加载 idt + // 尽管 LDTR 为 48位，我们没有 48 位变量，但是，可以采用 64 位，提取前 48 位即可 + // 指针只能转换为 对应长度 整型，因此需要先转换为 32 位 + uint64_t idt_operand = ((sizeof(idt) - 1) | ((uint64_t)(uint32_t)idt << 16)); + asm volatile("lidt %0" : : "m"(idt_operand));// m 表示 内存约束，实则是将idt_operand 地址传给 lidt + put_str("idt_init done!\n"); +} + +// 在中断处理程序数组第 vector_no 个元素中注册安装中断处理程序 function +void register_handler(uint8_t vector_no, intr_handler function) { + idt_table[vector_no] = function; +} \ No newline at end of file diff --git "a/c10/keyboard/\344\273\243\347\240\201\347\273\223\346\236\204.txt" "b/c10/keyboard/\344\273\243\347\240\201\347\273\223\346\236\204.txt" new file mode 100644 index 0000000..7805be8 --- /dev/null +++ "b/c10/keyboard/\344\273\243\347\240\201\347\273\223\346\236\204.txt" @@ -0,0 +1,220 @@ +DATE: 20200313 +=============== + + +FILE: boot/mbr.asm + | 加载loader，并跳转 + | + | +FILE: boot/loader.asm + | 调用BIOS中断获取内存大小；构建GDT，进入保护模式；加载kernel；创建页目录PD和页表PT，开启分页机制； + | 解析kernel的ELF，将ELF文件中的段segment拷贝到各段自己被编译的虚拟地址处；跳转 + | + | +FILE: kernel/main.c + | + |---- FILE: lib/print.asm put_str("i am kernel\n"); + | | 打印提示信息 + | | 汇编实现打印函数(写入显存0xb_8000，loader阶段设为GDT第3号)，C语言调用 + | + |---- FILE: kernel/init.c init_all() + | | 初始化 + | | + | |---- FILE: kernel/interrupt.c idt_init() + | | | 初始化中断 + | | | 构建IDT，这里IDT中的每一项都指向对应的一段汇编代码，再由汇编调用C语言中断处理函数 + | | | 初始化可编程中断控制器8259A，放开时钟中断0x20 + | | | 中断发生时，会根据IDTR中的IDT基地址+中断向量*8，跳转到对应的汇编代码 + | | | + | | |---- FILE: kernel/core_interrupt.asm + | | | + | | |---- FILE: lib/io.h + | | | 内联汇编实现的读写端口函数 + | | | 凡是包含io.h的文件，都会获得一份io.h中所有函数的拷贝 + | | | inline是建议处理器将函数编译为内嵌方式，即在该函数调用处原封不动地展开 + | | + | |---- FILE: kernel/memory.c mem_init() + | | | 初始化内存管理系统 + | | | mem_pool_init()初始化内存池: 内核虚拟地址内存池、内核/用户物理内存池 + | | | 虚拟地址内存池: 虚拟地址bitmap、虚拟地址内存池起始地址 + | | | 物理内存池：物理内存bitmap、物理内存起始地址、物理内存池大小 + | | | + | | |---- FILE: lib/bitmap.c bitmap_init() bitmap_scan() bitmap_set() + | | | | bitmap的基本操作 + | | | | + | | | |---- FILE: lib/string.c memset() + | | | | 内存/字符串的基本操作 + | | | + | | |---- FILE: kernel/debug.h ASSERT() PANIC() + | | | 断言 + | | | + | | |---- FILE: kernel/debug.c panic_spin(__FILE__, __LINE__, __func__, __VA_ARGS__) + | | | 关中断，打印相关信息，while(1)使程序悬停 + | | | + | | |---- FILE: kernel/interrupt.c intr_disable(); + | | | 关中断 + | | + | |---- FILE: thread/thread.c thread_init() + | | | 初始化线程相关结构 + | | | list_init()初始化就绪队列、初始化全部队列 + | | | make_main_thread()将当前内核main函数创建为线程 + | | | running_thread()通过esp得到PCB基地址(main线程的PCB在loader阶段已分配) + | | | init_thread()在PCB中初始化线程基本信息: 状态 优先级 嘀嗒时间数 ... + | | | list_append()加入全部队列 + | | | + | | |---- FILE: list/list.c + | | | 结点: struct list_elem{struct list_elem *prev; struct list_elem *next; }; + | | | 链表: struct list{struct list_elem head; struct list_elem tail; }; + | | | 对链表的一些修改操作需关中断来确保原子操作 + | | + | |---- FILE: device/timer.c timer_init() + | | | frequency_set()初始化可编程定时计时器8253 + | | | 使用8253来给IRQ0引脚上的时钟中断信号“提速”，使其发出的中断信号频率快一些。 + | | | 默认的频率是18.206Hz，即一秒内大约发出18 次中断信号。 + | | | 通过对8253编程，使时钟一秒内发100次中断信号，即中断信号频率为100Hz. + | | | + | | |---- FILE: kernel/interrupt.c register_handler(0x20, intr_timer_handler) + | | | | 注册安装中断处理程序 idt_table[vector_id] = function + | | | | 时钟的中断向量号0x20 + | | | + | | |---- FILE: device/timer.c intr_timer_handler() + | | | 时钟的中断处理程序 + | | | running_thread()通过esp得到PCB基地址 + | | | if(current_thread->ticks == 0) + | | | schedule(); // 若进程时间片用完，就开始调度新的进程上CPU + | | | else + | | | current_thread->ticks--; // 将当前进程的时间片-1 + | | | + | | |---- FILE: thread/thread.c schedule() + | | | 任务调度 (由时钟中断触发) + | | | *** 调度 **************** + | | | 若状态为RUNNING, 则添加到就绪队列尾并重置ticks、状态改为READY + | | | 就绪队列第一个就绪线程弹出, 由结构体成员地址得到首地址, 这里即为PCB基地址 + | | | 修改状态为RUNNING + | | | + | | |---- FILE: thread/switch.asm switch_to(current_thread, next); + | | | 切换栈、切换执行流eip + | | | ********************************************* + | | | 此处的理解需结合线程栈信息struct thread_stack和函数thread_create() + | | | ********************************************* + | | | 保存current线程的寄存器, 将next线程的寄存器装载到处理器 + | | | 传入的2个参数自动压入了current栈中, 这2个参数为2线程PCB基地址 + | | | PCB底部为线程/进程信息struct task_struct, 第一个成员为栈顶地址 + | | | 切换栈: 伪代码 mov [current], esp; mov esp, [next]; + | | | 切换执行线程: ret。这里利用了ret的特性, 自动从栈弹出给eip + | | | 栈中存放eip处, 已由函数thread_create赋值为kernel_thread() + | | | + | | |---- FILE: thread/thread.c kernel_thread(function, func_arg) + | | | 执行创建线程时指定的函数 + | | | 这里2个参数的值已由函数thread_create赋值在栈中 + | | | intr_enable()开中断, 避免时钟中断被屏蔽而无法调度其它线程 + | | | function(func_arg)执行新线程， + | | + | |---- FILE: device/console.c console_init() + | | | 初始化控制台 + | | | 结合lock锁机制，对print族函数加了层封装，如void console_put_str() + | | | { console_acquire(); put_str(str); console_release(); } + | | | static struct lock console_lock; // 声明控制台锁 + | | | + | | |---- FILE: thread/sync.c lock_init(&console_lock) + | | | | 初始化锁 + | | | | 基于二元信号量实现的锁 + | | | | struct semaphore{ + | | | | unsigned char value; struct list waiters; }; + | | | | 信号量初值, 此信号量上阻塞的所有线程 + | | | | struct lock{ + | | | | struct task_struct *holder; struct semaphore sema; unsigned int holder_repeat_num; }; + | | | | 锁的持有者, 信号量, 锁的持有者重复申请锁的次数 + | | | + | | |---- FILE: thread/sync.c lock_acquire() + | | | | 获取锁 + | | | | sema_down(&lock->semaphore)信号量P操作 + | | | | while(sema->value == 0) // value为0表明已经被别人持有 + | | | | list_append()当前线程把自己加入该锁的等待队列 + | | | | thread_block()当前线程阻塞自己，并触发调度，切换线程 + | | | | ************************************* 调度 ********* + | | | | lock->holder = running_thread() + | | | | + | | | |---- FILE: thread/thread.c thread_block() + | | | | 当前线程将自己阻塞 + | | | | 修改线程状态为阻塞、触发调度, 切换线程执行 + | | | | + | | | |---- FILE: thread/thread.c schedule() + | | | | 任务调度 (由当前阻塞线程主动触发) + | | | + | | |---- FILE: thread/sync.c lock_release() + | | | 释放锁 + | | | lock->holder = NULL + | | | sema_up(&lock->semaphore)信号量V操作 + | | | list_pop(&sema->waiters)从等待队列中取出一个线程 + | | | thread_unblock()唤醒该阻塞线程: 将阻塞线程加入就绪队列，并修改状态为READY + | | | sema->value++ + | | | + | | |---- FILE: thread/thread.c thread_unblock() + | | | 唤醒阻塞线程 + | | | 将阻塞线程加入就绪队列，并修改状态为READY + | | + | |---- FILE: device/keyboard.c keyboard_init() + | | 初始化键盘 + | | 初始化键盘的环形缓冲区 ioqueue_init(&keyboard_buf) + | | 注册安装中断处理程序 register_handler(0x21, intr_keyboard_handler) + | | 键盘的中断向量号0x21 + | | + | |---- FILE: device/ioqueue.c ioqueue_init() + | | | 初始化环形缓冲区 + | | | 结合锁机制、生产者消费者模型 + | | | struct ioqueue{ + | | | struct lock lock; // 锁 + | | | struct task_struct *producer, *consumer; // 睡眠的生产者/消费者 + | | | char buf[buffersize]; // 缓冲区 + | | | signed int head, tail; }; // 队首写入, 队尾读出 + | | + | |---- FILE: device/ioqueue.c ioq_getchar() + | | | 消费者消费一个字符 + | | | while(ioq_empty(ioq)) // 缓冲区为空时, 消费者睡眠 + | | | lock_acquire(&ioq->lock); // 获取锁, 每个锁对应的信号量都会有一个阻塞队列 + | | | ioq_wait(&ioq->consumer); // 消费者睡眠 + | | | lock_release(&ioq->lock); // 释放锁 + | | | char byte = ioq->buf[ioq->tail]; // 消费一个字符 + | | | if(ioq->producer !=NULL) wakeup(&ioq->producer); // 唤醒生产者(生产者睡眠是因为缓冲区满) + | | + | |---- FILE: device/ioqueue.c ioq_putchar() + | | | 生产者生产一个字符 + | | | while(ioq_full(ioq)) // 缓冲区满时, 生产者睡眠 + | | | lock_acquire(&ioq->lock); // 获取锁, 每个锁对应的信号量都会有一个阻塞队列 + | | | ioq_wait(&ioq->producer); // 生产者睡眠 + | | | lock_release(&ioq->lock); // 释放锁 + | | | ioq->buf[ioq->head] = byte; // 生产一个字符 + | | | if(ioq->consumer !=NULL) wakeup(&ioq->consumer); // 唤醒消费者(消费者睡眠是因为缓冲区空) + | | + | |---- FILE: device/keyboard.c intr_keyboard_handler + | | 键盘的中断处理程序 + | | 键盘上8048芯片 -> 主板上8042芯片 -> 中断代理8259A + | | 从输出缓冲区寄存器端口0x60读取扫描码 + | + |---- FILE: thread/thread.c thread_start() + | | 创建一个线程并执行 + | | get_kernel_pages(1)内核空间中申请一页内存作为线程PCB(线程栈也在其中) + | | PCB底部为线程/进程信息struct task_struct, PCB顶部为栈空间 + | | + | | init_thread()在PCB底部 初始化线程基本信息: 状态 优先级 嘀嗒时间数 ... + | | thread_create()初始化线程栈: 中断使用的栈信息struct intr_stack, 线程栈信息struct thread_stack, 线程栈 + | | 线程栈信息struct thread_stack: 栈顶为寄存器和eip(指向kernel_thread函数)和返回地址 + | | 跳过返回地址栈顶+4为参数function、栈顶+8为参数func_arg + | | list_append()加入就绪队列、全部队列 + | | + | |---- FILE: kernel/memory.c get_kernel_pages(); + | | 申请内核空间中的内存 + | | 1) 虚拟内存池中申请连续的虚拟页 vaddr_get() + | | 2) 依次为每一个虚拟页在物理内存池中申请物理页 palloc() + | | 3) 在页表中完成虚拟地址和物理地址的映射 page_table_add() + | + |---- FILE: kernel/main.c test_thread_1() + | | 线程1 + | | (测试)作为键盘缓冲区的消费者 + | | if(!ioq_empty(&keyboard_buf)) // 键盘缓冲区不为空时 + | | char byte = ioq_getchar(&keyboard_buf); // 从键盘缓冲区消费一个字符 + | | console_put_char(byte); // 在控制台输出该字符 + | + |---- while(1) + diff --git a/c10/terminal_with_lock/boot/loader.S b/c10/terminal_with_lock/boot/loader.S new file mode 100755 index 0000000..d247cf5 --- /dev/null +++ b/c10/terminal_with_lock/boot/loader.S @@ -0,0 +1,380 @@ + %include "boot.inc" + section loader vstart=LOADER_BASE_ADDR +;构建gdt及其内部的描述符 + GDT_BASE: dd 0x00000000 + dd 0x00000000 + + CODE_DESC: dd 0x0000FFFF + dd DESC_CODE_HIGH4 + + DATA_STACK_DESC: dd 0x0000FFFF + dd DESC_DATA_HIGH4 + + VIDEO_DESC: dd 0x80000007 ; limit=(0xbffff-0xb8000)/4k=0x7 + dd DESC_VIDEO_HIGH4 ; 此时dpl为0 + + GDT_SIZE equ $ - GDT_BASE + GDT_LIMIT equ GDT_SIZE - 1 + times 60 dq 0 ; 此处预留60个描述符的空位(slot) + SELECTOR_CODE equ (0x0001<<3) + TI_GDT + RPL0 ; 相当于(CODE_DESC - GDT_BASE)/8 + TI_GDT + RPL0 + SELECTOR_DATA equ (0x0002<<3) + TI_GDT + RPL0 ; 同上 + SELECTOR_VIDEO equ (0x0003<<3) + TI_GDT + RPL0 ; 同上 + + ; total_mem_bytes用于保存内存容量,以字节为单位,此位置比较好记。 + ; 当前偏移loader.bin文件头0x200字节,loader.bin的加载地址是0x900, + ; 故total_mem_bytes内存中的地址是0xb00.将来在内核中咱们会引用此地址 + total_mem_bytes dd 0 + ;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;; + + ;以下是定义gdt的指针，前2字节是gdt界限，后4字节是gdt起始地址 + gdt_ptr dw GDT_LIMIT + dd GDT_BASE + + ;人工对齐:total_mem_bytes4字节+gdt_ptr6字节+ards_buf244字节+ards_nr2,共256字节 + ards_buf times 244 db 0 + ards_nr dw 0 ;用于记录ards结构体数量 + + loader_start: + +;------- int 15h eax = 0000E820h ,edx = 534D4150h ('SMAP') 获取内存布局 ------- + + xor ebx, ebx ;第一次调用时，ebx值要为0 + mov edx, 0x534d4150 ;edx只赋值一次，循环体中不会改变 + mov di, ards_buf ;ards结构缓冲区 +.e820_mem_get_loop: ;循环获取每个ARDS内存范围描述结构 + mov eax, 0x0000e820 ;执行int 0x15后,eax值变为0x534d4150,所以每次执行int前都要更新为子功能号。 + mov ecx, 20 ;ARDS地址范围描述符结构大小是20字节 + int 0x15 + jc .e820_failed_so_try_e801 ;若cf位为1则有错误发生，尝试0xe801子功能 + add di, cx ;使di增加20字节指向缓冲区中新的ARDS结构位置 + inc word [ards_nr] ;记录ARDS数量 + cmp ebx, 0 ;若ebx为0且cf不为1,这说明ards全部返回，当前已是最后一个 + jnz .e820_mem_get_loop + +;在所有ards结构中，找出(base_add_low + length_low)的最大值，即内存的容量。 + mov cx, [ards_nr] ;遍历每一个ARDS结构体,循环次数是ARDS的数量 + mov ebx, ards_buf + xor edx, edx ;edx为最大的内存容量,在此先清0 +.find_max_mem_area: ;无须判断type是否为1,最大的内存块一定是可被使用 + mov eax, [ebx] ;base_add_low + add eax, [ebx+8] ;length_low + add ebx, 20 ;指向缓冲区中下一个ARDS结构 + cmp edx, eax ;冒泡排序，找出最大,edx寄存器始终是最大的内存容量 + jge .next_ards + mov edx, eax ;edx为总内存大小 +.next_ards: + loop .find_max_mem_area + jmp .mem_get_ok + +;------ int 15h ax = E801h 获取内存大小,最大支持4G ------ +; 返回后, ax cx 值一样,以KB为单位,bx dx值一样,以64KB为单位 +; 在ax和cx寄存器中为低16M,在bx和dx寄存器中为16MB到4G。 +.e820_failed_so_try_e801: + mov ax,0xe801 + int 0x15 + jc .e801_failed_so_try88 ;若当前e801方法失败,就尝试0x88方法 + +;1 先算出低15M的内存,ax和cx中是以KB为单位的内存数量,将其转换为以byte为单位 + mov cx,0x400 ;cx和ax值一样,cx用做乘数 + mul cx + shl edx,16 + and eax,0x0000FFFF + or edx,eax + add edx, 0x100000 ;ax只是15MB,故要加1MB + mov esi,edx ;先把低15MB的内存容量存入esi寄存器备份 + +;2 再将16MB以上的内存转换为byte为单位,寄存器bx和dx中是以64KB为单位的内存数量 + xor eax,eax + mov ax,bx + mov ecx, 0x10000 ;0x10000十进制为64KB + mul ecx ;32位乘法,默认的被乘数是eax,积为64位,高32位存入edx,低32位存入eax. + add esi,eax ;由于此方法只能测出4G以内的内存,故32位eax足够了,edx肯定为0,只加eax便可 + mov edx,esi ;edx为总内存大小 + jmp .mem_get_ok + +;----------------- int 15h ah = 0x88 获取内存大小,只能获取64M之内 ---------- +.e801_failed_so_try88: + ;int 15后，ax存入的是以kb为单位的内存容量 + mov ah, 0x88 + int 0x15 + jc .error_hlt + and eax,0x0000FFFF + + ;16位乘法，被乘数是ax,积为32位.积的高16位在dx中，积的低16位在ax中 + mov cx, 0x400 ;0x400等于1024,将ax中的内存容量换为以byte为单位 + mul cx + shl edx, 16 ;把dx移到高16位 + or edx, eax ;把积的低16位组合到edx,为32位的积 + add edx,0x100000 ;0x88子功能只会返回1MB以上的内存,故实际内存大小要加上1MB + +.mem_get_ok: + mov [total_mem_bytes], edx ;将内存换为byte单位后存入total_mem_bytes处。 + + +;----------------- 准备进入保护模式 ------------------- +;1 打开A20 +;2 加载gdt +;3 将cr0的pe位置1 + + ;----------------- 打开A20 ---------------- + in al,0x92 + or al,0000_0010B + out 0x92,al + + ;----------------- 加载GDT ---------------- + lgdt [gdt_ptr] + + ;----------------- cr0第0位置1 ---------------- + mov eax, cr0 + or eax, 0x00000001 + mov cr0, eax + + jmp dword SELECTOR_CODE:p_mode_start ; 刷新流水线，避免分支预测的影响,这种cpu优化策略，最怕jmp跳转， + ; 这将导致之前做的预测失效，从而起到了刷新的作用。 +.error_hlt: ;出错则挂起 + hlt + +[bits 32] +p_mode_start: + mov ax, SELECTOR_DATA + mov ds, ax + mov es, ax + mov ss, ax + mov esp,LOADER_STACK_TOP + mov ax, SELECTOR_VIDEO + mov gs, ax + +; ------------------------- 加载kernel ---------------------- + mov eax, KERNEL_START_SECTOR ; kernel.bin所在的扇区号 + mov ebx, KERNEL_BIN_BASE_ADDR ; 从磁盘读出后，写入到ebx指定的地址 + mov ecx, 200 ; 读入的扇区数 + + call rd_disk_m_32 + + ; 创建页目录及页表并初始化页内存位图 + call setup_page + + ;要将描述符表地址及偏移量写入内存gdt_ptr,一会用新地址重新加载 + sgdt [gdt_ptr] ; 存储到原来gdt所有的位置 + + ;将gdt描述符中视频段描述符中的段基址+0xc0000000 + mov ebx, [gdt_ptr + 2] + or dword [ebx + 0x18 + 4], 0xc0000000 ;视频段是第3个段描述符,每个描述符是8字节,故0x18。 + ;段描述符的高4字节的最高位是段基址的31~24位 + + ;将gdt的基址加上0xc0000000使其成为内核所在的高地址 + add dword [gdt_ptr + 2], 0xc0000000 + + add esp, 0xc0000000 ; 将栈指针同样映射到内核地址 + + ; 把页目录地址赋给cr3 + mov eax, PAGE_DIR_TABLE_POS + mov cr3, eax + + ; 打开cr0的pg位(第31位) + mov eax, cr0 + or eax, 0x80000000 + mov cr0, eax + + ;在开启分页后,用gdt新的地址重新加载 + lgdt [gdt_ptr] ; 重新加载 + +;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;; 此时不刷新流水线也没问题 ;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;; +;由于一直处在32位下,原则上不需要强制刷新,经过实际测试没有以下这两句也没问题. +;但以防万一，还是加上啦，免得将来出来莫句奇妙的问题. + jmp SELECTOR_CODE:enter_kernel ;强制刷新流水线,更新gdt +enter_kernel: +;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;; + call kernel_init + mov esp, 0xc009f000 + jmp KERNEL_ENTRY_POINT ; 用地址0x1500访问测试，结果ok + + +;----------------- 将kernel.bin中的segment拷贝到编译的地址 ----------- +kernel_init: + xor eax, eax + xor ebx, ebx ;ebx记录程序头表地址 + xor ecx, ecx ;cx记录程序头表中的program header数量 + xor edx, edx ;dx 记录program header尺寸,即e_phentsize + + mov dx, [KERNEL_BIN_BASE_ADDR + 42] ; 偏移文件42字节处的属性是e_phentsize,表示program header大小 + mov ebx, [KERNEL_BIN_BASE_ADDR + 28] ; 偏移文件开始部分28字节的地方是e_phoff,表示第1 个program header在文件中的偏移量 + ; 其实该值是0x34,不过还是谨慎一点，这里来读取实际值 + add ebx, KERNEL_BIN_BASE_ADDR + mov cx, [KERNEL_BIN_BASE_ADDR + 44] ; 偏移文件开始部分44字节的地方是e_phnum,表示有几个program header +.each_segment: + cmp byte [ebx + 0], PT_NULL ; 若p_type等于 PT_NULL,说明此program header未使用。 + je .PTNULL + + ;为函数memcpy压入参数,参数是从右往左依然压入.函数原型类似于 memcpy(dst,src,size) + push dword [ebx + 16] ; program header中偏移16字节的地方是p_filesz,压入函数memcpy的第三个参数:size + mov eax, [ebx + 4] ; 距程序头偏移量为4字节的位置是p_offset + add eax, KERNEL_BIN_BASE_ADDR ; 加上kernel.bin被加载到的物理地址,eax为该段的物理地址 + push eax ; 压入函数memcpy的第二个参数:源地址 + push dword [ebx + 8] ; 压入函数memcpy的第一个参数:目的地址,偏移程序头8字节的位置是p_vaddr，这就是目的地址 + call mem_cpy ; 调用mem_cpy完成段复制 + add esp,12 ; 清理栈中压入的三个参数 +.PTNULL: + add ebx, edx ; edx为program header大小,即e_phentsize,在此ebx指向下一个program header + loop .each_segment + ret + +;---------- 逐字节拷贝 mem_cpy(dst,src,size) ------------ +;输入:栈中三个参数(dst,src,size) +;输出:无 +;--------------------------------------------------------- +mem_cpy: + cld + push ebp + mov ebp, esp + push ecx ; rep指令用到了ecx，但ecx对于外层段的循环还有用，故先入栈备份 + mov edi, [ebp + 8] ; dst + mov esi, [ebp + 12] ; src + mov ecx, [ebp + 16] ; size + rep movsb ; 逐字节拷贝 + + ;恢复环境 + pop ecx + pop ebp + ret + + +;------------- 创建页目录及页表 --------------- +setup_page: +;先把页目录占用的空间逐字节清0 + mov ecx, 4096 + mov esi, 0 +.clear_page_dir: + mov byte [PAGE_DIR_TABLE_POS + esi], 0 + inc esi + loop .clear_page_dir + +;开始创建页目录项(PDE) +.create_pde: ; 创建Page Directory Entry + mov eax, PAGE_DIR_TABLE_POS + add eax, 0x1000 ; 此时eax为第一个页表的位置及属性 + mov ebx, eax ; 此处为ebx赋值，是为.create_pte做准备，ebx为基址。 + +; 下面将页目录项0和0xc00都存为第一个页表的地址， +; 一个页表可表示4MB内存,这样0xc03fffff以下的地址和0x003fffff以下的地址都指向相同的页表， +; 这是为将地址映射为内核地址做准备 + or eax, PG_US_U | PG_RW_W | PG_P ; 页目录项的属性RW和P位为1,US为1,表示用户属性,所有特权级别都可以访问. + mov [PAGE_DIR_TABLE_POS + 0x0], eax ; 第1个目录项,在页目录表中的第1个目录项写入第一个页表的位置(0x101000)及属性(3) + mov [PAGE_DIR_TABLE_POS + 0xc00], eax ; 一个页表项占用4字节,0xc00表示第768个页表占用的目录项,0xc00以上的目录项用于内核空间, + ; 也就是页表的0xc0000000~0xffffffff共计1G属于内核,0x0~0xbfffffff共计3G属于用户进程. + sub eax, 0x1000 + mov [PAGE_DIR_TABLE_POS + 4092], eax ; 使最后一个目录项指向页目录表自己的地址 + +;下面创建页表项(PTE) + mov ecx, 256 ; 1M低端内存 / 每页大小4k = 256 + mov esi, 0 + mov edx, PG_US_U | PG_RW_W | PG_P ; 属性为7,US=1,RW=1,P=1 +.create_pte: ; 创建Page Table Entry + mov [ebx+esi*4],edx ; 此时的ebx已经在上面通过eax赋值为0x101000,也就是第一个页表的地址 + add edx,4096 + inc esi + loop .create_pte + +;创建内核其它页表的PDE + mov eax, PAGE_DIR_TABLE_POS + add eax, 0x2000 ; 此时eax为第二个页表的位置 + or eax, PG_US_U | PG_RW_W | PG_P ; 页目录项的属性RW和P位为1,US为0 + mov ebx, PAGE_DIR_TABLE_POS + mov ecx, 254 ; 范围为第769~1022的所有目录项数量 + mov esi, 769 +.create_kernel_pde: + mov [ebx+esi*4], eax + inc esi + add eax, 0x1000 + loop .create_kernel_pde + ret + + +;------------------------------------------------------------------------------- + ;功能:读取硬盘n个扇区 +rd_disk_m_32: +;------------------------------------------------------------------------------- + ; eax=LBA扇区号 + ; ebx=将数据写入的内存地址 + ; ecx=读入的扇区数 + mov esi,eax ; 备份eax + mov di,cx ; 备份扇区数到di +;读写硬盘: +;第1步：设置要读取的扇区数 + mov dx,0x1f2 + mov al,cl + out dx,al ;读取的扇区数 + + mov eax,esi ;恢复ax + +;第2步：将LBA地址存入0x1f3 ~ 0x1f6 + + ;LBA地址7~0位写入端口0x1f3 + mov dx,0x1f3 + out dx,al + + ;LBA地址15~8位写入端口0x1f4 + mov cl,8 + shr eax,cl + mov dx,0x1f4 + out dx,al + + ;LBA地址23~16位写入端口0x1f5 + shr eax,cl + mov dx,0x1f5 + out dx,al + + shr eax,cl + and al,0x0f ;lba第24~27位 + or al,0xe0 ; 设置7～4位为1110,表示lba模式 + mov dx,0x1f6 + out dx,al + +;第3步：向0x1f7端口写入读命令，0x20 + mov dx,0x1f7 + mov al,0x20 + out dx,al + +;;;;;;; 至此,硬盘控制器便从指定的lba地址(eax)处,读出连续的cx个扇区,下面检查硬盘状态,不忙就能把这cx个扇区的数据读出来 + +;第4步：检测硬盘状态 + .not_ready: ;测试0x1f7端口(status寄存器)的的BSY位 + ;同一端口,写时表示写入命令字,读时表示读入硬盘状态 + nop + in al,dx + and al,0x88 ;第4位为1表示硬盘控制器已准备好数据传输,第7位为1表示硬盘忙 + cmp al,0x08 + jnz .not_ready ;若未准备好,继续等。 + +;第5步：从0x1f0端口读数据 + mov ax, di ;以下从硬盘端口读数据用insw指令更快捷,不过尽可能多的演示命令使用, + ;在此先用这种方法,在后面内容会用到insw和outsw等 + + mov dx, 256 ;di为要读取的扇区数,一个扇区有512字节,每次读入一个字,共需di*512/2次,所以di*256 + mul dx + mov cx, ax + mov dx, 0x1f0 + .go_on_read: + in ax,dx + mov [ebx], ax + add ebx, 2 + ; 由于在实模式下偏移地址为16位,所以用bx只会访问到0~FFFFh的偏移。 + ; loader的栈指针为0x900,bx为指向的数据输出缓冲区,且为16位， + ; 超过0xffff后,bx部分会从0开始,所以当要读取的扇区数过大,待写入的地址超过bx的范围时， + ; 从硬盘上读出的数据会把0x0000~0xffff的覆盖， + ; 造成栈被破坏,所以ret返回时,返回地址被破坏了,已经不是之前正确的地址, + ; 故程序出会错,不知道会跑到哪里去。 + ; 所以改为ebx代替bx指向缓冲区,这样生成的机器码前面会有0x66和0x67来反转。 + ; 0X66用于反转默认的操作数大小! 0X67用于反转默认的寻址方式. + ; cpu处于16位模式时,会理所当然的认为操作数和寻址都是16位,处于32位模式时, + ; 也会认为要执行的指令是32位. + ; 当我们在其中任意模式下用了另外模式的寻址方式或操作数大小(姑且认为16位模式用16位字节操作数， + ; 32位模式下用32字节的操作数)时,编译器会在指令前帮我们加上0x66或0x67， + ; 临时改变当前cpu模式到另外的模式下. + ; 假设当前运行在16位模式,遇到0X66时,操作数大小变为32位. + ; 假设当前运行在32位模式,遇到0X66时,操作数大小变为16位. + ; 假设当前运行在16位模式,遇到0X67时,寻址方式变为32位寻址 + ; 假设当前运行在32位模式,遇到0X67时,寻址方式变为16位寻址. + + loop .go_on_read + ret diff --git a/c10/terminal_with_lock/boot/mbr.S b/c10/terminal_with_lock/boot/mbr.S new file mode 100755 index 0000000..7efd523 --- /dev/null +++ b/c10/terminal_with_lock/boot/mbr.S @@ -0,0 +1,126 @@ +;���������� +;------------------------------------------------------------ +%include "boot.inc" +SECTION MBR vstart=0x7c00 + mov ax,cs + mov ds,ax + mov es,ax + mov ss,ax + mov fs,ax + mov sp,0x7c00 + mov ax,0xb800 + mov gs,ax + +; ���� +;����0x06�Ź��ܣ��Ͼ�ȫ���У���������� +; ----------------------------------------------------------- +;INT 0x10 ���ܺ�:0x06 ��������:�Ͼ����� +;------------------------------------------------------ +;���룺 +;AH ���ܺ�= 0x06 +;AL = �Ͼ�������(���Ϊ0,��ʾȫ��) +;BH = �Ͼ������� +;(CL,CH) = �������Ͻǵ�(X,Y)λ�� +;(DL,DH) = �������½ǵ�(X,Y)λ�� +;�޷���ֵ�� + mov ax, 0600h + mov bx, 0700h + mov cx, 0 ; ���Ͻ�: (0, 0) + mov dx, 184fh ; ���½�: (80,25), + ; ��ΪVGA�ı�ģʽ�У�һ��ֻ������80���ַ�,��25�С� + ; �±��0��ʼ������0x18=24,0x4f=79 + int 10h ; int 10h + + ; ����ַ���:MBR + mov byte [gs:0x00],'1' + mov byte [gs:0x01],0xA4 + + mov byte [gs:0x02],' ' + mov byte [gs:0x03],0xA4 + + mov byte [gs:0x04],'M' + mov byte [gs:0x05],0xA4 ;A��ʾ��ɫ������˸��4��ʾǰ��ɫΪ��ɫ + + mov byte [gs:0x06],'B' + mov byte [gs:0x07],0xA4 + + mov byte [gs:0x08],'R' + mov byte [gs:0x09],0xA4 + + mov eax,LOADER_START_SECTOR ; ��ʼ����lba��ַ + mov bx,LOADER_BASE_ADDR ; д��ĵ�ַ + mov cx,4 ; ������������� + call rd_disk_m_16 ; ���¶�ȡ�������ʼ���֣�һ�������� + + jmp LOADER_BASE_ADDR + 0x300 + +;------------------------------------------------------------------------------- +;����:��ȡӲ��n������ +rd_disk_m_16: +;------------------------------------------------------------------------------- + ; eax=LBA������ + ; ebx=������д����ڴ��ַ + ; ecx=����������� + mov esi,eax ;����eax + mov di,cx ;����cx +;��дӲ��: +;��1��������Ҫ��ȡ�������� + mov dx,0x1f2 + mov al,cl + out dx,al ;��ȡ�������� + + mov eax,esi ;�ָ�ax + +;��2������LBA��ַ����0x1f3 ~ 0x1f6 + + ;LBA��ַ7~0λд��˿�0x1f3 + mov dx,0x1f3 + out dx,al + + ;LBA��ַ15~8λд��˿�0x1f4 + mov cl,8 + shr eax,cl + mov dx,0x1f4 + out dx,al + + ;LBA��ַ23~16λд��˿�0x1f5 + shr eax,cl + mov dx,0x1f5 + out dx,al + + shr eax,cl + and al,0x0f ;lba��24~27λ + or al,0xe0 ; ����7��4λΪ1110,��ʾlbaģʽ + mov dx,0x1f6 + out dx,al + +;��3������0x1f7�˿�д������0x20 + mov dx,0x1f7 + mov al,0x20 + out dx,al + +;��4�������Ӳ��״̬ + .not_ready: + ;ͬһ�˿ڣ�дʱ��ʾд�������֣���ʱ��ʾ����Ӳ��״̬ + nop + in al,dx + and al,0x88 ;��4λΪ1��ʾӲ�̿�������׼�������ݴ��䣬��7λΪ1��ʾӲ��æ + cmp al,0x08 + jnz .not_ready ;��δ׼���ã������ȡ� + +;��5������0x1f0�˿ڶ����� + mov ax, di + mov dx, 256 + mul dx + mov cx, ax ; diΪҪ��ȡ����������һ��������512�ֽڣ�ÿ�ζ���һ���֣� + ; ����di*512/2�Σ�����di*256 + mov dx, 0x1f0 + .go_on_read: + in ax,dx + mov [bx],ax + add bx,2 + loop .go_on_read + ret + + times 510-($-$$) db 0 + db 0x55,0xaa diff --git a/c10/terminal_with_lock/build/bitmap.o b/c10/terminal_with_lock/build/bitmap.o new file mode 100644 index 0000000000000000000000000000000000000000..d7365d28c5d29cb7939167ad2996de77e1bac85c GIT binary patch literal 2460 zcma)6-A^1<6u+~(z=9Mg_Q9l09FnSF!xW^o)KUYK0n!kQlzmd1>@HJSV3&1wrlA&U z)0KpA+=R#e5kB~YM*9HW5=zx%{dlN}i9|6$*$0|zV$(EPe`n@i7zl};X7y4)l4C<^}JLnl~Ir#3ffh)3djhwK}s=VW~x14cdbNTYW0!YnNEuXUK$)E%tOK|7MI?tIOQ``yZ0 zE28?MQ+>n3PnONc_<-!ORf>VPl(*DEX0BQ?%WSod|K>xTw!k15EVER+@-ozWsU3|;P!BSt*g{5GwQ zCaq2B2{sjroSxKE34Q8xBxc0JNhQh}uZO2hUA}m+rAeNhm3KwCwTZb-S~?m|?Cy1g z*@2Te)_3XBTXJJ4VkQhzKBt^jTAJHTM{2#*+OD*mX>zr6Bgbd~NgoX{X*MVwuMPwj zaH}$OC&&P5qou1RIPdE|Qr464Pp;`6)N3H{9H6(R4>;%8+C?B%Qq8hU)y zV2PEpmw+^8FK`*KOMb?GMqJ}(mAf|D_?>KfDnASE365Q2uW}9byB_tv;qj>VRj_`K zO#S%afUHBNSh@>}zYY|AC;1L!K@^__i=LC64-zI%)2^9`sHQ2cEp2UH>1>Obwpb!& zz%tYRrZT1*S~98`<7Q$~3C}RCZ{SLI*MN4VxA&?#tPOW{52zZ8>+v)u)HAr6p{MsL zSTdZ5MYVJ?wr{AZQ@$F;jsUA_nbW5LKHvh^cXItamp|q517Ibt^;?cVbNm$;c#*MN z7#QDC#=a*+{vUyq|8F40J>mF_qYo{jI2rM@@8LMk@iUHJ5K_@f`bOLcM}S7k#c{Dq z=~IfK&lpS@4I5#mMAB)dq^4bg49elXRie}JxSl{?W@QQs*1?uj6vs3DHMw|{rhzeeb& yfAn7x{iD1h7q(1>VGv4sE5zhi2c}%!l9HJ3yU+;|_0bG?{g!d=9pMBNe*XedLi*_d literal 0 HcmV?d00001 diff --git a/c10/terminal_with_lock/build/console.o b/c10/terminal_with_lock/build/console.o new file mode 100644 index 0000000000000000000000000000000000000000..f9e15fd34da4c831a0b984520a79eedca0b994d6 GIT binary patch literal 2424 zcmcIlO=whC6h8BlWYlQVR9Z!8XJNq~d_+v!P`gN?lUNvPtHzD!^X28$37O2qnKv*k zQVBswh@~RxPP&qAT(p})>7s>c7cE_MQD_$hS3(Qf2mxIL#_zlDo|)IdDQN9M4t9W$cQofWl#nT-Upw&40L++(V6A-^xvD!X0wOE z<@Ns0Zo&CIVtWZd4)HO*BXd1DvAyTSa?1ay0anBrv-p2; zX2CgUdEN4?0AGR*L*tx6Y^?`?zJ`u=a28{n-+=uC?UrW{*aqiA@Crs4%dnRq8jHO4 z)50c@mdDLDBIx2&+=bWE;rGfm8{wHI#5TH(rGy>cmXzuAxWBdSV3cZQi^3_{(t*c! zOMX&zSqAGggvcAQ8AHiFITrJI9v^o2=izg%&Y$nV>+rS4%+GqNFy9@h)|dEw1!0Gh z8Mznp$^QrDLj4qW_lsah@uj;|xPSoY^z&Rl6O6xXefzU5pFLU+-3 z!$Pez?|5}_r}C#J#`Er}$;mUhv+mjPiG0o#&UVc#o7wgJE48^w5FzR)SP6=OSGAxz z3NF?{w;EQSxBg7MwMDZ0f>-%hV6GIJ?nv$s*^YPKIw0~2>=rccYp`h?-ceZM{7#6E zTl_uZLn0R~?pwTQ@sKz!gjM25`nkn#(|<|i3*xVed`bUhk#A|i`yQ6-{6ZhRKVZ|l zMIO=z?=dZSPhiR0qz_&n+BCgKWB``DEaSLQPgq;9_J*}zS<70J_mmc&Qa|VO6LP8_ zFNEFkGK}RTo69)BAoLMjQ#F?p9#RQz^H$hhn1#t_dNPElbur(1tck; zLK^{m4EvTz&c`nkOaaqiX5Qgc7N`>WMzZES~7!^P%)Y^zD`w|)3I&NZhyG%YW3 z$bPQFzSSHJYBn=5OmjHp(U8l*5cF?(@nb$RbtGcw-w}JiqtWPDB26F)bsRXh7Msimqu}NhsP@$@Im|k!D;`G^ zPbQ{WV)BBo1sKBX5h)Mvfbuw^49CLZm)Ibx<_Na{91u_SN1lh$eO))2Y8>ITu!;5w z)MmjRhv7%7Z2_DB>Sdc$IGja=uC@^+6}mexO-Gwl=xqa(RIE{uREPv2pFkNwZyUt> z$U2bYV5kQ!1|sOaGadL=2hMe1C>aHBg%zQex6GnmubCF;dSiNutr)IeE9&m5XRWb9 z1N8aqVmg)87w6`dGRyjMDxJ;fU|O!Dm&|&;P%)t9xq97oI7b70ie40o0d5OGv=87E z@-PDGSud84MmIbFzyzKYI4$^s&@T&oU*NL99&vp5hS0wd`qu)#5%|5}AB6ssz+VLZ zCh&K`cZ7aVU=4W)$Kg70YBQ@psJi(Aa@XFLSoDqh*D!^BiDIb=I=c4@Q@lXt!IVEHQfhD|znEa3P zOP~+M&^L%EU&>xYcUCYNj~SIO_Y*fO0tqHoj&8Jn3_Iuzvi#S#c{$ zTGeW{rYv7w?4^T|OHEpsoxPVGT`SgIRnOiLw?uC2W<6lzFUKcEZsKYf34j9EXPJL!8VJ}^g#EU)J%WJT*KV^)?^h?hQm{sV`F-v#cPqK->taF zB%HZzW+ID89qmc>OzKQ07qK1lF< zf-ffc;{^8-d^f=fH!4a2;9^P2oypr`(^hi3BvrZYZi(U!$%Vqw%ydC6&CjpoSLN#T zOd&66yRKwS`Bd3Z5_!n6ozPKb-?lcS?LMpcp6l3dBv2K{_Cra@b8BAJ4oOg#R3CA- z67}{Ion!3b>p0Jt=HO-EAkj4-7v=_#i-$f>4-wr3o(cOX#n(K?Jca8Mwdanqij2w+ zv8+Act_o%EC=wf%vPcwbH4?rT5=@Abiy=y$gCmh}J!Ol9#kDbh4y7$#%o**neBxV< zO=8pc>f5}9|Fu09#`^(hL%(oYf`OjLxWEH_uDkO-`@x%Ggy}ah%sx7FiU;fm*X1E2 z^5G>Q7xJUFSYz^l?T7I9tMgsw2=xEbXLq zM_$-R9_RyYn8R3)P{%)OCqkX?X{6Kp`@(!V(g5@x9QNb&%ksf997Fx^(sliiSLb4v pG8~xV!EH>ZctD4B$faw?E-mw-w{RlU`$Mhbx*U_&TEwVze*j!5ygmQ` literal 0 HcmV?d00001 diff --git a/c10/terminal_with_lock/build/interrupt.o b/c10/terminal_with_lock/build/interrupt.o new file mode 100644 index 0000000000000000000000000000000000000000..93d0ab3ad1a7b7e3d0e574030c4c27f02a3888e9 GIT binary patch literal 5296 zcma)8eQaA-6~A_z)=AyQDIJupuv;b7TDrKY+R{LQ<->N?DsD^@ca^%%bL`jH`LMm` z=Qgcqm&x50&t!@yX#HcN9V%lI0wx5VKpV8p+N@|D1qNb5um}RPNEsVMD6nkdcka8_ zd2utumF_$Dch2ved+zsp*w^8=*=$S|8>?Uoh%x7C)3RNNjjWcrh205EyeiaC{?ECa z&f?ts{Cp+p3L$5~=Q^AZ&5ihGYc8O^5Sn{??AkbpUAdbM!F*)g4r*U*A1}TL$K1=# zKHj&!_`Ga8&^|BQHnh*kc5VC|+=_V#H^!eKcw9oe3Hz0!3GX*y`~&K6eK8>6JfKO~ zWomLaU86ZDSx{t{d)Yl!I5a2HR#}_l^SMTRa|NF}f4Sgu9?rYzJJD=+GBmC>J4n=A z!03aOAYCddUT|4y4%S%aV8S;;olb8ph|UY4nSx^s-%;1ENk4j;zP6tQ<4;2FD<(y< 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z{pCDHJ01)1DUgbRmrWiGMMs6PyZb;_XE$F1hr&HZPiI$m*bws7U?!t|xKUKcVu)m! zNNJvz_$c%f)*a&Xjf!D&IAdBOW2IxMmJsjM6lo$jClQ0{N*|lGfB$ri`7+ zW(KstOg@)Lk0gi9q-C)0B9*0W+KwtY0;i)8p5;QGB6YanKBMS$K++q5z6bHUkbE2f zPb&Ubfwfp?-0Pl3A^xoRQ$XLtICrr|eK=U_fNSrw?*{691vLGhr+keN+$)}-5U&v* z65@Bjwf75gi}FX{7g&oV|E}<#3O}YC$u2|=)UOBnns7#uUM9pE(y-qEr2Q6!T?+S5 z4*SDE>PJb#eiX<&UjQ=C9O(z};{(Wkyr}SdK>GbL<;b7sKjptB!ryfu}J9 zukb_45q}0qJFnNas|7NThk(puHIR8Ulm95@14w^c74A~lO*#Da0GaQzK#t2X@{z|G zAnghYzoqa3<*>T~r2bXXi2tsl|3Z4L5K}mZ~-n6+TR1LMO}_cKaJ#L5k0E- ztqS*(-y%c|$o?gO?B8k1;s2b%mlVDXr2iif*9-AeAp7@AB3|CVCBIdOKaz&OzXIv+ z1M;CCz?+4B?^C!+VKb0^_W_yjXGvq6o>p>G;j;>lQ4amD0jWPu8u}NM{G!4u3a?TQ z{kMSBze#$75dR<|-&r8@^(?gWT?AyF_(zuTwF~hekanv`<9|u(Nn>4YQuHn$^}9(! zA4^bpu$Hzfj4M2&@Up_U6;3PUf7@u+q40|e`PfO`?I9jg*ZP^bcJBDPnjD|XHk4x`MRrFFW zy^~e+&MQ6U$&!N}j?7YFT-I+Y)Ph%_=PWwEpMc4>?&1~by{d)a>popVn=ZDavRrNu zVgShb;A@?FoDZijkRrZFh-Wb9Tx+-jq#kYPOV0(G;u@ShppyWtQ=pwwFMuC9uhT#k Gt@mFMZ@yXp literal 0 HcmV?d00001 diff --git a/c10/terminal_with_lock/build/timer.o b/c10/terminal_with_lock/build/timer.o new file mode 100644 index 0000000000000000000000000000000000000000..4fbacb5f0c6e8482a6c46187d1de018df33c74db GIT binary patch literal 2584 zcma)7%THWo6hHF-hKl7OKCmPm6Ew69x6o2VBZfx@T!2gpql=2yVdlcjz}&$*_Zl!& zW5(KgtYmy4vh$U_Gf(OgwI(rH60)l;1v_rYdfHAX1+Q)b(@wO1;YD%h6~`SO99 zsa$9;8`!N~#<&^U`)%>NB8bmEGnUzIbZ{+SexfEnQkM@k=3jXrx04O*WGA+>BU{aOp=KU(%L7PQ-!pI0Zir~QszFS^mb-CQnkJCEPq&Yt>8@|!0M8AK>p$UMi8I9D9>yy8E1^n2BLgq`mLBH(Gp8b?_cDW8b5zA1` zn4yKEZBM4naAZbJhNt5Ze@~CUeg0fKq^qNYqS{OGh<4VDCpANfkd10wkDGqXG0caK zIbG3|uE9eT*G(knIchAdM`tyI^4^wWzPY7HLjwbk`&&bkmTp@9N0kdod)s--wmM$z z=vLZ0PnEq$Lyi1_xL&?Qt}8y*i5jmri$m579}kvO{OLRHyXx-0yFyzBgQyj*Cq(QW zXMFIQ=S^>>!hNmS_jTVlea!YF9>d_3Tg2GUbur^{XV;6I&=2=p7$d07+&efglsR>9 zFL4Zl7HnbPn$V?BnESwYMv9kyFG-!zgCD1OsKRL?T4~=wcJey7;W;jJ{=37AoK107CyE=5;_ChH!$QrHlTw~IUt1NUq}PUcKLwg z?58YqlBNvpMN88o3u;<3k2>e7I%Vk*RaH99J=R64I^W%;Olzh(7r||_^cf{QPwLR{ zXn)_ZIyyKw78qB@`}&6iD(XaL(nrmhoF~K5^|(GQE-cN3^>{>0&&730M`Bvkn$;Zl zkmf8?O`8T8+H^c^IxZpauDhP>T{_l4bY9rqK(^P}#-;mS*c(9ay+l6)t1;QW2$NvT(=erE#{81q1NpQT0=xw&~>b}eNgG3*T_ze;FBflH* zUV*a$7X^OCh$HqbBOgU2y^u7+lR(obV@zs>HmjK0yh%zlY=%jhOs7dPQe}e!%F&x; zPdX}wZBZhrWKz?SQ%{+iGW2w)&3;Oe7}d0xI%R~D8Y$C8%9=xa|5x4v5!mVKXh5;~R?uSHod0zPMl5UHMk%{RPP_;>K!EJ5eG{E~28&i^n5 z&ylaoUoruFEYds!o%#R8YZr5{)wb**f%BeoT^2s4oV!vGXMi%saani#5HIyFJl+$Y z!}VFx;GHh3_LpNk76jT(d_EBMr7i0g1W$&qL-|pXfU?&dbmux>$Hs6Eyw3cB%5~> 8); +} + +// 时钟的中断处理函数 +static void intr_timer_handler(void) { + struct task_struct* cur_thread = running_thread();// 获取当前线程 + + ASSERT(cur_thread->stack_magic == 0x20000611);// 检查栈是否溢出 + + cur_thread->elapsed_ticks++; // + //从内核第一次处理时间中断后开始至今的滴哒数,内核态和用户态总共的嘀哒数 + ticks++; + + if(cur_thread->ticks == 0) {// 时间片用完，那就调度新的线程 + schedule(); + }else { // 否则将时间片 -1 + cur_thread->ticks--; + } + +} + +// 初始化 8253 +void timer_init(void) { + put_str("timer_init start!\n"); + frequency_set(COUNTRER0_PORT, COUNTER0_NO, READ_WRITE_LATCH, COUNTER_MODE, COUNTER0_VALUE); + register_handler(0x20, intr_timer_handler);// 将时钟中断置为 0x20 + put_str("timer_init done!\n"); +} + + diff --git a/c10/terminal_with_lock/device/timer.h b/c10/terminal_with_lock/device/timer.h new file mode 100755 index 0000000..b83ed74 --- /dev/null +++ b/c10/terminal_with_lock/device/timer.h @@ -0,0 +1,6 @@ +#ifndef __DEVICE_TIME_H +#define __DEVICE_TIME_H +#include "stdint.h" +void timer_init(void); +#endif + diff --git a/c10/terminal_with_lock/include/boot.inc b/c10/terminal_with_lock/include/boot.inc new file mode 100755 index 0000000..6723479 --- /dev/null +++ b/c10/terminal_with_lock/include/boot.inc @@ -0,0 +1,56 @@ +;------------- loader和kernel ---------- + +LOADER_BASE_ADDR equ 0x900 +LOADER_STACK_TOP equ LOADER_BASE_ADDR +LOADER_START_SECTOR equ 0x2 + +KERNEL_BIN_BASE_ADDR equ 0x70000 +KERNEL_START_SECTOR equ 0x9 +KERNEL_ENTRY_POINT equ 0xc0001500 + +;------------- 页表配置 ---------------- +PAGE_DIR_TABLE_POS equ 0x100000 + +;-------------- gdt描述符属性 ----------- +DESC_G_4K equ 1_00000000000000000000000b +DESC_D_32 equ 1_0000000000000000000000b +DESC_L equ 0_000000000000000000000b ; 64位代码标记，此处标记为0便可。 +DESC_AVL equ 0_00000000000000000000b ; cpu不用此位，暂置为0 +DESC_LIMIT_CODE2 equ 1111_0000000000000000b +DESC_LIMIT_DATA2 equ DESC_LIMIT_CODE2 +DESC_LIMIT_VIDEO2 equ 0000_000000000000000b +DESC_P equ 1_000000000000000b +DESC_DPL_0 equ 00_0000000000000b +DESC_DPL_1 equ 01_0000000000000b +DESC_DPL_2 equ 10_0000000000000b +DESC_DPL_3 equ 11_0000000000000b +DESC_S_CODE equ 1_000000000000b +DESC_S_DATA equ DESC_S_CODE +DESC_S_sys equ 0_000000000000b +DESC_TYPE_CODE equ 1000_00000000b ;x=1,c=0,r=0,a=0 代码段是可执行的,非依从的,不可读的,已访问位a清0. +DESC_TYPE_DATA equ 0010_00000000b ;x=0,e=0,w=1,a=0 数据段是不可执行的,向上扩展的,可写的,已访问位a清0. + +DESC_CODE_HIGH4 equ (0x00 << 24) + DESC_G_4K + DESC_D_32 + DESC_L + DESC_AVL + DESC_LIMIT_CODE2 + DESC_P + DESC_DPL_0 + DESC_S_CODE + DESC_TYPE_CODE + 0x00 +DESC_DATA_HIGH4 equ (0x00 << 24) + DESC_G_4K + DESC_D_32 + DESC_L + DESC_AVL + DESC_LIMIT_DATA2 + DESC_P + DESC_DPL_0 + DESC_S_DATA + DESC_TYPE_DATA + 0x00 +DESC_VIDEO_HIGH4 equ (0x00 << 24) + DESC_G_4K + DESC_D_32 + DESC_L + DESC_AVL + DESC_LIMIT_VIDEO2 + DESC_P + DESC_DPL_0 + DESC_S_DATA + DESC_TYPE_DATA + 0x0b + +;-------------- 选择子属性 --------------- +RPL0 equ 00b +RPL1 equ 01b +RPL2 equ 10b +RPL3 equ 11b +TI_GDT equ 000b +TI_LDT equ 100b + + +;---------------- 页表相关属性 -------------- +PG_P equ 1b +PG_RW_R equ 00b +PG_RW_W equ 10b +PG_US_S equ 000b +PG_US_U equ 100b + + +;------------- program type 定义 -------------- +PT_NULL equ 0 + diff --git a/c10/terminal_with_lock/kernel/debug.c b/c10/terminal_with_lock/kernel/debug.c new file mode 100755 index 0000000..bef6acf --- /dev/null +++ b/c10/terminal_with_lock/kernel/debug.c @@ -0,0 +1,18 @@ +#include "debug.h" +#include "kernel/print.h" +#include "interrupt.h" + +/* 打印文件名,行号,函数名,条件并使程序悬停 */ +void panic_spin(char* filename, \ + int line, \ + const char* func, \ + const char* condition) \ +{ + intr_disable(); /* 打印文件名,行号,函数名,条件并使程序悬停 */ + put_str("\n\n\n!!!!! error !!!!!\n"); + put_str("filename:");put_str(filename);put_str("\n"); + put_str("line:0x");put_int(line);put_str("\n"); + put_str("function:");put_str((char*)func);put_str("\n"); + put_str("condition:");put_str((char*)condition);put_str("\n"); + while(1); +} \ No newline at end of file diff --git a/c10/terminal_with_lock/kernel/debug.h b/c10/terminal_with_lock/kernel/debug.h new file mode 100755 index 0000000..d4df982 --- /dev/null +++ b/c10/terminal_with_lock/kernel/debug.h @@ -0,0 +1,24 @@ +#ifndef __KERNEL_DEBUG_H +#define __KERNEL_DEBUG_H + +void panic_spin(char* filename, int line, const char* func, const char* condition); + +/*************************** __VA_ARGS__ ******************************* + * __VA_ARGS__ 是预处理器所支持的专用标识符。 + * 代表所有与省略号相对应的参数. + * "..."表示定义的宏其参数可变. + */ +#define PANIC(...) panic_spin (__FILE__, __LINE__, __func__, __VA_ARGS__) +/***********************************************************************/ + +#ifdef NDEBUG + #define ASSERT(CONDITION) ((void)0) +#else + #define ASSERT(CONDITION) \ + if (CONDITION) {} else { \ + /* 符号#让编译器将宏的参数转化为字符串字面量 */ \ + PANIC(#CONDITION); \ + } +#endif // __NDEBUG + +#endif // __KERNEL_DEBUG_H \ No newline at end of file diff --git a/c10/terminal_with_lock/kernel/global.h b/c10/terminal_with_lock/kernel/global.h new file mode 100755 index 0000000..7330902 --- /dev/null +++ b/c10/terminal_with_lock/kernel/global.h @@ -0,0 +1,39 @@ +#ifndef _KERNEL_GLOBAL_H +#define _KERNEL_GLOBAL_H + +#include "stdint.h" + +# define RPL0 0 +# define RPL1 1 +# define RPL2 2 +# define RPL3 3 + +# define TI_GDT 0 +# define TI_LDT 1 + + +# define SELECTOR_K_CODE ((1 << 3) + (TI_GDT << 2) + RPL0) // 指向内核代码段的选择子 +# define SELECTOR_K_DATA ((2 << 3) + (TI_GDT << 2) + RPL0) +# define SELECTOR_K_STACK SELECTOR_K_DATA +# define SELECTOR_K_GS ((3 << 3) + (TI_GDT << 2) + RPL0) + +/* IDT描述符属性 */ +# define IDT_DESC_P 1 +# define IDT_DESC_DPL0 0 +# define IDT_DESC_DPL3 3 +// S 都为 0 +# define IDT_DESC_32_TYPE 0xE // 32 位的门 +# define IDT_DESC_16_TYPE 0x6 // 16 位的门 + +# define IDT_DESC_ATTR_DPL0 \ + ((IDT_DESC_P << 7) + (IDT_DESC_DPL0 << 5) + IDT_DESC_32_TYPE) + +# define IDT_DESC_ATTR_DPL3 \ + ((IDT_DESC_P << 7) + (IDT_DESC_DPL3 << 5) + IDT_DESC_32_TYPE) + +#define NULL ((void*)0) +#define bool int +#define true 1 +#define false 0 + +#endif \ No newline at end of file diff --git a/c10/terminal_with_lock/kernel/init.c b/c10/terminal_with_lock/kernel/init.c new file mode 100755 index 0000000..4714c27 --- /dev/null +++ b/c10/terminal_with_lock/kernel/init.c @@ -0,0 +1,18 @@ +#include "init.h" +#include "print.h" +#include "interrupt.h" +#include "timer.h" +#include "memory.h" +#include "thread.h" +#include "console.h" + +/*负责初始化所有模块 */ +void init_all() { + put_str("init_all start!\n"); + idt_init();// 初始化中断 + + mem_init();//初始化内存管理系统 + thread_environment_init();// 初始化线程相关环境 + timer_init(); // 初始化 PIT + console_init(); // 初始化 console +} \ No newline at end of file diff --git a/c10/terminal_with_lock/kernel/init.h b/c10/terminal_with_lock/kernel/init.h new file mode 100755 index 0000000..bf575c9 --- /dev/null +++ b/c10/terminal_with_lock/kernel/init.h @@ -0,0 +1,4 @@ +#ifndef __KERNEL_INIT_H +#define __KERNEL_INIT_H +void init_all(void); +#endif diff --git a/c10/terminal_with_lock/kernel/interrupt.c b/c10/terminal_with_lock/kernel/interrupt.c new file mode 100755 index 0000000..cb73d05 --- /dev/null +++ b/c10/terminal_with_lock/kernel/interrupt.c @@ -0,0 +1,192 @@ +#include "interrupt.h" +#include "stdint.h" +#include "global.h" +#include "io.h" +#include "print.h" + +#define PIC_M_CTRL 0x20 // 这里用的可编程中断控制器是8259A,主片的控制端口是0x20 +#define PIC_M_DATA 0x21 // 主片的数据端口是0x21 +#define PIC_S_CTRL 0xa0 // 从片的控制端口是0xa0 +#define PIC_S_DATA 0xa1 // 从片的数据端口是0xa1 + +#define IDT_DESC_CNT 0x21 // 目前总共支持的中断数 + +#define EFLAGS_IF 0x00000200 // eflags寄存器中的if位为1 +#define GET_EFLAGS(EFLAG_VAR) asm volatile("pushfl; popl %0" : "=g" (EFLAG_VAR)) + +/*中断门描述符结构体*/ +struct gate_desc { + uint16_t func_offset_low_word; + uint16_t selector; + uint8_t dcount; //此项为双字计数字段，是门描述符中的第4字节。此项固定值，不用考虑 + uint8_t attribute; + uint16_t func_offset_high_word; +}; + +// 静态函数声明,非必须 +static void make_idt_desc(struct gate_desc* p_gdesc, uint8_t attr, intr_handler function); +static struct gate_desc idt[IDT_DESC_CNT]; // idt是中断描述符表,本质上就是个中断门描述符数组 + +char* intr_name[IDT_DESC_CNT]; // 用于保存异常的名字 +intr_handler idt_table[IDT_DESC_CNT]; // 定义中断处理程序数组.在kernel.S中定义的intrXXentry只是中断处理程序的入口,最终调用的是ide_table中的处理程序 +extern intr_handler intr_entry_table[IDT_DESC_CNT]; // 声明引用定义在kernel.S中的中断处理函数入口数组 + +/* 初始化可编程中断控制器8259A */ +static void pic_init(void) { + + /* 初始化主片 */ + outb (PIC_M_CTRL, 0x11); // ICW1: 边沿触发,级联8259, 需要ICW4. + outb (PIC_M_DATA, 0x20); // ICW2: 起始中断向量号为0x20,也就是IR[0-7] 为 0x20 ~ 0x27. + outb (PIC_M_DATA, 0x04); // ICW3: IR2接从片. + outb (PIC_M_DATA, 0x01); // ICW4: 8086模式, 正常EOI + + /* 初始化从片 */ + outb (PIC_S_CTRL, 0x11); // ICW1: 边沿触发,级联8259, 需要ICW4. + outb (PIC_S_DATA, 0x28); // ICW2: 起始中断向量号为0x28,也就是IR[8-15] 为 0x28 ~ 0x2F. + outb (PIC_S_DATA, 0x02); // ICW3: 设置从片连接到主片的IR2引脚 + outb (PIC_S_DATA, 0x01); // ICW4: 8086模式, 正常EOI + + /* 打开主片上IR0,也就是目前只接受时钟产生的中断 */ + outb (PIC_M_DATA, 0xfe); + outb (PIC_S_DATA, 0xff); + + put_str(" pic_init done\n"); +} + +/* 创建中断门描述符 */ +static void make_idt_desc(struct gate_desc* p_gdesc, uint8_t attr, intr_handler function) { + p_gdesc->func_offset_low_word = (uint32_t)function & 0x0000FFFF; + p_gdesc->selector = SELECTOR_K_CODE; + p_gdesc->dcount = 0; + p_gdesc->attribute = attr; + p_gdesc->func_offset_high_word = ((uint32_t)function & 0xFFFF0000) >> 16; +} + +/*初始化中断描述符表*/ +static void idt_desc_init(void) { + int i; + for (i = 0; i < IDT_DESC_CNT; i++) { + make_idt_desc(&idt[i], IDT_DESC_ATTR_DPL0, intr_entry_table[i]); + } + put_str(" idt_desc_init done\n"); +} + +/* 通用的中断处理函数,一般用在异常出现时的处理 */ +static void general_intr_handler(uint8_t vec_nr) { + if (vec_nr == 0x27 || vec_nr == 0x2f) { // 0x2f是从片8259A上的最后一个irq引脚，保留 + return; //IRQ7和IRQ15会产生伪中断(spurious interrupt),无须处理。 + } + /* 将光标置为0,从屏幕左上角清出一片打印异常信息的区域,方便阅读 */ + set_cursor(0); + int cursor_pos = 0; + while(cursor_pos < 320) { + put_char(' '); + cursor_pos++; + } + + set_cursor(0); // 重置光标为屏幕左上角 + put_str("!!!!!!! excetion message begin !!!!!!!!\n"); + set_cursor(88); // 从第2行第8个字符开始打印 + put_str(intr_name[vec_nr]); + if (vec_nr == 14) { // 若为Pagefault,将缺失的地址打印出来并悬停 + int page_fault_vaddr = 0; + asm ("movl %%cr2, %0" : "=r" (page_fault_vaddr)); // cr2是存放造成page_fault的地址 + put_str("\npage fault addr is ");put_int(page_fault_vaddr); + } + put_str("\n!!!!!!! excetion message end !!!!!!!!\n"); + // 能进入中断处理程序就表示已经处在关中断情况下, + // 不会出现调度进程的情况。故下面的死循环不会再被中断。 + while(1); +} + +/* 完成一般中断处理函数注册及异常名称注册 */ +static void exception_init(void) { // 完成一般中断处理函数注册及异常名称注册 + int i; + for (i = 0; i < IDT_DESC_CNT; i++) { + +/* idt_table数组中的函数是在进入中断后根据中断向量号调用的, + * 见kernel/kernel.S的call [idt_table + %1*4] */ + idt_table[i] = general_intr_handler; // 默认为general_intr_handler。 + // 以后会由register_handler来注册具体处理函数。 + intr_name[i] = "unknown"; // 先统一赋值为unknown + } + intr_name[0] = "#DE Divide Error"; + intr_name[1] = "#DB Debug Exception"; + intr_name[2] = "NMI Interrupt"; + intr_name[3] = "#BP Breakpoint Exception"; + intr_name[4] = "#OF Overflow Exception"; + intr_name[5] = "#BR BOUND Range Exceeded Exception"; + intr_name[6] = "#UD Invalid Opcode Exception"; + intr_name[7] = "#NM Device Not Available Exception"; + intr_name[8] = "#DF Double Fault Exception"; + intr_name[9] = "Coprocessor Segment Overrun"; + intr_name[10] = "#TS Invalid TSS Exception"; + intr_name[11] = "#NP Segment Not Present"; + intr_name[12] = "#SS Stack Fault Exception"; + intr_name[13] = "#GP General Protection Exception"; + intr_name[14] = "#PF Page-Fault Exception"; + // intr_name[15] 第15项是intel保留项，未使用 + intr_name[16] = "#MF x87 FPU Floating-Point Error"; + intr_name[17] = "#AC Alignment Check Exception"; + intr_name[18] = "#MC Machine-Check Exception"; + intr_name[19] = "#XF SIMD Floating-Point Exception"; + +} + +/* 开中断并返回开中断前的状态*/ +enum intr_status intr_enable() { + enum intr_status old_status; + if (INTR_ON == intr_get_status()) { + old_status = INTR_ON; + return old_status; + } else { + old_status = INTR_OFF; + asm volatile("sti"); // 开中断,sti指令将IF位置1 + return old_status; + } +} + +/* 关中断,并且返回关中断前的状态 */ +enum intr_status intr_disable() { + enum intr_status old_status; + if (INTR_ON == intr_get_status()) { + old_status = INTR_ON; + asm volatile("cli" : : : "memory"); // 关中断,cli指令将IF位置0 + return old_status; + } else { + old_status = INTR_OFF; + return old_status; + } +} + +/* 将中断状态设置为status */ +enum intr_status intr_set_status(enum intr_status status) { + return status & INTR_ON ? intr_enable() : intr_disable(); +} + +/* 获取当前中断状态 */ +enum intr_status intr_get_status() { + uint32_t eflags = 0; + GET_EFLAGS(eflags); + return (EFLAGS_IF & eflags) ? INTR_ON : INTR_OFF; +} + +/* 在中断处理程序数组第vector_no个元素中注册安装中断处理程序function */ +void register_handler(uint8_t vector_no, intr_handler function) { +/* idt_table数组中的函数是在进入中断后根据中断向量号调用的, + * 见kernel/kernel.S的call [idt_table + %1*4] */ + idt_table[vector_no] = function; +} + +/*完成有关中断的所有初始化工作*/ +void idt_init() { + put_str("idt_init start\n"); + idt_desc_init(); // 初始化中断描述符表 + exception_init(); // 异常名初始化并注册通常的中断处理函数 + pic_init(); // 初始化8259A + + /* 加载idt */ + uint64_t idt_operand = ((sizeof(idt) - 1) | ((uint64_t)(uint32_t)idt << 16)); + asm volatile("lidt %0" : : "m" (idt_operand)); + put_str("idt_init done\n"); +} diff --git a/c10/terminal_with_lock/kernel/interrupt.h b/c10/terminal_with_lock/kernel/interrupt.h new file mode 100755 index 0000000..427f7b0 --- /dev/null +++ b/c10/terminal_with_lock/kernel/interrupt.h @@ -0,0 +1,22 @@ +#ifndef __KERNEL_INTERRUPT_H +#define __KERNEL_INTERRUPT_H +#include "stdint.h" + +typedef void* intr_handler; +void idt_init(void); + +/* 定义中断的两种状态: + * INTR_OFF值为0,表示关中断, + * INTR_ON值为1,表示开中断 */ +enum intr_status { // 中断状态 + INTR_OFF, // 中断关闭 + INTR_ON // 中断打开 +}; + +enum intr_status intr_get_status(void); +enum intr_status intr_set_status (enum intr_status); +enum intr_status intr_enable (void); +enum intr_status intr_disable (void); +void register_handler(uint8_t vector_no, intr_handler function); + +#endif \ No newline at end of file diff --git a/c10/terminal_with_lock/kernel/kernel.S b/c10/terminal_with_lock/kernel/kernel.S new file mode 100755 index 0000000..e5010ca --- /dev/null +++ b/c10/terminal_with_lock/kernel/kernel.S @@ -0,0 +1,90 @@ +[bits 32] +; 对于CPU会自动压入错误码的中断类型，无需额外的操作 +%define ERROR_CODE nop +; 如果CPU没有压入错误码，为了保持处理逻辑的一致性，我们需要手动压入一个0 +%define ZERO push 0 + +# 调用 interrupt 中的函数来中断处理 +# extern put_str ; 声明外部函数 +extern idt_table ; idt_table 是 C 中注册的中断处理程序数组 + +section .data +global intr_entry_table +intr_entry_table: + +; 中断处理程序宏定义 +; 接受两个参数 +%macro VECTOR 2 +section .text +intr%1entry: ; %1 表示中断向量号，用于确定中断位置 + %2 ; 需要首先进行压入操作 nop / push 0 + + ; 保护上下文 + push ds + push es + push fs + push gs +; PUSHAD指令压入32位寄存器,其入栈顺序是: EAX,ECX,EDX,EBX,ESP,EBP,ESI,EDI + pushad + + ; 如果是从片上进入的中断,除了往从片上发送EOI外,还要往主片上发送EOI + mov al, 0x20 ; 中断结束命令 EOI + out 0xa0, al ; 向从片发送 + out 0x20, al ; 向主片发送 + +; 不管idt_table中的目标程序是否需要参数,都一律压入中断向量号,调试时很方便 + push %1 ; 向量号 + call [idt_table + %1*4] ; 调用 idt_table 中的中断处理函数 + jmp intr_exit + +section .data + dd intr%1entry + +%endmacro + +section .text +global intr_exit +intr_exit: +; 以下是恢复上下文环境 + add esp, 4 ; 跳过中断号 + popad + pop gs + pop fs + pop es + pop ds + add esp, 4 ; 跳过error_code + iretd + +VECTOR 0x00, ZERO +VECTOR 0x01, ZERO +VECTOR 0x02, ZERO +VECTOR 0x03, ZERO +VECTOR 0x04, ZERO +VECTOR 0x05, ZERO +VECTOR 0x06, ZERO +VECTOR 0x07, ZERO +VECTOR 0x08, ZERO +VECTOR 0x09, ZERO +VECTOR 0x0a, ZERO +VECTOR 0x0b, ZERO +VECTOR 0x0c, ZERO +VECTOR 0x0d, ZERO +VECTOR 0x0e, ZERO +VECTOR 0x0f, ZERO +VECTOR 0x10, ZERO +VECTOR 0x11, ZERO +VECTOR 0x12, ZERO +VECTOR 0x13, ZERO +VECTOR 0x14, ZERO +VECTOR 0x15, ZERO +VECTOR 0x16, ZERO +VECTOR 0x17, ZERO +VECTOR 0x18, ZERO +VECTOR 0x19, ZERO +VECTOR 0x1a, ZERO +VECTOR 0x1b, ZERO +VECTOR 0x1c, ZERO +VECTOR 0x1d, ZERO +VECTOR 0x1e, ERROR_CODE +VECTOR 0x1f, ZERO +VECTOR 0x20, ZERO \ No newline at end of file diff --git a/c10/terminal_with_lock/kernel/main.c b/c10/terminal_with_lock/kernel/main.c new file mode 100755 index 0000000..100e91c --- /dev/null +++ b/c10/terminal_with_lock/kernel/main.c @@ -0,0 +1,58 @@ +#include "kernel/print.h" +#include "init.h" +#include "debug.h" +#include "memory.h" +#include "thread.h" +#include "interrupt.h" +#include "console.h" + +void k_thread_HuSharp_1(void* args); +void k_thread_HuSharp_2(void* args); +void k_thread_HuSharp_3(void* args); +int main(void) { + put_str("I am kernel!\n"); + init_all(); + //ASSERT(1 == 2); + // asm volatile("sti"); // 打开中断 即将 EFLAGS 的 IF置为 1 + + // 进行内存分配 + /* 内核物理页分配 + void* addr = get_kernel_pages(3); + put_str("\n get_kernel_page start vaddr is: "); + put_int((uint32_t) addr); + put_str("\n"); + */ + + // 线程演示 + thread_start("k_thread_HuSharp_1", 31, k_thread_HuSharp_1, "agrA 31 "); + thread_start("k_thread_HuSharp_2", 8, k_thread_HuSharp_2, "agrB 8 "); + thread_start("k_thread_HuSharp_3", 20, k_thread_HuSharp_3, "agrc 20 "); + + intr_enable();// 打开时钟中断 + + while(1) { + console_put_str("Main "); + } + return 0; +} + +void k_thread_HuSharp_1(void* args) { + char* para = args; + while(1) { + console_put_str(para); + } +} + +void k_thread_HuSharp_2(void* args) { + char* para = args; + while(1) { + console_put_str(para); + } +} + +void k_thread_HuSharp_3(void* args) { + char* para = args; + while(1) { + console_put_str(para); + } +} \ No newline at end of file diff --git a/c10/terminal_with_lock/kernel/memory.c b/c10/terminal_with_lock/kernel/memory.c new file mode 100755 index 0000000..afbb653 --- /dev/null +++ b/c10/terminal_with_lock/kernel/memory.c @@ -0,0 +1,257 @@ +#include "memory.h" +#include "stdint.h" +#include "kernel/print.h" +#include "kernel/bitmap.h" +#include "global.h" +#include "debug.h" +#include "kernel/print.h" +#include "string.h" + +#define PG_SIZE 4096 + +/*************** 位图地址 ******************** + * 因为0xc009f000是内核主线程栈顶，0xc009e000是内核主线程的pcb. + * 一个页框大小的位图可表示128M内存, 位图位置安排在地址0xc009a000, + * 这样本系统最大支持4个页框的位图,即512M */ +#define MEM_BITMAP_BASE 0xc009a000 + +// 返回虚拟地址的 高 10 位(即pde)，与中间 10 位(即pte) +#define PDE_IDX(addr) ((addr & 0xffc00000) >> 22) +#define PTE_IDX(addr) ((addr & 0x003ff000) >> 12) + +/* 0xc0000000是内核从虚拟地址3G起. 0x100000意指跨过低端1M内存, + * 使虚拟地址在逻辑上连续 */ +#define K_HEAP_START 0xc0100000 + +// 内存池结构,生成两个实例用于管理内核内存池和用户内存池 +struct pool { + // 本内存池用到的位图结构,用于管理物理内存 + struct bitmap pool_bitmap; + uint32_t phy_addr_start;// 本内存池所管理物理内存起始地址 + uint32_t pool_size; //本内存池字节容量 +}; + +struct pool kernel_pool, user_pool; // 生成全局内核内存池， 用户内存地址 +struct virtual_addr kernel_addr; // 给内核分配虚拟地址 + + +/* 在pf表示的虚拟内存池中申请pg_cnt个虚拟页, + * 成功则返回虚拟页的起始地址, 失败则返回NULL + */ +static void* vaddr_get(enum pool_flags pf, uint32_t pg_cnt) { + int vaddr_start = 0;//用于存储分配的虚拟地址 + int bit_idx_start = -1;// 存储位图扫描函数的返回值 + uint32_t cnt = 0; + if(pf == PF_KERNEL) {// 说明在内核虚拟池中 + bit_idx_start = bitmap_scan(&kernel_addr.vaddr_bitmap, pg_cnt); + if(bit_idx_start == -1) {//说明没找到 + return NULL; + } + // 将已经选出的内存置为 1 ，表示已经使用 + while(cnt < pg_cnt) { + bitmap_set(&kernel_addr.vaddr_bitmap, bit_idx_start + cnt++, 1); + } + // 虚拟地址应当加上 页表所占的内存 + vaddr_start = kernel_addr.vaddr_start + bit_idx_start * PG_SIZE; + } else {// 用户进程池 还未完善 + + } + return (void*)vaddr_start; +} + +/********* 以下两个获取虚拟地址 addr 的 pde & pte 地址，为建立映射做准备 ********/ +// 得到虚拟地址 vaddr 对应的 pte 指针 +// 构造一个 访问该 pte 的32位地址，欺骗处理器 +uint32_t* pte_ptr(uint32_t vaddr) { + /* 先访问到页目录表自己（位于1023项目录项中） + \ + * 再用页目录项 pde (页目录内页表的索引)做为pte的索引访问到页表 + \ + * 再用 pte 的索引做为页内偏移 + */ + uint32_t* pte = (uint32_t*) (0xffc00000 + \ + ((vaddr & 0xffc00000) >> 10) + PTE_IDX(vaddr) * 4); + return pte;// 得到物理页的虚拟地址，即通过这个虚拟地址，可以访问到该物理页（保护模式下必须通过 vaddr） +} + +// 得到虚拟地址 vaddr 对应的 pde 指针 +// 构造一个 访问该 pde 的32位地址，欺骗处理器 +uint32_t* pde_ptr(uint32_t vaddr) { + uint32_t* pde = (uint32_t*) (0xfffff000 + PDE_IDX(vaddr) * 4); + return pde; +} + +/* 在m_pool指向的物理内存池中分配1个物理页, + * 成功则返回页框的物理地址,失败则返回NULL + */ +static void* palloc(struct pool* m_pool) { + // 扫描或设置位图要保证原子操作 + int bit_idx = bitmap_scan(&m_pool->pool_bitmap, 1); //找一个空闲物理页面 + if(bit_idx == -1) { + return NULL; + } + bitmap_set(&m_pool->pool_bitmap, bit_idx, 1); //表示已经占用 + // 成功则返回页框的物理地址 + uint32_t page_phyaddr = (m_pool->phy_addr_start + (bit_idx * PG_SIZE)); + return (void*)page_phyaddr; +} + +/********使用 pde_ptr 和 pte_ptr 来建立虚拟地址和物理地址的映射 ********/ +// 本质上便是将 pte 写入到 获取的 pde 项中，将 物理地址写入到 pte 中 +static void page_table_add(void* _vaddr, void* _page_phyaddr) { + uint32_t vaddr = (uint32_t)_vaddr; + uint32_t page_phyaddr = (uint32_t)_page_phyaddr; + // 以下两个函数都是通过 虚拟地址来获取 + uint32_t* pde = pde_ptr(vaddr); + uint32_t* pte = pte_ptr(vaddr); + +/************************ 注意 ************************* + * 执行*pte,会访问到空的pde。所以确保pde创建完成后才能执行*pte, + * 否则会引发page_fault。因此在*pde为0时,*pte只能出现在下面else语句块中的*pde后面。 + * *********************************************************/ + // 先在页目录内判断目录项的P位，若为1,则表示该表(pte)已存在 + if(*pde & 0x00000001) {// 通过 P 位来判断目录项是否存在 + ASSERT(!(*pte & 0x00000001)); // 表示 pte 不存在 + + // 再判断 pte 是否存在 + if(!(*pte & 0x00000001)) { + *pte = (page_phyaddr | PG_US_U | PG_RW_W | PG_P_1); + } else { // 并不会执行到此处，因为此处意思是：pde存在，pte也存在 + // 但是之前的 ASSERT 已经判断了 pde 不存在 + PANIC("pte repeat!"); + *pte = (page_phyaddr | PG_US_U | PG_RW_W | PG_P_1); + } + } else {// pde 不存在 + // 需要分配 pte 物理页，采用 plloc 函数 + uint32_t new_pde_phyaddr = (uint32_t)palloc(&kernel_pool);//页表中的页框一律从内核中分配 + + *pde = (new_pde_phyaddr | PG_US_U | PG_RW_W | PG_P_1);// 写入到 pde 中 + + /* 分配到的物理页地址 new_pde_phyaddr 对应的物理内存清0,(使用时清零比回收后清零高效，因为不知道回收后会不会再使用) + * 避免里面的陈旧数据变成了页表项,从而让页表混乱. + * 访问到pde对应的物理地址,用pte取高20位便可. + * 因为pte是基于该pde对应的物理地址内再寻址, + * 把低12位置0便是该pde对应的物理页的起始 + */ + // 现需要获得新创建的这个物理页的虚拟地址（保护模式得看虚拟地址！） + memset(((void*)((int)pte & 0xfffff000)), 0, PG_SIZE);//将该新配物理页清0 + + ASSERT(!(*pte & 0x00000001));// 断言 pte 此时是否存在 + + // pte项 此时更改为新建物理页的位置 + *pte = (page_phyaddr | PG_US_U | PG_RW_W | PG_P_1);//将 物理页地址 写入到 pte项中 + } +} + + +// 分配pg_cnt个页空间（物理页),成功则返回起始虚拟地址,失败时返回NULL +void* malloc_page(enum pool_flags pf, uint32_t pg_cnt) { + ASSERT(pg_cnt > 0 && pg_cnt < 3840); +/*********** malloc_page的原理是三个动作的合成: *********** + 1.通过vaddr_get在虚拟内存池中申请虚拟地址 + 2.通过palloc在物理内存池中申请物理页 + 3.通过page_table_add将以上得到的虚拟地址和物理地址在页表中完成映射 +***************************************************************/ + void* vaddr_start = vaddr_get(pf, pg_cnt); + if(vaddr_start == NULL) { + return NULL; + } + + uint32_t vaddr = (uint32_t)vaddr_start, cnt = pg_cnt; + struct pool* mem_pool = (pf & PF_KERNEL)? &kernel_pool : &user_pool; + + // 因为虚拟地址是连续的,但物理地址可以是不连续的,所以逐个做映射 + while(cnt-- > 0) { + void* page_phyaddr = palloc(mem_pool); + if(page_phyaddr == NULL) { + return NULL; + } + page_table_add((void*)vaddr, page_phyaddr);// 在页表建立映射 + vaddr += PG_SIZE;// 下一个虚拟页 + } + return vaddr_start; +} + +// 从内核物理内存池中申请pg_cnt页内存,成功则返回其虚拟地址,失败则返回NULL +void* get_kernel_pages(uint32_t pg_cnt) { + void* vaddr = malloc_page(PF_KERNEL, pg_cnt); + if(vaddr != NULL) {// 虚拟地址是连续的 + memset(vaddr, 0, pg_cnt * PG_SIZE); + } + return vaddr; +} + +// 初始化内存池, 通过all_mem 初始化物理内存池相关结构 +static void mem_pool_init(uint32_t all_mem) { + put_str(" phy_mem_pool_init start!\n"); + // 页表大小= 1页的页目录表+第0和第768个页目录项指向同一个页表+ + // 第769~1022个页目录项共指向254个页表,共256个页框 + uint32_t page_table_size = PG_SIZE * 256; + // 用于记录当前已经使用的内存字节数 + uint32_t used_mem = page_table_size + 0x100000;// 0x100000为低端 1M 内存 + uint32_t free_mem = all_mem - used_mem; + uint16_t all_free_pages = free_mem / PG_SIZE;//转换为 页数 + + // 内核物理内存池 与 用户物理内存池 大小一致 + uint16_t kernel_free_pages = all_free_pages / 2; + uint16_t user_free_pages = all_free_pages - kernel_free_pages; + + /* 为简化位图操作，余数不处理，坏处是这样做会丢内存。 + * 好处是不用做内存的越界检查,因为位图表示的内存少于实际物理内存 + */ + uint32_t kbm_length = kernel_free_pages / 8; // Kernel BitMap的长度,位图中的一位表示一页,以字节为单位 + uint32_t ubm_length = user_free_pages / 8; // User BitMap的长度. + + uint32_t kp_start = used_mem; // kernel pool start 内核内存池的起始位置 + uint32_t up_start = kp_start + kernel_free_pages * PG_SIZE; + + kernel_pool.phy_addr_start = kp_start; + user_pool.phy_addr_start = up_start; + + kernel_pool.pool_bitmap.btmp_bytes_len = kbm_length;// 位图字节长度 + user_pool.pool_bitmap.btmp_bytes_len = ubm_length; + + kernel_pool.pool_size = kernel_free_pages * PG_SIZE; + user_pool.pool_size = user_free_pages * PG_SIZE; + +/********* 内核内存池和用户内存池位图 *********** + * 位图是全局的数据，长度不固定。 + * 全局或静态的数组需要在编译时知道其长度， + * 而我们需要根据总内存大小算出需要多少字节。 + * 所以改为指定一块内存来生成位图. + * ************************************************/ +// 内核使用的最高地址是0xc009f000,这是主线程的栈地址.(内核的大小预计为70K左右) +// 32M内存占用的位图是2k.内核内存池的位图先定在MEM_BITMAP_BASE(0xc009a000)处. + kernel_pool.pool_bitmap.bits = (void*) MEM_BITMAP_BASE; + + // 用户内存池的位图紧跟在内核内存池位图后面 + user_pool.pool_bitmap.bits = (void*)(MEM_BITMAP_BASE + kbm_length); + /******************** 输出内存池信息 **********************/ + put_str(" kernel_pool_bitmap_start:");put_int((int)kernel_pool.pool_bitmap.bits); + put_str(" kernel_pool_phy_addr_start:");put_int(kernel_pool.phy_addr_start); + put_str("\n"); + put_str(" user_pool_bitmap_start:");put_int((int)user_pool.pool_bitmap.bits); + put_str(" user_pool_phy_addr_start:");put_int(user_pool.phy_addr_start); + put_str("\n"); + + /**************** 进行初始化 ***************/ + // 将位图 置为 0 表示还未分配 + bitmap_init(&kernel_pool.pool_bitmap); + bitmap_init(&user_pool.pool_bitmap); + + // 初始化内核的虚拟地址 + // 用于维护内核堆的虚拟地址,所以要和内核内存池大小一致 + kernel_addr.vaddr_bitmap.btmp_bytes_len = kbm_length; + // 位图的数组指向一块未使用的内存,目前定位在内核内存池和用户内存池之后 + kernel_addr.vaddr_bitmap.bits = (void*)(MEM_BITMAP_BASE + kbm_length + ubm_length); + // 虚拟内存池的起始地址，以达到进程在堆中动态申请内存 + kernel_addr.vaddr_start = K_HEAP_START; //内核堆 + bitmap_init(&kernel_addr.vaddr_bitmap); + put_str(" mem_pool_init done\n"); +} + +// 内存管理部分初始化入口 +void mem_init() { + put_str("mem_init start!\n"); + uint32_t mem_bytes_total = (*(uint32_t*)(0xb00)); // 储存机器上物理内存总量 + mem_pool_init(mem_bytes_total); //初始化内存池 + put_str("mem_init done!\n"); +} \ No newline at end of file diff --git a/c10/terminal_with_lock/kernel/memory.h b/c10/terminal_with_lock/kernel/memory.h new file mode 100755 index 0000000..405f8d7 --- /dev/null +++ b/c10/terminal_with_lock/kernel/memory.h @@ -0,0 +1,33 @@ +#ifndef __KERNEL_MEMORY_H +#define __KERNEL_MEMORY_H + +#include "stdint.h" +#include "bitmap.h" + +// 内存池的标记，用来判断使用哪个内存池 +enum pool_flags { + PF_KERNEL = 1, // 内核内存池 + PF_USER = 2 // 用户内存池 +}; + +#define PG_P_1 1 // 页表项或页目录项存在属性位 +#define PG_P_0 0 // 页表项或页目录项存在属性位 +#define PG_RW_R 0 // R/W 属性位值, 读/执行 +#define PG_RW_W 2 // R/W 属性位值, 读/写/执行 +#define PG_US_S 0 // U/S 属性位值, 系统级 +#define PG_US_U 4 // U/S 属性位值, 用户级 + +// 虚拟地址池，用于虚拟地址管理 +struct virtual_addr{ + struct bitmap vaddr_bitmap; // 虚拟地址用到的 bitmap 结构, 页 为单位 + uint32_t vaddr_start; // 虚拟地址起始地址 +}; + +extern struct pool kernel_pool, user_pool; +void mem_init(void); +void* get_kernel_pages(uint32_t pg_cnt); +void* malloc_page(enum pool_flags pf, uint32_t pg_cnt); +void malloc_init(void); +uint32_t* pte_ptr(uint32_t vaddr); +uint32_t* pde_ptr(uint32_t vaddr); +#endif \ No newline at end of file diff --git a/c10/terminal_with_lock/lib/kernel/bitmap.c b/c10/terminal_with_lock/lib/kernel/bitmap.c new file mode 100755 index 0000000..323b793 --- /dev/null +++ b/c10/terminal_with_lock/lib/kernel/bitmap.c @@ -0,0 +1,82 @@ +#include "bitmap.h" +#include "stdint.h" +#include "string.h" +#include "print.h" +#include "interrupt.h" +#include "debug.h" + +// bitmap 的初始化 +void bitmap_init(struct bitmap* btmp) { + memset(btmp->bits, 0, btmp->btmp_bytes_len); +} + +// 判断 btmp 为指针处，bit_idx 位是否为 1，为 1 就返回 true +bool bitmap_scan_test(struct bitmap* btmp, uint32_t bit_idx) { + uint32_t byte_idx = bit_idx / 8;//用于标注字节 + uint32_t bit_odd = bit_idx % 8; //用于标注字节内的位 + return (btmp->bits[byte_idx] & (BITMAP_MASK << bit_odd)); +} + +// 在位图中申请连续cnt个位,成功则返回其起始位下标，失败返回-1 +int bitmap_scan(struct bitmap* btmp, uint32_t cnt) { + uint32_t idx_byte = 0; // 用于记录空闲位所在的字节 + // 先逐字节比较，蛮力法 + // 0 表示空闲，若停止，则说明至少有一个空闲位 + while(( 0xff == btmp->bits[idx_byte]) && (idx_byte < btmp->btmp_bytes_len)) { + idx_byte++; + } + ASSERT(idx_byte < btmp->btmp_bytes_len);// 断言此时在内部 + if(idx_byte == btmp->btmp_bytes_len) { + return -1;// 访问失败，返回 -1 + } + + /* 若在位图数组范围内的某字节内找到了空闲位， + * 在该字节内逐位比对,返回空闲位的索引。 + */ + int idx_bit = 0;//字节内部位数 + while((uint8_t)(BITMAP_MASK << idx_bit) & btmp->bits[idx_byte]) { + idx_bit++; + }// 找到空闲位 + int bit_idx_start = idx_byte * 8 + idx_bit; // 空闲位在bitmap 下标 + if(cnt == 1) { + return bit_idx_start; + } + + // 至此说明 cnt > 1 + // 因此首先进行剩余位数的判断，以免超过bitmap记录数 + uint32_t bit_left = (btmp->btmp_bytes_len * 8 - bit_idx_start); + uint32_t idx_next_bit = bit_idx_start + 1; + uint32_t free_bit_cnt = 1;// 一定要记得记录一下 之前判断后 还有个空闲位 + + bit_idx_start = -1; // 先将其置为 -1，若找不到连续的位就直接返回 + while(bit_left-- > 0) { + // 调用 scan_test 函数，为 0 则为 false + if(!(bitmap_scan_test(btmp, idx_next_bit))) { + free_bit_cnt++; + } else { // 由于必须是连续的，因此只要遇到 不空闲的 位 便将记录cnt置为 0 + free_bit_cnt = 0; + } + // 若是已经满足空闲数 + if(free_bit_cnt == cnt) { + bit_idx_start = idx_next_bit - cnt + 1; + break; + } + idx_next_bit++;// 继续判断下一位 + } + + return bit_idx_start; +} + +// 将位图btmp的bit_idx位设置为value +void bitmap_set(struct bitmap* btmp, uint32_t bit_idx, int8_t value) { + ASSERT((value ==0) || (value == 1));// 只能赋予 0 或 1 + uint32_t byte_idx = bit_idx / 8; //字节位 + uint32_t bit_odd = bit_idx % 8; //位数 位 + + if(value) { + btmp->bits[byte_idx] |= (BITMAP_MASK << bit_odd); + } else { + btmp->bits[byte_idx] &= ~(BITMAP_MASK << bit_odd); + } + +} diff --git a/c10/terminal_with_lock/lib/kernel/bitmap.h b/c10/terminal_with_lock/lib/kernel/bitmap.h new file mode 100755 index 0000000..ab3d2db --- /dev/null +++ b/c10/terminal_with_lock/lib/kernel/bitmap.h @@ -0,0 +1,18 @@ +#ifndef __LIB_KERNEL_BITMAP_H +#define __LIB_KERNEL_BITMAP_H +#include "global.h" +#define BITMAP_MASK 1 // 用在位图中逐位判断，主要通过 按位与 & +struct bitmap{ + uint32_t btmp_bytes_len; + /* 在遍历位图时,整体上以字节为单位,细节上是以位为单位, + 所以此处位图的指针必须是单字节 */ + uint8_t* bits; +}; + +// 函数 +void bitmap_init(struct bitmap* btmp); +bool bitmap_scan_test(struct bitmap* btmp, uint32_t bit_idx); +int bitmap_scan(struct bitmap* btmp, uint32_t cnt); +void bitmap_set(struct bitmap* btmp, uint32_t bit_idx, int8_t value); + +#endif \ No newline at end of file diff --git a/c10/terminal_with_lock/lib/kernel/io.h b/c10/terminal_with_lock/lib/kernel/io.h new file mode 100755 index 0000000..7a30b8f --- /dev/null +++ b/c10/terminal_with_lock/lib/kernel/io.h @@ -0,0 +1,49 @@ +/************** 机器模式 *************** + b -- 输出寄存器QImode名称,即寄存器中的最低8位:[a-d]l。 + w -- 输出寄存器HImode名称,即寄存器中2个字节的部分,如[a-d]x。 + + HImode + “Half-Integer”模式，表示一个两字节的整数。 + QImode + “Quarter-Integer”模式，表示一个一字节的整数。 +*******************************************/ +#ifndef _LIB_IO_H +# define _LIB_IO_H + +#include "stdint.h" + +/** + * 向指定的端口写入一个字节的数据. + * port 为 16 位即可容纳 65535 所有端口号 + * N 为立即数约束 + */ +static inline void outb(uint16_t port, uint8_t data) { + asm volatile("outb %b0, %w1" : : "a"(data), "Nd"(port)); +} +/* + * 将addr处起始的word_cnt个字写入端口port + * insw是将从端口port处读入的16位内容写入es:edi指向的内存, + * 我们在设置段描述符时, 已经将ds,es,ss段的选择子都设置为相同的值了, + * 此时不用担心数据错乱。 + */ +static inline void outsw(uint16_t port, const void* addr, uint32_t word_cnt) { + asm volatile("cld; rep outsw" : "+S"(addr), "+c"(word_cnt) : "d"(port)); +} + +/** + * 将从端口port读入的一个字节返回. + */ +static inline uint8_t inb(uint16_t port) { + uint8_t data; + asm volatile("inb %w1, %b0" : "=a"(data) : "Nd"(port)); + return data; +} + +/** + * 将从port读取的word_cnt字节写入addr. + */ +static inline void insw(uint16_t port, void* addr, uint32_t word_cnt) { + asm volatile("cld; rep insw" : "+D"(addr), "+c"(word_cnt) : "d"(port) : "memory"); +} + +#endif \ No newline at end of file diff --git a/c10/terminal_with_lock/lib/kernel/list.c b/c10/terminal_with_lock/lib/kernel/list.c new file mode 100755 index 0000000..0635cc3 --- /dev/null +++ b/c10/terminal_with_lock/lib/kernel/list.c @@ -0,0 +1,95 @@ +#include "list.h" +#include "interrupt.h" + +// 初始化双向链表 +void list_init (struct list* list) { + list->head.prev = NULL; + list->tail.next = NULL; + + list->head.next = &list->tail; + list->tail.prev = &list->head; +} + +// 将链表元素 before 插入在元素 elem 前 +void list_insert_before(struct list_elem* elem, struct list_elem* before) { + // 由于队列是公共资源，因此要保证为原子操作 + enum intr_status old_status = intr_disable();//关中断 + + // 更新节点 + elem->prev->next = before; + before->prev = elem->prev; + elem->prev = before; + before->next = elem; + + intr_set_status(old_status); +} + +void list_append(struct list* plist, struct list_elem* elem) { + list_insert_before(&plist->tail, elem);// 队列的FIFO +} + +void list_remove(struct list_elem* pelem) { + enum intr_status old_status = intr_disable(); + + pelem->prev->next = pelem->next; + pelem->next->prev = pelem->prev; + + intr_set_status(old_status);// 返回原状态 +} + +void list_push(struct list* plist, struct list_elem* elem) { + list_insert_before(plist->head.next, elem); +} + +// pop 操作，在唤醒时进行关中断 +struct list_elem* list_pop(struct list* plist) { + struct list_elem* elem = plist->head.next; + list_remove(elem); + return elem; +} + +// 查找元素 +bool elem_find(struct list* plist, struct list_elem* obj_elem) { + struct list_elem* elem = plist->head.next; + while(elem != &plist->tail) { + if(elem == obj_elem) { + return true; + } + elem = elem->next; + } + return false; +} + +// 遍历列表的所有元素，判断是否有 elem 满足条件 +// 判断方法采用 func 回调函数进行判断 +struct list_elem* list_traversal(struct list* plist, function func, int arg) { + struct list_elem* elem = plist->head.next; + // 如果队列为空 直接 return + if(list_empty(plist)) { + return NULL; + } + while(elem != &plist->tail) { + if(func(elem, arg)) { + return elem; + } + elem = elem->next; + } + return NULL; +} + +// 判断空 +bool list_empty(struct list* plist) { + return (plist->head.next == &plist->tail ? true : false); +} + +uint32_t list_len(struct list* plist) { + struct list_elem* elem = plist->head.next; + uint32_t len = 0; + while(elem != &plist->tail) { + elem = elem->next; + len++; + } + return len; +} + + diff --git a/c10/terminal_with_lock/lib/kernel/list.h b/c10/terminal_with_lock/lib/kernel/list.h new file mode 100755 index 0000000..3bd6ba0 --- /dev/null +++ b/c10/terminal_with_lock/lib/kernel/list.h @@ -0,0 +1,40 @@ +#ifndef __LIB_KERNEL_LIST_H +#define __LIB_KERNEL_LIST_H +#include "global.h" + + +// 令基址为 0 ，那么偏移量就等于 结构体中元素的偏移值 +#define offset(struct_type, member) (int)(&((struct_type*)0)->member) +// 通过结构体内部指针 转换为 代表该结构体 的方法： +// 将 elem_ptr(结构体内部元素指针) 的地址减去 elem_ptr 在结构体内部的偏移量 +// 从而获取所在结构体的地址，再将该地址转换为 struct 类型 +// struct_member_name 为内部变量名，主要用于 offset 函数 获取结构体内偏移值 +#define elem2entry(struct_type, struct_member_name, elem_ptr) \ + (struct_type*)((int)elem_ptr - offset(struct_type, struct_member_name)) +// 节点，不需要 data 域 +struct list_elem { + struct list_elem* prev;// 前驱 + struct list_elem* next;// 后继 +}; + +// 链表结构，用来实现队列 +struct list { + struct list_elem head;// 头指针 + struct list_elem tail;// 尾指针 +}; + +typedef bool (function)(struct list_elem*, int arg); + +void list_init (struct list*); +void list_insert_before(struct list_elem* elem, struct list_elem* before); +void list_push(struct list* plist, struct list_elem* elem); +void list_iterate(struct list* plist); +void list_append(struct list* plist, struct list_elem* elem); +void list_remove(struct list_elem* pelem); +struct list_elem* list_pop(struct list* plist); +bool list_empty(struct list* plist); +uint32_t list_len(struct list* plist); +struct list_elem* list_traversal(struct list* plist, function func, int arg); +bool elem_find(struct list* plist, struct list_elem* obj_elem); + +#endif \ No newline at end of file diff --git a/c10/terminal_with_lock/lib/kernel/print.S b/c10/terminal_with_lock/lib/kernel/print.S new file mode 100755 index 0000000..af4424f --- /dev/null +++ b/c10/terminal_with_lock/lib/kernel/print.S @@ -0,0 +1,239 @@ +TI_GDT equ 0 +RPL0 equ 0 +SELECTOR_VIDEO equ (0x0003<<3) + TI_GDT + RPL0 + +section .data +put_int_buffer dq 0 ; 定义8字节缓冲区用于数字到字符的转换 + +[bits 32] +section .text +;-------------------------------------------- +;put_str 通过put_char来打印以0字符结尾的字符串 +;-------------------------------------------- +;输入：栈中参数为打印的字符串 +;输出：无 + +global put_str +put_str: +;由于本函数中只用到了ebx和ecx,只备份这两个寄存器 + push ebx + push ecx + xor ecx, ecx ; 准备用ecx存储参数,清空 + mov ebx, [esp + 12] ; 从栈中得到待打印的字符串地址 +.goon: + mov cl, [ebx] + cmp cl, 0 ; 如果处理到了字符串尾,跳到结束处返回 + jz .str_over + push ecx ; 为put_char函数传递参数 + call put_char + add esp, 4 ; 回收参数所占的栈空间 + inc ebx ; 使ebx指向下一个字符 + jmp .goon +.str_over: + pop ecx + pop ebx + ret + +;------------------------ put_char ----------------------------- +;功能描述:把栈中的1个字符写入光标所在处 +;------------------------------------------------------------------- +global put_char +put_char: + pushad ;备份32位寄存器环境 + ;需要保证gs中为正确的视频段选择子,为保险起见,每次打印时都为gs赋值 + mov ax, SELECTOR_VIDEO ; 不能直接把立即数送入段寄存器 + mov gs, ax + +;;;;;;;;; 获取当前光标位置 ;;;;;;;;; + ;先获得高8位 + mov dx, 0x03d4 ;索引寄存器 + mov al, 0x0e ;用于提供光标位置的高8位 + out dx, al + mov dx, 0x03d5 ;通过读写数据端口0x3d5来获得或设置光标位置 + in al, dx ;得到了光标位置的高8位 + mov ah, al + + ;再获取低8位 + mov dx, 0x03d4 + mov al, 0x0f + out dx, al + mov dx, 0x03d5 + in al, dx + + ;将光标存入bx + mov bx, ax + ;下面这行是在栈中获取待打印的字符 + mov ecx, [esp + 36] ;pushad压入4×8＝32字节,加上主调函数的返回地址4字节,故esp+36字节 + cmp cl, 0xd ;CR是0x0d,LF是0x0a + jz .is_carriage_return + cmp cl, 0xa + jz .is_line_feed + + cmp cl, 0x8 ;BS(backspace)的asc码是8 + jz .is_backspace + jmp .put_other +;;;;;;;;;;;;;;;;;; + + .is_backspace: +;;;;;;;;;;;; backspace的一点说明 ;;;;;;;;;; +; 当为backspace时,本质上只要将光标移向前一个显存位置即可.后面再输入的字符自然会覆盖此处的字符 +; 但有可能在键入backspace后并不再键入新的字符,这时在光标已经向前移动到待删除的字符位置,但字符还在原处, +; 这就显得好怪异,所以此处添加了空格或空字符0 + dec bx + shl bx,1 + mov byte [gs:bx], 0x20 ;将待删除的字节补为0或空格皆可 + inc bx + mov byte [gs:bx], 0x07 + shr bx,1 + jmp .set_cursor +;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;; + + .put_other: + shl bx, 1 ; 光标位置是用2字节表示,将光标值乘2,表示对应显存中的偏移字节 + mov [gs:bx], cl ; ascii字符本身 + inc bx + mov byte [gs:bx],0x07 ; 字符属性 + shr bx, 1 ; 恢复老的光标值 + inc bx ; 下一个光标值 + cmp bx, 2000 + jl .set_cursor ; 若光标值小于2000,表示未写到显存的最后,则去设置新的光标值 + ; 若超出屏幕字符数大小(2000)则换行处理 + .is_line_feed: ; 是换行符LF(\n) + .is_carriage_return: ; 是回车符CR(\r) + ; 如果是CR(\r),只要把光标移到行首就行了。 + xor dx, dx ; dx是被除数的高16位,清0. + mov ax, bx ; ax是被除数的低16位. + mov si, 80 ; 由于是效仿linux，linux中\n便表示下一行的行首，所以本系统中， + div si ; 把\n和\r都处理为linux中\n的意思，也就是下一行的行首。 + sub bx, dx ; 光标值减去除80的余数便是取整 + ; 以上4行处理\r的代码 + + .is_carriage_return_end: ; 回车符CR处理结束 + add bx, 80 + cmp bx, 2000 + .is_line_feed_end: ; 若是LF(\n),将光标移+80便可。 + jl .set_cursor + +;屏幕行范围是0~24,滚屏的原理是将屏幕的1~24行搬运到0~23行,再将第24行用空格填充 + .roll_screen: ; 若超出屏幕大小，开始滚屏 + cld + mov ecx, 960 ; 一共有2000-80=1920个字符要搬运,共1920*2=3840字节.一次搬4字节,共3840/4=960次 + mov esi, 0xb80a0 ; 第1行行首 + mov edi, 0xb8000 ; 第0行行首 + rep movsd + +;;;;;;;将最后一行填充为空白 + mov ebx, 3840 ; 最后一行首字符的第一个字节偏移= 1920 * 2 + mov ecx, 80 ;一行是80字符(160字节),每次清空1字符(2字节),一行需要移动80次 + .cls: + mov word [gs:ebx], 0x0720 ;0x0720是黑底白字的空格键 + add ebx, 2 + loop .cls + mov bx,1920 ;将光标值重置为1920,最后一行的首字符. + + .set_cursor: + ;将光标设为bx值 +;;;;;;; 1 先设置高8位 ;;;;;;;; + mov dx, 0x03d4 ;索引寄存器 + mov al, 0x0e ;用于提供光标位置的高8位 + out dx, al + mov dx, 0x03d5 ;通过读写数据端口0x3d5来获得或设置光标位置 + mov al, bh + out dx, al + +;;;;;;; 2 再设置低8位 ;;;;;;;;; + mov dx, 0x03d4 + mov al, 0x0f + out dx, al + mov dx, 0x03d5 + mov al, bl + out dx, al + .put_char_done: + popad + ret + +;-------------------- 将小端字节序的数字变成对应的ascii后，倒置 ----------------------- +;输入：栈中参数为待打印的数字 +;输出：在屏幕上打印16进制数字,并不会打印前缀0x,如打印10进制15时，只会直接打印f，不会是0xf +;------------------------------------------------------------------------------------------ +global put_int +put_int: + pushad + mov ebp, esp + mov eax, [ebp+4*9] ; call的返回地址占4字节+pushad的8个4字节 + mov edx, eax + mov edi, 7 ; 指定在put_int_buffer中初始的偏移量 + mov ecx, 8 ; 32位数字中,16进制数字的位数是8个 + mov ebx, put_int_buffer + +;将32位数字按照16进制的形式从低位到高位逐个处理,共处理8个16进制数字 +.16based_4bits: ; 每4位二进制是16进制数字的1位,遍历每一位16进制数字 + and edx, 0x0000000F ; 解析16进制数字的每一位。and与操作后,edx只有低4位有效 + cmp edx, 9 ; 数字0～9和a~f需要分别处理成对应的字符 + jg .is_A2F + add edx, '0' ; ascii码是8位大小。add求和操作后,edx低8位有效。 + jmp .store +.is_A2F: + sub edx, 10 ; A~F 减去10 所得到的差,再加上字符A的ascii码,便是A~F对应的ascii码 + add edx, 'A' + +;将每一位数字转换成对应的字符后,按照类似“大端”的顺序存储到缓冲区put_int_buffer +;高位字符放在低地址,低位字符要放在高地址,这样和大端字节序类似,只不过咱们这里是字符序. +.store: +; 此时dl中应该是数字对应的字符的ascii码 + mov [ebx+edi], dl + dec edi + shr eax, 4 + mov edx, eax + loop .16based_4bits + +;现在put_int_buffer中已全是字符,打印之前, +;把高位连续的字符去掉,比如把字符000123变成123 +.ready_to_print: + inc edi ; 此时edi退减为-1(0xffffffff),加1使其为0 +.skip_prefix_0: + cmp edi,8 ; 若已经比较第9个字符了，表示待打印的字符串为全0 + je .full0 +;找出连续的0字符, edi做为非0的最高位字符的偏移 +.go_on_skip: + mov cl, [put_int_buffer+edi] + inc edi + cmp cl, '0' + je .skip_prefix_0 ; 继续判断下一位字符是否为字符0(不是数字0) + dec edi ;edi在上面的inc操作中指向了下一个字符,若当前字符不为'0',要恢复edi指向当前字符 + jmp .put_each_num + +.full0: + mov cl,'0' ; 输入的数字为全0时，则只打印0 +.put_each_num: + push ecx ; 此时cl中为可打印的字符 + call put_char + add esp, 4 + inc edi ; 使edi指向下一个字符 + mov cl, [put_int_buffer+edi] ; 获取下一个字符到cl寄存器 + cmp edi,8 + jl .put_each_num + popad + ret + +global set_cursor +set_cursor: + pushad + mov bx, [esp+36] +;;;;;;; 1 先设置高8位 ;;;;;;;; + mov dx, 0x03d4 ;索引寄存器 + mov al, 0x0e ;用于提供光标位置的高8位 + out dx, al + mov dx, 0x03d5 ;通过读写数据端口0x3d5来获得或设置光标位置 + mov al, bh + out dx, al + +;;;;;;; 2 再设置低8位 ;;;;;;;;; + mov dx, 0x03d4 + mov al, 0x0f + out dx, al + mov dx, 0x03d5 + mov al, bl + out dx, al + popad + ret \ No newline at end of file diff --git a/c10/terminal_with_lock/lib/kernel/print.h b/c10/terminal_with_lock/lib/kernel/print.h new file mode 100755 index 0000000..97b3896 --- /dev/null +++ b/c10/terminal_with_lock/lib/kernel/print.h @@ -0,0 +1,9 @@ +#ifndef __LIB_KERNEL_PRINT_H +#define __LIB_KERNEL_PRINT_H +#include "stdint.h" +void put_char(uint8_t char_asci); +void put_str(char* message); +void put_int(uint32_t num); // 以16进制打印 +void set_cursor(uint32_t cursor_pos); +#endif + diff --git a/c10/terminal_with_lock/lib/stdint.h b/c10/terminal_with_lock/lib/stdint.h new file mode 100755 index 0000000..af563e0 --- /dev/null +++ b/c10/terminal_with_lock/lib/stdint.h @@ -0,0 +1,11 @@ +#ifndef __LIB_STDINT_H +#define __LIB_STDINT_H +typedef signed char int8_t; +typedef signed short int int16_t; +typedef signed int int32_t; +typedef signed long long int int64_t; +typedef unsigned char uint8_t; +typedef unsigned short int uint16_t; +typedef unsigned int uint32_t; +typedef unsigned long long int uint64_t; +#endif diff --git a/c10/terminal_with_lock/lib/string.c b/c10/terminal_with_lock/lib/string.c new file mode 100755 index 0000000..ab47322 --- /dev/null +++ b/c10/terminal_with_lock/lib/string.c @@ -0,0 +1,121 @@ +#include "string.h" +#include "global.h" +#include "debug.h" + +/* 进行初始化 将dst_起始的size个字节置为value */ +// 通常用于内存分配时的数据清 0 +void memset(void* dst_, uint8_t value, uint32_t size) { + ASSERT(dst_ != NULL); + uint8_t* dst = (uint8_t*)dst_; + while (size-- > 0){ + *dst++ = value; + } +} + +/* 将src_起始的size个字节复制到dst_ */ +void memcpy(void* dst_, const void* src_, uint32_t size) { + ASSERT(dst_ != NULL && src_ != NULL); + uint8_t* dst = dst_; + const uint8_t* src = src_; + while(size-- > 0) { + *dst++ = *src++; + } +} + +/* 连续比较以地址a_和地址b_开头的size个字节, + 若相等则返回0,若a_大于b_返回+1,否则返回-1 */ +int memcmp(const void* a_, const void* b_, uint32_t size) { + const char* a = a_; + const char* b = b_; + ASSERT(a != NULL && b != NULL); + while(size-- > 0) { + if(*a != *b) { + return *a > *b ? 1 : -1; + } + a++; + b++; + } + // 至此说明相等 + return 0; +} + +/* 将字符串从src_复制到dst_ */ +char* strcpy(char* dst_, const char* src_) { + ASSERT(dst_ != NULL && src_ != NULL); + char* temp = dst_; // 暂存地址 + // 以 字符串结尾 '0' 作为终止条件 + while((*dst_++ = *src_++)); + return temp; +} + + +/* 返回字符串长度 */ +uint32_t strlen(const char* str) { + ASSERT(str != NULL); + const char* end = str;// 标记结尾处位置 + // 和strcpy 函数一样，遇到 '0'停止 + while(*end++); + return (end - str - 1); +} +/* 比较两个字符串,若a_中的字符大于b_中的字符返回1,相等时返回0,否则返回-1. */ +int8_t strcmp (const char* a, const char* b) { + ASSERT(a != NULL && b != NULL); + while(*a != 0 && *a == *b) { + a++; + b++; + } + // 如果 < 就返回 -1 + // 如果 >= 就前往 布尔式 + // 该布尔式表示，要是 > 就 返回 1, 否则只可能是 = ，布尔值刚好是 0 + return *a < *b ? -1 : *a > *b; +} + +/* 从左到右查找字符串str中首次出现字符ch的地址(不是下标,是地址) */ +char* strchr(const char* str, const uint8_t ch) { + ASSERT(str != NULL); + while(*str != 0) { + if(*str == ch) { + return (char*) str;// 强制转换 + } + str++; + } + return NULL; +} + +/* 从右往左查找字符串str中首次出现字符ch的地址(不是下标,是地址) */ +char* strrchr(const char* str, const uint8_t ch) { + ASSERT(str != NULL); + const char* last = NULL; + // 从左往右遍历，将 last 更新即可，这样便不用手动判断 '0' + while(*str != 0) { + if(*str == ch) { + last = str; + } + str++; + } + return (char*)last; +} + +/* 将字符串src_拼接到dst_后,将回拼接的串地址 */ +char* strcat(char* dst_, const char* src_) { + ASSERT(dst_ != NULL && src_ != NULL); + char* str = dst_; + while(*str++);// 循环到末尾 + --str;//得到拼接位置 + while((*str++ = *src_++)); + return dst_; +} + +/* 在字符串str中查找指定字符ch出现的次数 */ +uint32_t strchrs(const char* str, uint8_t ch) { + ASSERT(str != NULL); + uint32_t cnt = 0; + const char* temp = str; + while(*temp != 0) { + if(*temp == ch) { + cnt++; + } + temp++; + } + return cnt; +} \ No newline at end of file diff --git a/c10/terminal_with_lock/lib/string.h b/c10/terminal_with_lock/lib/string.h new file mode 100755 index 0000000..516630e --- /dev/null +++ b/c10/terminal_with_lock/lib/string.h @@ -0,0 +1,14 @@ +#ifndef __LIB_STRING_H +#define __LIB_STRING_H +#include "stdint.h" +void memset(void* dst_, uint8_t value, uint32_t size); +void memcpy(void* dst_, const void* src_, uint32_t size); +int memcmp(const void* a_, const void* b_, uint32_t size); +char* strcpy(char* dst_, const char* src_); +uint32_t strlen(const char* str); +int8_t strcmp (const char *a, const char *b); +char* strchr(const char* string, const uint8_t ch); +char* strrchr(const char* string, const uint8_t ch); +char* strcat(char* dst_, const char* src_); +uint32_t strchrs(const char* filename, uint8_t ch); +#endif diff --git a/c10/terminal_with_lock/makefile b/c10/terminal_with_lock/makefile new file mode 100644 index 0000000..27e0899 --- /dev/null +++ b/c10/terminal_with_lock/makefile @@ -0,0 +1,117 @@ +BUILD_DIR = ./build +# 存储编译的所有文件 +ENTRY_POINT = 0xc0001500 +# ld 链接 -Ttext参数 +# 编译器及编译参数 +AS = nasm +CC = gcc +LD = ld +LIB = -I lib/ -I lib/kernel/ -I lib/user/ -I kernel/ -I device/ -I thread/ +ASFLAGS = -f elf +ASIB = -I include/ +CFLAGS = -Wall -m32 -fno-stack-protector $(LIB) -c -fno-builtin \ + -W -Wstrict-prototypes -Wmissing-prototypes +LDFLAGS = -m elf_i386 -Ttext $(ENTRY_POINT) -e main -Map $(BUILD_DIR)/kernel.map +OBJS = $(BUILD_DIR)/main.o $(BUILD_DIR)/init.o $(BUILD_DIR)/interrupt.o \ + $(BUILD_DIR)/timer.o $(BUILD_DIR)/kernel.o $(BUILD_DIR)/print.o \ + $(BUILD_DIR)/debug.o $(BUILD_DIR)/memory.o $(BUILD_DIR)/bitmap.o \ + $(BUILD_DIR)/string.o $(BUILD_DIR)/thread.o $(BUILD_DIR)/switch.o \ + $(BUILD_DIR)/list.o $(BUILD_DIR)/console.o $(BUILD_DIR)/sync.o + + + +############## c代码编译 ############### +$(BUILD_DIR)/main.o: kernel/main.c lib/kernel/print.h \ + lib/stdint.h kernel/init.h + $(CC) $(CFLAGS) $< -o $@ + +$(BUILD_DIR)/init.o: kernel/init.c kernel/init.h lib/kernel/print.h \ + lib/stdint.h kernel/interrupt.h device/timer.h + $(CC) $(CFLAGS) $< -o $@ + +$(BUILD_DIR)/interrupt.o: kernel/interrupt.c kernel/interrupt.h \ + lib/stdint.h kernel/global.h lib/kernel/io.h lib/kernel/print.h + $(CC) $(CFLAGS) $< -o $@ + +$(BUILD_DIR)/timer.o: device/timer.c device/timer.h lib/stdint.h\ + lib/kernel/io.h lib/kernel/print.h + $(CC) $(CFLAGS) $< -o $@ + +$(BUILD_DIR)/debug.o: kernel/debug.c kernel/debug.h \ + lib/kernel/print.h lib/stdint.h kernel/interrupt.h + $(CC) $(CFLAGS) $< -o $@ + +$(BUILD_DIR)/string.o: lib/string.c lib/string.h lib/stdint.h kernel/global.h \ + lib/stdint.h kernel/debug.h + $(CC) $(CFLAGS) $< -o $@ + +$(BUILD_DIR)/bitmap.o: lib/kernel/bitmap.c lib/kernel/bitmap.h \ + kernel/global.h lib/stdint.h lib/string.h lib/stdint.h \ + lib/kernel/print.h kernel/interrupt.h kernel/debug.h + $(CC) $(CFLAGS) $< -o $@ + +$(BUILD_DIR)/list.o: lib/kernel/list.c lib/kernel/list.h kernel/global.h lib/stdint.h \ + kernel/interrupt.h + $(CC) $(CFLAGS) $< -o $@ + +$(BUILD_DIR)/memory.o: kernel/memory.c kernel/memory.h lib/stdint.h lib/kernel/bitmap.h \ + kernel/global.h kernel/global.h kernel/debug.h lib/kernel/print.h \ + lib/kernel/io.h kernel/interrupt.h lib/string.h lib/stdint.h + $(CC) $(CFLAGS) $< -o $@ + +$(BUILD_DIR)/thread.o: thread/thread.c thread/thread.h lib/stdint.h \ + kernel/global.h lib/kernel/bitmap.h kernel/memory.h lib/string.h \ + lib/stdint.h lib/kernel/print.h kernel/interrupt.h kernel/debug.h + $(CC) $(CFLAGS) $< -o $@ + +$(BUILD_DIR)/console.o: device/console.c device/console.h lib/stdint.h \ + lib/kernel/print.h thread/sync.h lib/kernel/list.h kernel/global.h \ + thread/thread.h thread/thread.h + $(CC) $(CFLAGS) $< -o $@ + +$(BUILD_DIR)/sync.o: thread/sync.c thread/sync.h lib/kernel/list.h kernel/global.h \ + lib/stdint.h thread/thread.h lib/string.h lib/stdint.h kernel/debug.h \ + kernel/interrupt.h + $(CC) $(CFLAGS) $< -o $@ + +# 编译loader和mbr +$(BUILD_DIR)/mbr.bin: boot/mbr.S + $(AS) $(ASIB) $< -o $@ + +$(BUILD_DIR)/loader.bin: boot/loader.S + $(AS) $(ASIB) $< -o $@ + +############## 汇编代码编译 ############### +$(BUILD_DIR)/kernel.o: kernel/kernel.S + $(AS) $(ASFLAGS) $< -o $@ +$(BUILD_DIR)/print.o: lib/kernel/print.S + $(AS) $(ASFLAGS) $< -o $@ +$(BUILD_DIR)/switch.o: thread/switch.S + $(AS) $(ASFLAGS) $< -o $@ + +############## 链接所有目标文件 ############# +$(BUILD_DIR)/kernel.bin: $(OBJS) + $(LD) $(LDFLAGS) $^ -o $@ + +.PHONY : mk_dir hd clean tran all + +mk_dir: + if [ ! -d $(BUILD_DIR) ]; then mkdir $(BUILD_DIR); fi + +hd: + # echo ".....Writing mbr, loader and kernel to disk....." + dd if=$(BUILD_DIR)/mbr.bin of=/home/husharp/bochs_hu/bochs/hd60M.img bs=512 count=1 conv=notrunc + dd if=$(BUILD_DIR)/loader.bin of=/home/husharp/bochs_hu/bochs/hd60M.img bs=512 count=4 seek=2 conv=notrunc + dd if=$(BUILD_DIR)/kernel.bin of=/home/husharp/bochs_hu/bochs/hd60M.img bs=512 count=200 seek=9 conv=notrunc + + +clean: + cd $(BUILD_DIR) && rm -f ./* + +build: $(BUILD_DIR)/mbr.bin $(BUILD_DIR)/loader.bin $(BUILD_DIR)/kernel.bin + # echo ".....build kernel now....." + +all: mk_dir build hd tran + +tran: + cd /home/husharp/bochs_hu/bochs/ && bin/bochs -f bochsrc.disk diff --git a/c10/terminal_with_lock/thread/switch.S b/c10/terminal_with_lock/thread/switch.S new file mode 100755 index 0000000..27705cd --- /dev/null +++ b/c10/terminal_with_lock/thread/switch.S @@ -0,0 +1,37 @@ +[bits 32] +section .text +global switch_to +; switch_to 函数接收两个参数 +; 一个是当前线程 cur， 一个是下一个处理器线程 +; 因此该函数的作用是 保存当前线程，将下一个线程放到处理器中 +; +; struct thread_stack { +; uint32_t ebp; +; uint32_t ebx; +; uint32_t edi; +; uint32_t esi; +; +; 易知反向压栈 +switch_to: + ; 第一部分：保存中断前的上下文环境 + ; 压入到内核栈，因此之后将内核栈储存 + push esi + push edi + push ebx + push ebp + +; struct task_struct { +; uint32_t* self_kstack; // 各内核线程都用自己的内核栈 + + mov eax, [esp + 20] ; 得到栈中参数 4*4 + 4 即 4 个压栈 和 1 个返回地址 + mov [eax], esp ; eax 指的是 PCB 的首地址，而第一个参数是 每个线程的内核栈 + + ; 往处理器上装载调度的新线程上下文 + mov eax, [esp + 24] ; 同理 + mov esp, [eax] + + pop ebp ; 此时恢复的是：新线程内核栈内部的上下文 + pop ebx + pop edi + pop esi + ret \ No newline at end of file diff --git a/c10/terminal_with_lock/thread/sync.c b/c10/terminal_with_lock/thread/sync.c new file mode 100644 index 0000000..87866e4 --- /dev/null +++ b/c10/terminal_with_lock/thread/sync.c @@ -0,0 +1,99 @@ +#include "sync.h" +#include "kernel/list.h" +#include "global.h" +#include "debug.h" +#include "interrupt.h" + +// 初始化信号量 +void sema_init(struct semaphore* psema, uint8_t value) { + psema->value = value; + list_init(&psema->waiters); +} + +// 初始化锁 +void lock_init(struct lock* plock) { + plock->holder = NULL; + plock->holder_repeat_nr = 0;//将重复量置为0 + // 本系统采用二元信号量 + sema_init(&plock->semaphore, 1);// 信号量初始化为 1 +} + +// 信号量的 down 操作 +void sema_down(struct semaphore* psema) { + enum intr_status old_status = intr_disable();// 先关中断 保证原子性 + // 用 while 保证一直对信号量进行判断 + while(psema->value == 0) {//循环判断value 要是一直为 0 便一直堵塞 + // 开始阻塞之前，不应该在该锁的等待队列中 + ASSERT(!elem_find(&psema->waiters, &running_thread()->general_tag)); + + if (elem_find(&psema->waiters, &running_thread()->general_tag)) { + PANIC("sema_down: thread bloked has been in block_waiter_list\n"); + } + // 将当前线程加入到该锁的等待队列中 + list_append(&psema->waiters, &running_thread()->general_tag); + // 调用阻塞函数，去调度其他线程 + // 当调度线程为该锁的持有者时，运行完之后，就会将该 堵塞进程唤醒 + thread_block(TASK_BLOCKED);//堵塞态，一直等待到唤醒 + // 醒来后，由于是 while 因此会继续进行判断，发现此时为 1 就跳出循环 进行-1 + } + // 若 value 为1 ，或者是被唤醒后，即此时获取了锁 + psema->value--; + ASSERT(psema->value == 0); + // 恢复之前的中断状态 + intr_set_status(old_status); +} + +// 信号量中的 up 操作 +void sema_up(struct semaphore* psema) { + // 关中断 + enum intr_status old_status = intr_disable(); + ASSERT(psema->value == 0);// 此时应该为 0 ，进行唤醒 + if(!list_empty(&psema->waiters)) {//若锁的等待数组不为 0 ，需要唤醒（由于是二元信号量，唤醒一个即可 + struct task_struct* blocked_thread = elem2entry(struct task_struct, general_tag, list_pop(&psema->waiters)); + // 调用唤醒函数 + thread_unblock(blocked_thread); + }// 所谓唤醒，并非是直接开始执行，而是改变 thread 的 stat 使其加入到就绪队列中。 + // 并且为 push 加入，优先进行调度 + // 至此 锁的等待队列中没有在等待线程了 + psema->value++;// 归还锁 + ASSERT(psema->value == 1); + // 进行开中断 + intr_set_status(old_status); +} + +// 锁的获取函数 +// 主要值得注意的是，不能重复申请锁（以免变为死锁——即自己等待自己释放锁） +// 主要判断点在于 锁 中的 holder_repeat_nr 变量 +void lock_acquire(struct lock* plock) { + if (plock->holder != running_thread()) {//持有者不为当前者 + sema_down(&plock->semaphore);//对信号量执行 P 操作，可能会阻塞 + plock->holder = running_thread();// 此时获取到锁 + // 之前还未获取到锁 + ASSERT(plock->holder_repeat_nr == 0); + // 此时表示第一次获取到锁 + plock->holder_repeat_nr = 1; + } else {//持有者是当前者，未避免死锁，拒绝再获取锁，将申请次数++，直接返回即可 + plock->holder_repeat_nr++; + } +} + +// 释放锁函数 释放参数中的锁 +void lock_release(struct lock* plock) { + // 当前线程应该为锁的持有者 + ASSERT(plock->holder == running_thread()); + if (plock->holder_repeat_nr > 1) {//说明多次申请该锁，还不能进行释放 + plock->holder_repeat_nr--;// 因为要嵌套返回，且之前获取锁并未操作 + return; + } + ASSERT(plock->holder_repeat_nr == 1); + + // 改 plock 需要在 V 操作前面执行 + // 因为 释放锁的操作并未关中断 + // 若将 V 放在 holder 置为 NULL 之前，那么可能出现如下情况： + // 当前线程刚刚执行完 V ，还未置为 NULL 便被调度为新线程 + // 新线程将 holder 置为 新线程的 PCB + // 此时又被调度为 置为 NULL ，易知不得行 + plock->holder = NULL; + plock->holder_repeat_nr = 0; + sema_up(&plock->semaphore);// 信号量的 V 操作 +} \ No newline at end of file diff --git a/c10/terminal_with_lock/thread/sync.h b/c10/terminal_with_lock/thread/sync.h new file mode 100644 index 0000000..738e00f --- /dev/null +++ b/c10/terminal_with_lock/thread/sync.h @@ -0,0 +1,30 @@ +#ifndef __THREAD_SYNC_H +#define __THREAD_SYNC_H +#include "kernel/list.h" +#include "stdint.h" +#include "thread.h" + +// 信号量 +struct semaphore { + uint8_t value;// 信号量的值，会有初始值 + struct list waiters;// 记录此信号量上阻塞的所有线程 +}; + +// 锁结构 +struct lock { + struct task_struct* holder; //锁的持有者 + struct semaphore semaphore; // 用二元信号量来实现锁 + // 由于有时候可能在还未释放锁之前，会再次调用申请锁的函数 + // 因此需要记录是否之前申请过锁 + uint32_t holder_repeat_nr; // 锁的持有者重复申请锁的次数 +}; + +/******* 函数实现 ***************/ +void sema_init(struct semaphore* psema, uint8_t value); +void sema_down(struct semaphore* psema); +void sema_up(struct semaphore* psema); +void lock_init(struct lock* plock); +void lock_acquire(struct lock* plock); +void lock_release(struct lock* plock); + +#endif \ No newline at end of file diff --git a/c10/terminal_with_lock/thread/thread.c b/c10/terminal_with_lock/thread/thread.c new file mode 100755 index 0000000..fb0fd22 --- /dev/null +++ b/c10/terminal_with_lock/thread/thread.c @@ -0,0 +1,202 @@ +#include "thread.h" +#include "stdint.h" +#include "string.h" +#include "global.h" +#include "debug.h" +#include "interrupt.h" +#include "print.h" +#include "memory.h" + +#define PG_SIZE 4096 + +// 定义主线程的 PCB，因为进入内核后，实则上一直执行的是 main 函数 +struct task_struct* main_thread; // 主线程 PCB +struct list thread_ready_list; // 就绪队列 +// 当线程不为就绪态时，会从所有线程队列中找到它 +struct list thread_all_list; // 所有线程队列 +// 队列是以 elem 的形式储存在 list 队列中，因此需要一个 elem 变量来将其取出转换 +static struct list_elem* thread_tag; // 用于保存队列中的线程节点 + +// switch_to函数的外部声明 global +extern void switch_to(struct task_struct* cur, struct task_struct* next); + + +// 取当前线程的 PCB 指针 +struct task_struct* running_thread(void) { + uint32_t esp; + asm("mov %%esp, %0" : "=g"(esp)); + // 取 esp 的前20位，PCB 的栈顶就为 0级栈 + return (struct task_struct*)(esp & 0xfffff000); +} + +// 不能按照以往的函数调用， 比如 kernel_thread(function， func_arg) +// 因为 我们此处采用的是 ret 返回，而不是 call ， +// 因此需要采用存储到 kernel_thread 的栈中，存储参数和占位返回地址的方式 + +/* 由kernel_thread去执行function(func_arg) */ +static void kernel_thread(thread_func* function, void* func_arg) { + // 由于线程的运行是由调度器中断调度，进入中断后，处理器会自动关中断。 + // 执行 function 前开中断，避免之后的时钟中断被屏蔽，从而无法调度其他线程 + intr_enable(); + function(func_arg); // 调用 function +} + +// 初始化线程栈thread_stack,将待执行的函数和参数放到thread_stack中相应的位置 +void thread_create(struct task_struct* pthread, thread_func function, void* func_arg) { + // 由于 init_thread 中，已经指向最顶端了 + // 先预留中断使用栈的空间，可见 thread.h 中定义的结构 + // 中断栈用于保存中断时的上下文，实现用户进程时，初始值也会放在中断栈 + pthread->self_kstack -= sizeof(struct intr_stack); + + // 再留出线程栈空间 + pthread->self_kstack -= sizeof(struct thread_stack); + + // 定义线程栈指针 + struct thread_stack* kthread_stack = (struct thread_stack*) pthread->self_kstack; + + // 为 kernel_thread 中 能调用 function 做准备 + // kernel_thread 是第一个函数， eip直接指向它，然后再调用其他的 function + kthread_stack->eip = kernel_thread; + kthread_stack->function = function; + kthread_stack->func_arg = func_arg; + // 初始化为 0 ，在还未执行函数前，寄存器不应该有值 + kthread_stack->ebp = kthread_stack->ebx = \ + kthread_stack->edi = kthread_stack->esi = 0; +} + + +// 初始化线程基本信息 +void init_thread(struct task_struct* pthread, char* name, int prio) { + // + memset(pthread, 0, sizeof(*pthread)); + strcpy(pthread->name, name); + // 将主函数也封装为一个线程，且由于其一直运行，因此状态赋为 Running + if(pthread == main_thread) { + pthread->status = TASK_RUNNING; + } else { + pthread->status = TASK_READY; + } + + + // 此处是为演习，因此直接将 状态置为 running + pthread->priority = prio; + pthread->ticks = prio; + pthread->elapsed_ticks = 0; //表示还未执行过 + pthread->pgdir = NULL; //线程没有自己的地址空间 + pthread->stack_magic = 0x20000611; //自定义一个魔数 + // self_kstack 是线程自己在内核态下使用的栈顶地址，指向最顶端 + pthread->self_kstack = (uint32_t*)((uint32_t)pthread + PG_SIZE); +} + +// 线程创建函数 +//创建一优先级为prio的线程,线程名为name,线程所执行的函数是function(func_arg) +struct task_struct* thread_start(char* name, int prio, thread_func function, void* func_arg) { + // pcb 位于内核空间，包括用户进程的 pcb 也是在内核空间中 + + // 先通过 内核物理页申请函数 申请一页 + struct task_struct* thread = get_kernel_pages(1); + // 由于 get_kernel_page 获取的是起始位置，因此获取的是 pcb 最低地址 + // 初始化新建线程 + init_thread(thread, name, prio); + // 创建线程 + thread_create(thread, function, func_arg); + // 至此 线程得到初始化和创建后，需要加入到就绪队列和全局队列中 + + // 首先需要判断不在就绪队列中 + ASSERT(!elem_find(&thread_ready_list, &thread->general_tag)); + // 加入就绪队列 + list_append(&thread_ready_list, &thread->general_tag); + // 首先需要判断不在全局队列中 + ASSERT(!elem_find(&thread_all_list, &thread->all_list_tag)); + // 加入就绪队列 + list_append(&thread_all_list, &thread->all_list_tag); + + + // 简陋版本（以后改为 switch_to + // 作用为：开启线程 + // 由于 thread_create 中将 self_kstack 指向线程栈的最低处，现在将 self_kstack 作为栈顶 + // ret 操作时，由于 thread_create 函数中，将 eip 指向了 kernel_thread，因此 ret时，会跳转到该函数 + return thread; +} + + +// 将kernel中的main函数完善为主线程 +static void make_main_thread(void) { + // 因为main线程早已运行,咱们在loader.S中进入内核时的mov esp,0xc009f000, + // 就是为其预留了tcb,地址为0xc009e000,因此不需要通过get_kernel_page另分配一页 + // 直接 init_thread 即可 + main_thread = running_thread();// 获取当前的PCB指针 + init_thread(main_thread, "main", 31); + + // main函数是当前线程,当前线程不在thread_ready_list中 + // 只用加到 全局线程队列中 + ASSERT(!elem_find(&thread_all_list, &main_thread->all_list_tag)); + list_append(&thread_all_list, &main_thread->all_list_tag); +} + + +// 实现任务调度 读写就绪队列 +void schedule(void) { + ASSERT(intr_get_status() == INTR_OFF); + + struct task_struct* cur = running_thread();// 取出当前线程的PCB + if(cur->status == TASK_RUNNING) {// 只是时间片为 0 ，而非阻塞 + ASSERT(!elem_find(&thread_ready_list, &cur->general_tag)); + list_append(&thread_ready_list, &cur->general_tag); + // 现将当前线程的 ticks 再次赋为 prio + cur->ticks = cur->priority; + cur->status = TASK_READY; + } + //由于还未实现 idle 线程，因此可能出现 ready_list 中无线程可调度的情况 + // 因此先进行断言 ready 队列中是否存在元素 + ASSERT(!list_empty(&thread_ready_list)); + thread_tag = NULL; // 首先将全局变量清空 + // 将就绪进程中的第一个线程（头结点）弹出 + thread_tag = list_pop(&thread_ready_list); + // 现在获得了 PCB 的 elem 节点，需要将其转换为 PCB + struct task_struct* next = elem2entry(struct task_struct, general_tag, thread_tag); + next->status = TASK_RUNNING;// 调度 + switch_to(cur, next); +} + +// 当前线程将自己阻塞,标志其状态为stat +void thread_block(enum task_status stat) { + // stat取值为TASK_BLOCKED,TASK_WAITING,TASK_HANGING 指不可运行 + ASSERT(((stat == TASK_BLOCKED) || (stat == TASK_WAITING) || (stat == TASK_HANGING))); + + enum intr_status old_status = intr_disable();// 保存中断前状态 + // 当前运行的必然为 RUNNing态 + struct task_struct* cur_thread = running_thread();// 获取当前线程的PCB + cur_thread->status = stat; + schedule();//进行调度 + // 待当前线程被解除阻塞后才继续运行下面的函数 + intr_set_status(old_status); +} + +// 将线程 pthread 解除阻塞 唤醒 +// 被阻塞的线程必须来等别人唤醒自己 +void thread_unblock(struct task_struct* pthread) { + enum intr_status old_status = intr_disable(); + ASSERT(((pthread->status == TASK_BLOCKED) || (pthread->status == TASK_WAITING) || (pthread->status == TASK_HANGING))); + if(pthread->status != TASK_READY) { + // 在就绪队列中没有该阻塞线程 + ASSERT(!elem_find(&thread_ready_list, &pthread->general_tag)); + if (elem_find(&thread_ready_list, &pthread->general_tag)) { + PANIC("thread_unblock: blocked thread in ready_list\n"); + } + list_push(&thread_ready_list, &pthread->general_tag);//push 让其优先被调度 + pthread->status = TASK_READY; + } + intr_set_status(old_status); +} + + +// 初始化线程环境 +void thread_environment_init(void) { + put_str("thread_init start!\n"); + list_init(&thread_ready_list); + list_init(&thread_all_list); + // 将 main 函数创建为 线程 + make_main_thread(); + put_str("thread_init done!\n"); +} \ No newline at end of file diff --git a/c10/terminal_with_lock/thread/thread.h b/c10/terminal_with_lock/thread/thread.h new file mode 100755 index 0000000..add584d --- /dev/null +++ b/c10/terminal_with_lock/thread/thread.h @@ -0,0 +1,108 @@ +#ifndef __THREAD_THREAD_H +#define __THREAD_THREAD_H +#include "stdint.h" +#include "list.h" + +// 自定义通用函数类型,它将在很多线程函数中做为形参类型 +typedef void thread_func(void*); + +// 进程或线程的状态 +enum task_status { + TASK_RUNNING, + TASK_READY, + TASK_BLOCKED, + TASK_WAITING, + TASK_HANGING, + TASK_DIED +}; + +/*********** 中断栈intr_stack *********** + * 此结构用于中断发生时保护程序(线程或进程)的上下文环境: + * 进程或线程被外部中断或软中断打断时,会按照此结构压入上下文 + * 寄存器, intr_exit中的出栈操作是此结构的逆操作 + * 此栈在线程自己的内核栈中位置固定,所在页的最顶端 +********************************************/ +struct intr_stack { + uint32_t vec_no; // kernel.S 宏VECTOR中push %1压入的中断号 + uint32_t edi; + uint32_t esi; + uint32_t ebp; + // 虽然pushad把esp也压入,但esp是不断变化的,所以会被popad忽略 + uint32_t esp_dummy; + uint32_t ebx; + uint32_t edx; + uint32_t ecx; + uint32_t eax; + uint32_t gs; + uint32_t fs; + uint32_t es; + uint32_t ds; + +/* 以下由cpu从低特权级进入高特权级时压入 */ + uint32_t err_code; // err_code会被压入在eip之后 + void (*eip) (void); + uint32_t cs; + uint32_t eflags; + void* esp; + uint32_t ss; +}; + +/*********** 线程栈thread_stack *********** + * 线程自己的栈,用于存储线程中待执行的函数 + * 此结构在线程自己的内核栈中位置不固定, + * 用在switch_to时保存线程环境。 + * 实际位置取决于实际运行情况。 + ******************************************/ +struct thread_stack { + uint32_t ebp; + uint32_t ebx; + uint32_t edi; + uint32_t esi; + + /* 线程第一次执行时,eip指向待调用的函数kernel_thread + 其它时候,eip是指向switch_to的返回地址*/ + void (*eip) (thread_func* func, void* func_arg); + + /***** 以下仅供第一次被调度上cpu时使用 ****/ + // 占位函数，迷惑 ret ,假装为返回地址，实则为获取参数提供栈顶位置 + // 用于找到函数参数位置 + void (*unused_retaddr); + thread_func* function; // 由 Kernel_thread 所调用的函数名 + void* func_arg; // 由 Kernel_thread 所调用函数所需要的的参数 +}; + +// 进程或线程的 pcb， 程序控制块 +// ticks 表示的是中断次数 +struct task_struct { + uint32_t* self_kstack; // 各内核线程都用自己的内核栈 + char name[16]; // 记录任务的名字 + enum task_status status; // 线程状态 + uint8_t priority; // 线程优先级 + uint8_t ticks; // 每次在处理器上执行的时间滴答数 + // 已经执行的滴答数 + uint32_t elapsed_ticks;// elapsed : 流逝 + // 加入到就绪队列中 + struct list_elem general_tag; + // 值得注意的是 由于需要管控所有的线程资源， + // 但是一个 list_elem 只有两个指针，因此只能位于一个队列中 + // 所以创建新的队列 all_list 记录全部线程 + struct list_elem all_list_tag; + + uint32_t* pgdir; // 进程拥有独立地址空间（页表），线程为NULL + + // 通过判断栈的边界溢出魔数值是否发生变化 + uint32_t stack_magic; // 栈的边界标记，用于检测栈的溢出 + + +}; + +void thread_create(struct task_struct* pthread, thread_func function, void* func_arg); +void init_thread(struct task_struct* pthread, char* name, int prio); +struct task_struct* thread_start(char* name, int prio, thread_func function, void* func_arg); +struct task_struct* running_thread(void); +void schedule(void); +void thread_environment_init(void); +void thread_block(enum task_status stat); +void thread_unblock(struct task_struct* pthread); + +#endif \ No newline at end of file diff --git a/c10/terminal_with_lock/tmp b/c10/terminal_with_lock/tmp new file mode 100755 index 0000000..b76e9fe --- /dev/null +++ b/c10/terminal_with_lock/tmp @@ -0,0 +1,206 @@ +#include "interrupt.h" +#include "stdint.h" +#include "global.h" +#include "io.h" +#include "print.h" + +#define IDT_DESC_CNT 0x21 // 现在支持的中断数 33 + +// 这里用的可编程中断控制器是8259A +#define PIC_M_CTRL 0x20 // 主片的控制端口是0x20 +#define PIC_M_DATA 0x21 // 主片的数据端口是0x21 +#define PIC_S_CTRL 0xa0 // 从片的控制端口是0xa0 +#define PIC_S_DATA 0xa1 // 从片的数据端口是0xa1 + +#define EFLAGS_IF 0x00000200 // eflags 寄存器的 if 位为 1 +#define GET_EFLAGS(EFLAG_VAR) asm volatile("pushfl; popl %0" : "=g" (EFLAG_VAR)) + +// 中断门描述符结构体 +struct gate_desc{ + uint16_t func_offset_low_word; + uint16_t selector; + uint8_t dcount; // 表示双字计数段门描述符的第 4 字节，为固定值 + + uint8_t attribute; + uint16_t func_offset_high_word; +}; + +// 创建中断门描述符函数，参数：指针、属性、描述符对应的中断函数 +static void make_idt_desc(struct gate_desc* p_gdesc, uint8_t attr, intr_handler function); +static struct gate_desc idt[IDT_DESC_CNT]; // 中断描述符数组 + +/** + * 中断的名称. + */ +char* intr_name[IDT_DESC_CNT]; // 用于保存异常名字的数组 +// 中断处理程序数组.在kernel.S中定义的intrXXentry只是中断处理程序的入口, +// 最终调用的是ide_table中的处理程序 +intr_handler idt_table[IDT_DESC_CNT]; +// 声明引用定义在kernel.S中的中断处理函数入口数组 +extern intr_handler intr_entry_table[IDT_DESC_CNT]; + +/* 初始化可编程中断控制器8259A */ +static void pic_init(void) { + // 初始化主片 + outb(PIC_M_CTRL, 0x11); // ICW1：边沿触发， 级联8259， 需要 ICW4 + outb(PIC_M_DATA, 0x20); // ICW2: 起始中断向量号为 0x20, 也就是IR[0-7] 为 0x20 ~ 0x27. + outb(PIC_M_DATA, 0x04); // ICW3: IR2 接从片 + outb(PIC_M_DATA, 0x01); // ICW4: 8086模式， 正常EOI + + /* 初始化从片 */ + outb(PIC_S_CTRL, 0x11); // ICW1: 边沿触发,级联8259, 需要ICW4. + outb(PIC_S_DATA, 0x28); // ICW2: 起始中断向量号为0x28,也就是IR[8-15] 为 0x28 ~ 0x2F. + outb(PIC_S_DATA, 0x02); // ICW3: 设置从片连接到主片的IR2引脚 + outb(PIC_S_DATA, 0x01); // ICW4: 8086 模式，正常 EOI + + // 打开主片上 IR0 ，也就是目前只接受时钟中断 + outb(PIC_M_DATA, 0xfe); + outb(PIC_S_DATA, 0xff); + + put_str(" pic_init done!\n"); +} + +/** + * 创建中断门描述符. + */ +static void make_idt_desc(struct gate_desc* p_gdesc, uint8_t attr, intr_handler function) { + p_gdesc->func_offset_low_word = (uint32_t) function & 0x0000FFFF; + p_gdesc->selector = SELECTOR_K_CODE; + p_gdesc->dcount = 0; + p_gdesc->attribute = attr; + p_gdesc->func_offset_high_word = ((uint32_t) function & 0xFFFF0000) >> 16; +} + +/** + * 初始化中断描述符表. + */ +static void idt_desc_init(void) { + int i; + for (i = 0; i < IDT_DESC_CNT; i++){ + make_idt_desc(&idt[i], IDT_DESC_ATTR_DPL0, intr_entry_table[i]); + } + put_str(" idt_desc_init done!\n"); +} + +/* 通用的中断处理函数,一般用在异常出现时的处理 */ +static void general_intr_handler(uint8_t vec_nr) { + // 处理伪中断，，无法通过 IMR 寄存器屏蔽，因此单独处理 + if(vec_nr == 0x27 || vec_nr == 0x2f) { + return; + } + // 将光标置为 0 ，从屏幕左上角清出一片打印异常信息的区域 + set_cursor(0);// 有时候甚至可能中断错误是由光标错误引起 + // 因此先将左上角空出四行来 + int cursor_pos = 0; + while(cursor_pos < 320) { + put_char(' '); + cursor_pos++; + } + // 至此 已经将左上角空出四行，因此将光标再移到 0 位置，进行输出 + set_cursor(0); + put_str("!!!!!! exception message begin !!!!!!"); + set_cursor(88);// 第二行第 8 列 + put_str(intr_name[vec_nr]); + if(vec_nr == 14) { // 若为 pagefault，将缺失的地址打印出来 + int page_fault_vaddr = 0; + // 发生 pagefult + asm("movl %%cr2, %0" : "=r" (page_fault_vaddr));// cr2 是存放造成 page_fault 的地址 + put_str("\npage fault addr is "); + put_int(page_fault_vaddr); + } + put_str("!!!!!! exception message end !!!!!!"); + // 能进入中断处理程序就表示已经处在关中断情况下 + // 不会出现 +} + +/* 完成一般中断处理函数注册及异常名称注册 */ +static void +exception_init(void) { // 完成一般中断处理函数注册及异常名称注册 + int i; + for (i = 0; i < IDT_DESC_CNT; i++){ + // 默认为general_intr_handler。 + // 以后会由register_handler来注册具体处理函数。 + idt_table[i] = general_intr_handler; + intr_name[i] = "unknown"; // 先统一赋值为unknown + } + intr_name[0] = "#DE Divide Error"; + intr_name[1] = "#DB Debug Exception"; + intr_name[2] = "NMI Interrupt"; + intr_name[3] = "#BP Breakpoint Exception"; + intr_name[4] = "#OF Overflow Exception"; + intr_name[5] = "#BR BOUND Range Exceeded Exception"; + intr_name[6] = "#UD Invalid Opcode Exception"; + intr_name[7] = "#NM Device Not Available Exception"; + intr_name[8] = "#DF Double Fault Exception"; + intr_name[9] = "Coprocessor Segment Overrun"; + intr_name[10] = "#TS Invalid TSS Exception"; + intr_name[11] = "#NP Segment Not Present"; + intr_name[12] = "#SS Stack Fault Exception"; + intr_name[13] = "#GP General Protection Exception"; + intr_name[14] = "#PF Page-Fault Exception"; + // intr_name[15] 第15项是intel保留项，未使用 + intr_name[16] = "#MF x87 FPU Floating-Point Error"; + intr_name[17] = "#AC Alignment Check Exception"; + intr_name[18] = "#MC Machine-Check Exception"; + intr_name[19] = "#XF SIMD Floating-Point Exception"; +} + +/* 开中断并返回开中断前的状态*/ +enum intr_status intr_enable() { + enum intr_status old_status; + if(INTR_ON == intr_get_status()) { + old_status = INTR_ON; + return old_status; + } else { + old_status = INTR_OFF; + asm volatile("sti"); // 开中断， sti 指令将 IF 位 置 1 + return old_status; + } +} + +/* 关中断,并且返回关中断前的状态 */ +enum intr_status intr_disable() { + enum intr_status old_status; + if(INTR_ON == intr_get_status()) { + old_status = INTR_ON; + asm volatile("cli" : : : "memory"); // 关中断，cli 指令将 IF 位 置 0 + return old_status; + } else { + old_status = INTR_OFF; + return old_status; + } +} + + +/* 将中断状态设置为status */ +enum intr_status intr_set_status(enum intr_status status) { + return status & INTR_ON ? intr_enable() : intr_disable(); +} + +/* 获取当前中断状态 */ +enum intr_status intr_get_status() { + uint32_t eflags = 0; + GET_EFLAGS(eflags); + // 判断 IF 位的值是否为 1 + return (EFLAGS_IF & eflags) ? INTR_ON : INTR_OFF; +} + +/*完成有关中断的所有初始化工作*/ +void idt_init() { + put_str("idt_init start!\n"); + idt_desc_init(); // 初始化中断描述符表 + exception_init(); + pic_init(); // 初始化 8259A + + // 加载 idt + // 尽管 LDTR 为 48位，我们没有 48 位变量，但是，可以采用 64 位，提取前 48 位即可 + // 指针只能转换为 对应长度 整型，因此需要先转换为 32 位 + uint64_t idt_operand = ((sizeof(idt) - 1) | ((uint64_t)(uint32_t)idt << 16)); + asm volatile("lidt %0" : : "m"(idt_operand));// m 表示 内存约束，实则是将idt_operand 地址传给 lidt + put_str("idt_init done!\n"); +} + +// 在中断处理程序数组第 vector_no 个元素中注册安装中断处理程序 function +void register_handler(uint8_t vector_no, intr_handler function) { + idt_table[vector_no] = function; +} \ No newline at end of file diff --git a/c2/a/boot/mbr.S b/c2/a/boot/mbr.S new file mode 100755 index 0000000..8af6ffe --- /dev/null +++ b/c2/a/boot/mbr.S @@ -0,0 +1,59 @@ +;主引导程序 +;------------------------------------------------------------ +SECTION MBR vstart=0x7c00 + mov ax,cs + mov ds,ax + mov es,ax + mov ss,ax + mov fs,ax + mov sp,0x7c00 + +; 清屏 利用0x06号功能，上卷全部行，则可清屏。 +; ----------------------------------------------------------- +;INT 0x10 功能号:0x06 功能描述:上卷窗口 +;------------------------------------------------------ +;输入： +;AH 功能号= 0x06 +;AL = 上卷的行数(如果为0,表示全部) +;BH = 上卷行属性 +;(CL,CH) = 窗口左上角的(X,Y)位置 +;(DL,DH) = 窗口右下角的(X,Y)位置 +;无返回值： + mov ax, 0x600 + mov bx, 0x700 + mov cx, 0 ; 左上角: (0, 0) + mov dx, 0x184f ; 右下角: (80,25), + ; VGA文本模式中,一行只能容纳80个字符,共25行。 + ; 下标从0开始,所以0x18=24,0x4f=79 + int 0x10 ; int 0x10 + +;;;;;;;;; 下面这三行代码是获取光标位置 ;;;;;;;;; +;.get_cursor获取当前光标位置,在光标位置处打印字符. + mov ah, 3 ; 输入: 3号子功能是获取光标位置,需要存入ah寄存器 + mov bh, 0 ; bh寄存器存储的是待获取光标的页号 + + int 0x10 ; 输出: ch=光标开始行,cl=光标结束行 + ; dh=光标所在行号,dl=光标所在列号 + +;;;;;;;;; 获取光标位置结束 ;;;;;;;;;;;;;;;; + +;;;;;;;;; 打印字符串 ;;;;;;;;;;; + ;还是用10h中断,不过这次是调用13号子功能打印字符串 + mov ax, message + mov bp, ax ; es:bp 为串首地址, es此时同cs一致， + ; 开头时已经为sreg初始化 + + ; 光标位置要用到dx寄存器中内容,cx中的光标位置可忽略 + mov cx, 5 ; cx 为串长度,不包括结束符0的字符个数 + mov ax, 0x1301 ; 子功能号13是显示字符及属性,要存入ah寄存器, + ; al设置写字符方式 ah=01: 显示字符串,光标跟随移动 + mov bx, 0x2 ; bh存储要显示的页号,此处是第0页, + ; bl中是字符属性, 属性黑底绿字(bl = 02h) + int 0x10 ; 执行BIOS 0x10 号中断 +;;;;;;;;; 打字字符串结束 ;;;;;;;;;;;;;;; + + jmp $ ; 使程序悬停在此 + + message db "1 MBR" + times 510-($-$$) db 0 + db 0x55,0xaa diff --git a/c2/a/boot/mbr.S.comment b/c2/a/boot/mbr.S.comment new file mode 100755 index 0000000..e228b95 --- /dev/null +++ b/c2/a/boot/mbr.S.comment @@ -0,0 +1,63 @@ +; +;------------------------------------------------------------ +SECTION MBR vstart=0x7c00 + mov ax,cs + mov ds,ax + mov es,ax + mov ss,ax + mov fs,ax + mov sp,0x7c00 + mov ax,0xb800 + mov gs,ax + +; 0x06ŹܣϾȫУ +; ----------------------------------------------------------- +;INT 0x10 ܺ:0x06 :Ͼ +;------------------------------------------------------ +;룺 +;AH ܺ= 0x06 +;AL = Ͼ(Ϊ0,ʾȫ) +;BH = Ͼ +;(CL,CH) = Ͻǵ(X,Y)λ +;(DL,DH) = ½ǵ(X,Y)λ +;޷ֵ + mov ax, 0x600 + mov bx, 0x700 + mov cx, 0 ; Ͻ: (0, 0) + mov dx, 0x184f ; ½: (80,25), + ; ΪVGAıģʽУһֻ80ַ,25С + ; ±0ʼ0x18=24,0x4f=79 + int 0x10 ; int 0x10 + +;;;;;;;;; дǻȡλ ;;;;;;;;; +;.get_cursorȡǰλ,ڹλôӡַ,ĿDZӡַңDZ˵ +; ʵǷӲС˵,һ˼Ҳڹ괦ӡԼӡͬҲᱻ˸ǡ +; ܱˣԼľ + mov ah, 3 ; : 3ӹǻȡλ,ҪahĴ + mov bh, 0 ; bhĴ洢Ǵȡҳ + + int 0x10 ; : ch=꿪ʼ,cl= + ; dh=к,dl=к + +;;;;;;;;;;;;;; ȡλý ;;;;;;;;;;;;;;;; + + +;;;;;;;;; ӡַ ;;;;;;;;;;; + ;10hж,ǵ13ӹܴӡַ + mov ax, message + mov bp, ax ; es:bp Ϊ׵ַ, esʱͬcsһ£ͷʱѾΪsregʼ + + ; λҪõdxĴ,cxеĹλÿɺ + mov cx, 5 ; cx Ϊ,0ַ + mov ax, 0x1301 ; ӹܺ13ʾַ,ҪahĴ, + ; alдַʽ,ֻе2λ + ; ah=01,ʾַƶ + mov bx, 0x2 ; bh洢Ҫʾҳ,˴ǵ0ҳ, blַ, Ժڵ(bl = 02h) + int 0x10 ; ִBIOS 0x10 ж +;;;;;;;;; ַ ;;;;;;;;;;;;;;; + + jmp $; ; ʹͣڴ + + message db "1 MBR" + times 510-($-$$) db 0 + db 0x55,0xaa diff --git a/c2/a/tool/mbr.sh b/c2/a/tool/mbr.sh new file mode 100755 index 0000000..bc1e450 --- /dev/null +++ b/c2/a/tool/mbr.sh @@ -0,0 +1 @@ +nasm -o mbr.bin mbr.S && dd if=./mbr.bin of=/home/work/my_workspace/bochs/hd60M.img bs=512 count=1 conv=notrunc diff --git a/c2/a/tool/xxd.sh b/c2/a/tool/xxd.sh new file mode 100755 index 0000000..564272a --- /dev/null +++ b/c2/a/tool/xxd.sh @@ -0,0 +1,21 @@ +#usage: sh xxd.sh 文件 起始地址 长度 +xxd -u -a -g 1 -s $2 -l $3 $1 + +#-u use upper case hex letters. Default is lower case. +# +#-a | -autoskip +# toggle autoskip: A single ’*’ replaces nul-lines. Default off. +# +#-g bytes | -groupsize bytes +# separate the output of every bytes (two hex characters or eight bit-digits each) by a whitespace. Specify -g 0 to +# suppress grouping. defaults to 2 in normal mode and 1 in bits mode. Grouping does not apply to postscript or +# include style. +# +#-c cols | -cols cols +# format octets per line. Default 16 (-i: 12, -ps: 30, -b: 6). Max 256. +# +#-s [+][-]seek +# start at bytes abs. (or rel.) infile offset. + indicates that the seek is relative to the current stdin file position +# (meaningless when not reading from stdin). - indicates that the seek should be that many characters from the end of +# the input (or if combined with +: before the current stdin file position). +# Without -s option, xxd starts at the current file position. diff --git a/c3/a/boot/mbr.S b/c3/a/boot/mbr.S new file mode 100755 index 0000000..7b11498 --- /dev/null +++ b/c3/a/boot/mbr.S @@ -0,0 +1,55 @@ +; +; +;LOADER_BASE_ADDR equ 0xA000 +;LOADER_START_SECTOR equ 0x2 +;------------------------------------------------------------ +SECTION MBR vstart=0x7c00 + mov ax,cs + mov ds,ax + mov es,ax + mov ss,ax + mov fs,ax + mov sp,0x7c00 + mov ax,0xb800 + mov gs,ax + +; +;0x06ŹܣϾȫУ +; ----------------------------------------------------------- +;INT 0x10 ܺ:0x06 :Ͼ +;------------------------------------------------------ +;룺 +;AH ܺ= 0x06 +;AL = Ͼ(Ϊ0,ʾȫ) +;BH = Ͼ +;(CL,CH) = Ͻǵ(X,Y)λ +;(DL,DH) = ½ǵ(X,Y)λ +;޷ֵ + mov ax, 0600h + mov bx, 0700h + mov cx, 0 ; Ͻ: (0, 0) + mov dx, 184fh ; ½: (80,25), + ; ΪVGAıģʽУһֻ80ַ,25С + ; ±0ʼ0x18=24,0x4f=79 + int 10h ; int 10h + + ; ɫɫǰɫɫַ"1 MBR" + mov byte [gs:0x00],'1' + mov byte [gs:0x01],0xA4 ; Aʾɫ˸4ʾǰɫΪɫ + + mov byte [gs:0x02],' ' + mov byte [gs:0x03],0xA4 + + mov byte [gs:0x04],'M' + mov byte [gs:0x05],0xA4 + + mov byte [gs:0x06],'B' + mov byte [gs:0x07],0xA4 + + mov byte [gs:0x08],'R' + mov byte [gs:0x09],0xA4 + + jmp $ ; ͨѭʹͣڴ + + times 510-($-$$) db 0 + db 0x55,0xaa diff --git a/c3/a/tool/mbr.sh b/c3/a/tool/mbr.sh new file mode 100755 index 0000000..bc1e450 --- /dev/null +++ b/c3/a/tool/mbr.sh @@ -0,0 +1 @@ +nasm -o mbr.bin mbr.S && dd if=./mbr.bin of=/home/work/my_workspace/bochs/hd60M.img bs=512 count=1 conv=notrunc diff --git a/c3/a/tool/xxd.sh b/c3/a/tool/xxd.sh new file mode 100755 index 0000000..564272a --- /dev/null +++ b/c3/a/tool/xxd.sh @@ -0,0 +1,21 @@ +#usage: sh xxd.sh 文件 起始地址 长度 +xxd -u -a -g 1 -s $2 -l $3 $1 + +#-u use upper case hex letters. Default is lower case. +# +#-a | -autoskip +# toggle autoskip: A single ’*’ replaces nul-lines. Default off. +# +#-g bytes | -groupsize bytes +# separate the output of every bytes (two hex characters or eight bit-digits each) by a whitespace. Specify -g 0 to +# suppress grouping. defaults to 2 in normal mode and 1 in bits mode. Grouping does not apply to postscript or +# include style. +# +#-c cols | -cols cols +# format octets per line. Default 16 (-i: 12, -ps: 30, -b: 6). Max 256. +# +#-s [+][-]seek +# start at bytes abs. (or rel.) infile offset. + indicates that the seek is relative to the current stdin file position +# (meaningless when not reading from stdin). - indicates that the seek should be that many characters from the end of +# the input (or if combined with +: before the current stdin file position). +# Without -s option, xxd starts at the current file position. diff --git a/c3/b/boot/include/boot.inc b/c3/b/boot/include/boot.inc new file mode 100755 index 0000000..debf640 --- /dev/null +++ b/c3/b/boot/include/boot.inc @@ -0,0 +1,5 @@ +;------------- loader和kernel ---------- +; 即为 宏名 equ 值 +LOADER_BASE_ADDR equ 0x900 +LOADER_START_SECTOR equ 0x2 + diff --git a/c3/b/boot/loader.S b/c3/b/boot/loader.S new file mode 100755 index 0000000..7d453b4 --- /dev/null +++ b/c3/b/boot/loader.S @@ -0,0 +1,30 @@ +%include "boot.inc" +section loader vstart=LOADER_BASE_ADDR + +; 输出背景色绿色，前景色红色，并且跳动的字符串"1 MBR" +mov byte [gs:0x00],'2' +mov byte [gs:0x01],0xA4 ; A表示绿色背景闪烁，4表示前景色为红色 + +mov byte [gs:0x02],' ' +mov byte [gs:0x03],0xA4 + +mov byte [gs:0x04],'L' +mov byte [gs:0x05],0xA4 + +mov byte [gs:0x06],'O' +mov byte [gs:0x07],0xA4 + +mov byte [gs:0x08],'A' +mov byte [gs:0x09],0xA4 + +mov byte [gs:0x0a],'D' +mov byte [gs:0x0b],0xA4 + +mov byte [gs:0x0c],'E' +mov byte [gs:0x0d],0xA4 + +mov byte [gs:0x0e],'R' +mov byte [gs:0x0f],0xA4 + +jmp $ ; 通过死循环使程序悬停在此 + diff --git a/c3/b/boot/mbr.S b/c3/b/boot/mbr.S new file mode 100755 index 0000000..927d0a3 --- /dev/null +++ b/c3/b/boot/mbr.S @@ -0,0 +1,136 @@ +;主引导程序 +; +;LOADER_BASE_ADDR equ 0xA000 +;LOADER_START_SECTOR equ 0x2 +;------------------------------------------------------------ +# %include 为nasm自带的预处理 +%include "boot.inc" +SECTION MBR vstart=0x7c00 + mov ax,cs + mov ds,ax + mov es,ax + mov ss,ax + mov fs,ax + mov sp,0x7c00 + mov ax,0xb800 + mov gs,ax + +; 清屏 +;利用0x06号功能，上卷全部行，则可清屏。 +; ----------------------------------------------------------- +;INT 0x10 功能号:0x06 功能描述:上卷窗口 +;------------------------------------------------------ +;输入： +;AH 功能号= 0x06 +;AL = 上卷的行数(如果为0,表示全部) +;BH = 上卷行属性 +;(CL,CH) = 窗口左上角的(X,Y)位置 +;(DL,DH) = 窗口右下角的(X,Y)位置 +;无返回值： + mov ax, 0600h + mov bx, 0700h + mov cx, 0 ; 左上角: (0, 0) + mov dx, 184fh ; 右下角: (80,25), + ; 因为VGA文本模式中，一行只能容纳80个字符,共25行。 + ; 下标从0开始，所以0x18=24,0x4f=79 + int 10h ; int 10h + + ; 输出背景色绿色，前景色红色，并且跳动的字符串"1 MBR" + mov byte [gs:0x00],'1' + mov byte [gs:0x01],0xA4 ; A表示绿色背景闪烁，4表示前景色为红色 + + mov byte [gs:0x02],' ' + mov byte [gs:0x03],0xA4 + + mov byte [gs:0x04],'M' + mov byte [gs:0x05],0xA4 + + mov byte [gs:0x06],'B' + mov byte [gs:0x07],0xA4 + + mov byte [gs:0x08],'R' + mov byte [gs:0x09],0xA4 + + mov eax, LOADER_START_SECTOR ; 起始扇区的lba地址 + mov bx, LOADER_BASE_ADDR ; 写入的地址 + mov cx, 1 ; 等待读入的扇区数 + + call rd_disk_m_16 ; 读取程序的起始部分 + + jmp LOADER_BASE_ADDR + +;------------------------------------------------------------------------------- +;功能:读取硬盘n个扇区 +; 函数名即为 在 16 位下读硬盘 +rd_disk_m_16: +;------------------------------------------------------------------------------- + ; eax= LBA扇区号 + ; ebx= 将数据写入的内存地址 + ; ecx= 读入的扇区数 + mov esi, eax ;备份 eax + mov di, cx ; 备份 cx + +; 读写硬盘 +; 第 1 步： 设置要读取的扇区数 + mov dx, 0x1f2 + mov al, cl ; out 指令从 端口输入一个字节或字到AL或AX中 + out dx, al ;读取扇区数 + + mov eax, esi ;恢复备份 + +;第2步：将LBA地址存入0x1f3 ~ 0x1f6 + ;LBA地址7~0位写入端口0x1f3 + mov dx, 0x1f3 + out dx, al + + ;LBA地址15~8位写入端口0x1f4 + mov cl, 8 + shr eax, cl ;右移8位 + mov dx, 0x1f4 + out dx, al + + ;LBA地址23~16位写入端口0x1f5 + shr eax, cl + mov dx, 0x1f5 + out dx, al + + ; 写入 device 寄存器的 低四位 + shr eax, cl + and al, 0x0f ;第 24~27位 + ; 现需要更改device寄存器的其他位置，设7~4位为1110 + or al, 0xe0 + mov dx, 0x1f6 + out dx, al + +;第3步：向0x1f7端口写入读命令，0x20 + mov dx, 0x1f7 + mov al, 0x20 + out dx, al + +;第4步：检测硬盘状态 +.not_ready: + ;同一端口，写时表示写入命令字，读时表示读入硬盘状态 + nop ;增加延迟 减少打扰硬盘 + in al, dx + and al,0x88 ;第3位为1表示硬盘控制器已准备好数据传输，第7位为1表示硬盘忙 + cmp al, 0x08 + jnz .not_ready ;循环等待 + +;第5步：从0x1f0端口读数据 + mov ax, di ;di 为之前备份的扇区数 + mov dx, 256 + mul dx ;一个扇区有512字节，每次读入一个字， + ; 共需di*512/2次，所以di*256 + mov cx, ax ; 将乘法结果次数写入 cx 为下面的写入做好准备 + ; 且我们知道 该 16 位乘法的结果不会大于16位寄存器 + mov dx, 0x1f0 ; data 寄存器读入数据 +.go_on_read: + in ax, dx ; 写入到 bx 指向的内存，由于 bx = 1~65535，因此写入数据不能超过 64kb + mov [bx], ax + add bx, 2 ;每次传输2个字节 + loop .go_on_read + ret ; 返回到 58 行的 call 指令 + + + times 510-($-$$) db 0 + db 0x55,0xaa \ No newline at end of file diff --git a/c4/a/boot/bochsrc b/c4/a/boot/bochsrc new file mode 100755 index 0000000..6052b65 --- /dev/null +++ b/c4/a/boot/bochsrc @@ -0,0 +1,17 @@ +#Bochs运行中使用的内存，设置为32Mmegs: 32#设置真实机器的BIOS和VGA BIOS +#修改成你们对应的地址 +romimage: file=/home/ahu/install/bochs/share/bochs/BIOS-bochs-latest +vgaromimage: file=/home/ahu/install/bochs/share/bochs/VGABIOS-lgpl-latest +#设置Bochs所使用的磁盘#设置启动盘符 +boot: disk +#设置日志文件的输出 +log: bochs.out +#开启或关闭某些功能，修改成你们对应的地址 +mouse: enabled=0 +#keyboard_mapping: enabled=1, map=/home/ahu/install/bochs/share/bochs/keymaps/x11-pc-us.map +keyboard: keymap=/home/ahu/install/bochs/share/bochs/keymaps/x11-pc-us.map +#硬盘设置 +ata0: enabled=1, ioaddr1=0x1f0, ioaddr2=0x3f0, irq=14 +ata0-master: type=disk, path="hd60M.img", mode=flat, cylinders=121, heads=16, spt=63 +#增加bochs对gdb的支持，我们在这里不使用，所以注释掉了 +#gdbstub: enabled=1, port=1234, text_base=0, data_base=0, bss_base=0 \ No newline at end of file diff --git a/c4/a/boot/build.sh b/c4/a/boot/build.sh new file mode 100755 index 0000000..daadc5f --- /dev/null +++ b/c4/a/boot/build.sh @@ -0,0 +1,18 @@ +#!/bin/sh + +echo "Creating disk.img..." +bximage -mode=create -hd=10M -q disk.img + +echo "Compiling..." +nasm -I include/ -o mbr.bin mbr.S +nasm -I include/ -o loader.bin loader.S + +echo "Writing mbr and loader to disk..." +dd if=mbr.bin of=/home/ahu/install/bochs/hd60M.img bs=512 count=1 conv=notrunc +dd if=loader.bin of=/home/ahu/install/bochs/hd60M.img bs=512 count=4 seek=2 conv=notrunc + +echo "Now start bochs and have fun!" + +cd /home/ahu/install/bochs/ +bin/bochs -f bochsrc.disk + diff --git a/c4/a/boot/include/boot.inc b/c4/a/boot/include/boot.inc new file mode 100755 index 0000000..5230bbb --- /dev/null +++ b/c4/a/boot/include/boot.inc @@ -0,0 +1,50 @@ +;------------- loader和kernel ---------- +; 即为 宏名 equ 值 +LOADER_BASE_ADDR equ 0x900 +LOADER_START_SECTOR equ 0x2 + +;-------------- gdt描述符属性 ------------- +; 段描述符的23位 表示粒度为 4K +DESC_G_4K equ 1_00000000000000000000000b ; 23 +DESC_D_32 equ 1_0000000000000000000000b ; 22 位 1表示在32位下 +DESC_L equ 0_000000000000000000000b ; 64位代码标记，此处标记为0便可。 +DESC_AVL equ 0_00000000000000000000b ; cpu不用此位，暂置为0 +; 第二部分段界限值，由于采用了32位平坦模型，所以段界限为(4GB / 4KB) - 1 = 0xFFFFF，故为全1 +DESC_LIMIT_CODE2 equ 1111_0000000000000000b ; 代码段的 16-19的limit 总的段限界为fffff +DESC_LIMIT_DATA2 equ DESC_LIMIT_CODE2 ; 数据段的 +DESC_LIMIT_VIDEO2 equ 0000_000000000000000b ; 限界为 bffff +DESC_P equ 1_000000000000000b +DESC_DPL_0 equ 00_0000000000000b +DESC_DPL_1 equ 01_0000000000000b +DESC_DPL_2 equ 10_0000000000000b +DESC_DPL_3 equ 11_0000000000000b +DESC_S_CODE equ 1_000000000000b +DESC_S_DATA equ DESC_S_CODE +DESC_S_sys equ 0_000000000000b +DESC_TYPE_CODE equ 1000_00000000b ;x=1,c=0,r=0,a=0 代码段是可执行的,非依从的,不可读的,已访问位a清0. +DESC_TYPE_DATA equ 0010_00000000b ;x=0,e=0,w=1,a=0 数据段是不可执行的,向上扩展的,可写的,已访问位a清0. + + +; 代码段描述符的高32位表示，其中(0x00 << 24表示最高8位的段基址值 +; 由于我们采用的是平坦模型，故基址为零)，后面唯一可变的就是段界限值 +DESC_CODE_HIGH4 equ (0x00 << 24) + DESC_G_4K + DESC_D_32 + \ + DESC_L + DESC_AVL + DESC_LIMIT_CODE2 + DESC_P + \ + DESC_DPL_0 + DESC_S_CODE + DESC_TYPE_CODE + 0x00 +DESC_DATA_HIGH4 equ (0x00 << 24) + DESC_G_4K + DESC_D_32 + \ + DESC_L + DESC_AVL + DESC_LIMIT_DATA2 + DESC_P + \ + DESC_DPL_0 + DESC_S_DATA + DESC_TYPE_DATA + 0x00 +; 由于显存区为 0b8000, 因此段基址高四位为 b +DESC_VIDEO_HIGH4 equ (0x00 << 24) + DESC_G_4K + DESC_D_32 + \ + DESC_L + DESC_AVL + DESC_LIMIT_VIDEO2 + DESC_P + \ + DESC_DPL_0 + DESC_S_DATA + DESC_TYPE_DATA + 0x0b + + +; 选择子属性 +; 请求特权级 +RPL0 equ 00b +RPL1 equ 01b +RPL2 equ 10b +RPL3 equ 11b +; 表示是 GDT 还是 LDT +TI_GDT equ 000b +TI_LDT equ 100b \ No newline at end of file diff --git a/c4/a/boot/loader.S b/c4/a/boot/loader.S new file mode 100755 index 0000000..d711249 --- /dev/null +++ b/c4/a/boot/loader.S @@ -0,0 +1,107 @@ +%include "boot.inc" +section loader vstart=LOADER_BASE_ADDR +LOADER_STACK_TOP equ LOADER_BASE_ADDR + +jmp loader_start + + +; 加载GDT表 +; 一个dd为4字节，段描述符为8字节，上面为低4字节 +; 第一行的 0描述符不可用 因此直接置为 全 0 +GDT_BASE: dd 0x00000000 + dd 0x00000000 + +; GDT 中 先安放三个有用描述符 +; 代码段、数据段和栈段、显存段 +CODE_DESC: dd 0x0000FFFF ; 低32位表示 2字节base + 2字节段限界 + dd DESC_CODE_HIGH4 + +; 栈段和数据段共用，向上扩展 type的e为0 +DATA_STACK_DESC: dd 0x0000FFFF + dd DESC_DATA_HIGH4 + +; 显卡段，非平坦，从 0xb8000开始 +VIDEO_DESC: dd 0x80000007 ; 段界限为 (bffff - b8000 ) / 4K = 7 + dd DESC_VIDEO_HIGH4 + +GDT_SIZE equ $ - GDT_BASE ;$ 表示本行标号, 通过地址差获得size +GDT_LIMIT equ GDT_SIZE - 1 + +; 填充空白描述符 60 个 +times 120 dd 0 +; 构建选择子 +SELECTOR_CODE equ (0x0001 << 3) + TI_GDT + RPL0 +SELECTOR_DATA equ (0x0002 << 3) + TI_GDT + RPL0 +SELECTOR_VIDEO equ (0x0003 << 3) + TI_GDT + RPL0 + +; GDTR 寄存器 +gdt_ptr dw GDT_LIMIT + dd GDT_BASE + +loadermsg db '2 loader in real.' ; 打印输出 长度为 17 + +;------------------------------------------------------------ +;INT 0x10 功能号:0x13 功能描述:打印字符串 +;------------------------------------------------------------ +;输入: +;AH 子功能号=13H +;BH = 页码 +;BL = 属性(若AL=00H或01H) +;CX＝字符串长度 +;(DH、DL)＝坐标(行、列) +;ES:BP＝字符串地址 +;AL＝显示输出方式 +; 0——字符串中只含显示字符，其显示属性在BL中。显示后，光标位置不变 +; 1——字符串中只含显示字符，其显示属性在BL中。显示后，光标位置改变 +; 2——字符串中含显示字符和显示属性。显示后，光标位置不变 +; 3——字符串中含显示字符和显示属性。显示后，光标位置改变 +;无返回值 +loader_start: + ; 调用10号中断 + mov sp, LOADER_BASE_ADDR + mov bp, loadermsg ; ES:BP = 字符串地址 + ; 字符串长度 + mov cx, 17 + ; 子功能号以及 显示状态 + mov ax, 0x1301 ; AH = 13, AL = 01h + mov bx, 0x001f ; 页号为0(BH = 0) 蓝底粉红字(BL = 1fh) + mov dx, 0x1800 ; 0x18 = 24 即最后一行 + int 0x10 + +;---------------------------------------- 准备进入保护模式 ------------------------------------------ + ;1 打开A20 + ;2 加载gdt + ;3 将cr0的pe位置1 + + ;----------------- 打开A20 ---------------- + in al, 0x92 + or al, 0000_0010b ; 将 0x92 的第一位 置 1 + out 0x92, al + + ;----------------- 加载GDT ---------------- + lgdt [gdt_ptr] + + ;----------------- cr0第0位置1 ---------------- + mov eax, cr0 + or eax, 0000_0001 + mov cr0, eax + +; 构建选择子 +; SELECTOR_CODE equ (0x0001 << 3) + TI_GDT + RPL0 + ;jmp dword SELECTOR_CODE:p_mode_start ; 刷新流水线，避免分支预测的影响,这种cpu优化策略，最怕jmp跳转， + jmp dword SELECTOR_CODE:p_mode_start ; 刷新流水线，避免分支预测的影响 + +; 初始化各个寄存器 +[bits 32] +p_mode_start: + mov ax, SELECTOR_DATA + mov ds, ax + mov es, ax + mov ss, ax + mov esp,LOADER_STACK_TOP + mov ax, SELECTOR_VIDEO + mov gs, ax + + mov byte [gs:160], 'P' + + jmp $ \ No newline at end of file diff --git a/c4/a/boot/mbr.S b/c4/a/boot/mbr.S new file mode 100755 index 0000000..d85b7b7 --- /dev/null +++ b/c4/a/boot/mbr.S @@ -0,0 +1,136 @@ +; +; +;LOADER_BASE_ADDR equ 0xA000 +;LOADER_START_SECTOR equ 0x2 +;------------------------------------------------------------ +# %include ΪnasmԴԤ +%include "boot.inc" +SECTION MBR vstart=0x7c00 + mov ax,cs + mov ds,ax + mov es,ax + mov ss,ax + mov fs,ax + mov sp,0x7c00 + mov ax,0xb800 + mov gs,ax + +; +;0x06ŹܣϾȫУ +; ----------------------------------------------------------- +;INT 0x10 ܺ:0x06 :Ͼ +;------------------------------------------------------ +;룺 +;AH ܺ= 0x06 +;AL = Ͼ(Ϊ0,ʾȫ) +;BH = Ͼ +;(CL,CH) = Ͻǵ(X,Y)λ +;(DL,DH) = ½ǵ(X,Y)λ +;޷ֵ + mov ax, 0600h + mov bx, 0700h + mov cx, 0 ; Ͻ: (0, 0) + mov dx, 184fh ; ½: (80,25), + ; ΪVGAıģʽУһֻ80ַ,25С + ; ±0ʼ0x18=24,0x4f=79 + int 10h ; int 10h + + ; ɫɫǰɫɫַ"1 MBR" + mov byte [gs:0x00],'1' + mov byte [gs:0x01],0xA4 ; Aʾɫ˸4ʾǰɫΪɫ + + mov byte [gs:0x02],' ' + mov byte [gs:0x03],0xA4 + + mov byte [gs:0x04],'M' + mov byte [gs:0x05],0xA4 + + mov byte [gs:0x06],'B' + mov byte [gs:0x07],0xA4 + + mov byte [gs:0x08],'R' + mov byte [gs:0x09],0xA4 + + mov eax, LOADER_START_SECTOR ; ʼlbaַ + mov bx, LOADER_BASE_ADDR ; дĵַ + mov cx, 4 ; ȴ + + call rd_disk_m_16 ; ȡʼ + + jmp LOADER_BASE_ADDR + +;------------------------------------------------------------------------------- +;:ȡӲn +; Ϊ 16 λ¶Ӳ +rd_disk_m_16: +;------------------------------------------------------------------------------- + ; eax= LBA + ; ebx= дڴַ + ; ecx= + mov esi, eax ; eax + mov di, cx ; cx + +; дӲ +; 1 Ҫȡ + mov dx, 0x1f2 + mov al, cl ; out ָ ˿һֽڻֵALAX + out dx, al ;ȡ + + mov eax, esi ;ָ + +;2LBAַ0x1f3 ~ 0x1f6 + ;LBAַ7~0λд˿0x1f3 + mov dx, 0x1f3 + out dx, al + + ;LBAַ15~8λд˿0x1f4 + mov cl, 8 + shr eax, cl ;8λ + mov dx, 0x1f4 + out dx, al + + ;LBAַ23~16λд˿0x1f5 + shr eax, cl + mov dx, 0x1f5 + out dx, al + + ; д device Ĵ λ + shr eax, cl + and al, 0x0f ; 24~27λ + ; ҪdeviceĴλã7~4λΪ1110 + or al, 0xe0 + mov dx, 0x1f6 + out dx, al + +;30x1f7˿д0x20 + mov dx, 0x1f7 + mov al, 0x20 + out dx, al + +;4Ӳ״̬ +.not_ready: + ;ͬһ˿ڣдʱʾд֣ʱʾӲ״̬ + nop ;ӳ ٴӲ + in al, dx + and al,0x88 ;3λΪ1ʾӲ̿׼ݴ䣬7λΪ1ʾӲæ + cmp al, 0x08 + jnz .not_ready ;ѭȴ + +;50x1f0˿ڶ + mov ax, di ;di Ϊ֮ǰݵ + mov dx, 256 + mul dx ;һ512ֽڣÿζһ֣ + ; di*512/2Σdi*256 + mov cx, ax ; ˷д cx Ϊд׼ + ; ֪ 16 λ˷Ľ16λĴ + mov dx, 0x1f0 ; data Ĵ +.go_on_read: + in ax, dx ; д뵽 bx ָڴ棬 bx = 1~65535дݲܳ 64kb + mov [bx], ax + add bx, 2 ;ÿδ2ֽ + loop .go_on_read + ret ; ص 58 е call ָ + + + times 510-($-$$) db 0 + db 0x55,0xaa \ No newline at end of file diff --git a/c5/detect_memory/bochsrc b/c5/detect_memory/bochsrc new file mode 100755 index 0000000..6052b65 --- /dev/null +++ b/c5/detect_memory/bochsrc @@ -0,0 +1,17 @@ +#Bochs运行中使用的内存，设置为32Mmegs: 32#设置真实机器的BIOS和VGA BIOS +#修改成你们对应的地址 +romimage: file=/home/ahu/install/bochs/share/bochs/BIOS-bochs-latest +vgaromimage: file=/home/ahu/install/bochs/share/bochs/VGABIOS-lgpl-latest +#设置Bochs所使用的磁盘#设置启动盘符 +boot: disk +#设置日志文件的输出 +log: bochs.out +#开启或关闭某些功能，修改成你们对应的地址 +mouse: enabled=0 +#keyboard_mapping: enabled=1, map=/home/ahu/install/bochs/share/bochs/keymaps/x11-pc-us.map +keyboard: keymap=/home/ahu/install/bochs/share/bochs/keymaps/x11-pc-us.map +#硬盘设置 +ata0: enabled=1, ioaddr1=0x1f0, ioaddr2=0x3f0, irq=14 +ata0-master: type=disk, path="hd60M.img", mode=flat, cylinders=121, heads=16, spt=63 +#增加bochs对gdb的支持，我们在这里不使用，所以注释掉了 +#gdbstub: enabled=1, port=1234, text_base=0, data_base=0, bss_base=0 \ No newline at end of file diff --git a/c5/detect_memory/build.sh b/c5/detect_memory/build.sh new file mode 100755 index 0000000..daadc5f --- /dev/null +++ b/c5/detect_memory/build.sh @@ -0,0 +1,18 @@ +#!/bin/sh + +echo "Creating disk.img..." +bximage -mode=create -hd=10M -q disk.img + +echo "Compiling..." +nasm -I include/ -o mbr.bin mbr.S +nasm -I include/ -o loader.bin loader.S + +echo "Writing mbr and loader to disk..." +dd if=mbr.bin of=/home/ahu/install/bochs/hd60M.img bs=512 count=1 conv=notrunc +dd if=loader.bin of=/home/ahu/install/bochs/hd60M.img bs=512 count=4 seek=2 conv=notrunc + +echo "Now start bochs and have fun!" + +cd /home/ahu/install/bochs/ +bin/bochs -f bochsrc.disk + diff --git a/c5/detect_memory/include/boot.inc b/c5/detect_memory/include/boot.inc new file mode 100755 index 0000000..2385009 --- /dev/null +++ b/c5/detect_memory/include/boot.inc @@ -0,0 +1,50 @@ +;------------- loader和kernel ---------- +; 即为 宏名 equ 值 +LOADER_BASE_ADDR equ 0x900 +LOADER_START_SECTOR equ 0x2 + +;-------------- gdt描述符属性 ------------- +; 段描述符的23位 表示粒度为 4K +DESC_G_4K equ 1_00000000000000000000000b ; 23 +DESC_D_32 equ 1_0000000000000000000000b ; 22 位 1表示在32位下 +DESC_L equ 0_000000000000000000000b ; 64位代码标记，此处标记为0便可。 +DESC_AVL equ 0_00000000000000000000b ; cpu不用此位，暂置为0 +; 第二部分段界限值，由于采用了32位平坦模型，所以段界限为(4GB / 4KB) - 1 = 0xFFFFF，故为全1 +DESC_LIMIT_CODE2 equ 1111_0000000000000000b ; 代码段的 16-19的limit 总的段限界为fffff +DESC_LIMIT_DATA2 equ DESC_LIMIT_CODE2 ; 数据段的 +DESC_LIMIT_VIDEO2 equ 0000_000000000000000b ; 限界为 bffff +DESC_P equ 1_000000000000000b +DESC_DPL_0 equ 00_0000000000000b +DESC_DPL_1 equ 01_0000000000000b +DESC_DPL_2 equ 10_0000000000000b +DESC_DPL_3 equ 11_0000000000000b +DESC_S_CODE equ 1_000000000000b +DESC_S_DATA equ DESC_S_CODE +DESC_S_sys equ 0_000000000000b +DESC_TYPE_CODE equ 1000_00000000b ;x=1,c=0,r=0,a=0 代码段是可执行的,非依从的,不可读的,已访问位a清0. +DESC_TYPE_DATA equ 0010_00000000b ;x=0,e=0,w=1,a=0 数据段是不可执行的,向上扩展的,可写的,已访问位a清0. + + +; 代码段描述符的高32位表示，其中(0x00 << 24表示最高8位的段基址值 +; 由于我们采用的是平坦模型，故基址为零)，后面唯一可变的就是段界限值 +DESC_CODE_HIGH4 equ (0x00 << 24) + DESC_G_4K + DESC_D_32 + \ + DESC_L + DESC_AVL + DESC_LIMIT_CODE2 + DESC_P + \ + DESC_DPL_0 + DESC_S_CODE + DESC_TYPE_CODE + 0x00 +DESC_DATA_HIGH4 equ (0x00 << 24) + DESC_G_4K + DESC_D_32 + \ + DESC_L + DESC_AVL + DESC_LIMIT_DATA2 + DESC_P + \ + DESC_DPL_0 + DESC_S_DATA + DESC_TYPE_DATA + 0x00 +; 由于显存区为 0b8000, 因此段基址高四位为 b +DESC_VIDEO_HIGH4 equ (0x00 << 24) + DESC_G_4K + DESC_D_32 + \ + DESC_L + DESC_AVL + DESC_LIMIT_VIDEO2 + DESC_P + \ + DESC_DPL_0 + DESC_S_DATA + DESC_TYPE_DATA + 0x0b + + +; 选择子属性 +; 请求特权级 +RPL0 equ 00b +RPL1 equ 01b +RPL2 equ 10b +RPL3 equ 11b +; 表示是 GDT 还是 LDT +TI_GDT equ 000b +TI_LDT equ 100b \ No newline at end of file diff --git a/c5/detect_memory/loader.S b/c5/detect_memory/loader.S new file mode 100755 index 0000000..a814560 --- /dev/null +++ b/c5/detect_memory/loader.S @@ -0,0 +1,166 @@ +%include "boot.inc" +section loader vstart=LOADER_BASE_ADDR +LOADER_STACK_TOP equ LOADER_BASE_ADDR + +; 加载GDT表 +; 一个dd为4字节，段描述符为8字节，上面为低4字节 +; 第一行的 0描述符不可用 因此直接置为 全 0 +GDT_BASE: dd 0x00000000 + dd 0x00000000 + +; GDT 中 先安放三个有用描述符 +; 代码段、数据段和栈段、显存段 +CODE_DESC: dd 0x0000FFFF ; 低32位表示 2字节base + 2字节段限界 + dd DESC_CODE_HIGH4 + +; 栈段和数据段共用，向上扩展 type的e为0 +DATA_STACK_DESC: dd 0x0000FFFF + dd DESC_DATA_HIGH4 + +; 显卡段，非平坦，从 0xb8000开始 +VIDEO_DESC: dd 0x80000007 ; 段界限为 (bffff - b8000 ) / 4K = 7 + dd DESC_VIDEO_HIGH4 + +GDT_SIZE equ $ - GDT_BASE ;$ 表示本行标号, 通过地址差获得size +GDT_LIMIT equ GDT_SIZE - 1 + +; 填充空白描述符 60 个 +times 120 dd 0 +; 构建选择子 +SELECTOR_CODE equ (0x0001 << 3) + TI_GDT + RPL0 +SELECTOR_DATA equ (0x0002 << 3) + TI_GDT + RPL0 +SELECTOR_VIDEO equ (0x0003 << 3) + TI_GDT + RPL0 + + + ; total_mem_bytes用于保存内存容量,以字节为单位,此位置比较好记。 + ; 当前偏移loader.bin文件头0x200字节,loader.bin的加载地址是0x900, + ; 故total_mem_bytes内存中的地址是0xb00.将来在内核中咱们会引用此地址 + total_mem_bytes dd 0 + +; GDTR 寄存器 +gdt_ptr dw GDT_LIMIT + dd GDT_BASE + + + ards_buf times 244 db 0 ; 一个 ards 为 20字节，因此可以存放12个 + ards_nr dw 0 ; 记录 ards 结构体的数量 + +;------- int 15h eax = 0000E820h ,edx = 534D4150h ('SMAP') 获取内存布局 ------- + +loader_start: + xor ebx, ebx ; xor 表示清 0 + mov edx, 0x534d4150 + ; es 在mbr中赋值 + mov di, ards_buf ;缓冲区 + ; 由于每次 eax ecx ebx 都会更新 +.e820_mem_get_loop: + mov eax, 0x0000e820 + mov ecx, 20 ; ards 大小为 20字节 + int 0x15 + jc .e801_failed_so_try801 ; 通过 cf 位来进行判断 + add di, cx ;使 di 向后20字节 + inc word [ards_nr] + cmp ebx, 0 + jnz .e820_mem_get_loop + +;在所有ards结构中，找出(base_add_low + length_low)的最大值，即内存的容量。 + mov cx, [ards_nr] + mov ebx, ards_buf + xor edx, edx + +.find_max_mem_area: ;无须判断type是否为1,最大的内存块一定是可被使用 + mov eax, [ebx] ; 取得 base + add eax, [ebx+8] ; len + add ebx, 20 ; 取得下一个 + cmp edx, eax ; edx 存放最大值 + jge .next_ards ; edx > eax 进入循环 ，大于就先赋值后 再循环 + mov edx, eax + +.next_ards: + loop .find_max_mem_area + jmp .mem_get_ok + + +;------ int 15h ax = E801h 获取内存大小,最大支持4G ------ +.e801_failed_so_try801: + mov ax, 0xe801 + int 0x15 + jc .e801_failed_so_try88 + + ; ax * 1024 单位为 1Kb + ; 计算 15 Mb 以下的 + mov cx, 0x400 + mul cx + ; 积 的 高16位 在dx中， 低16位在ax中 + shl edx, 16 ; 将 edx 低 16 位 置为 0 + and eax, 0x0000FFFF ; 将 eax 高 16 置为0 + or edx, eax + add edx, 0x100000 ; 加上 1Mb + mov esi, edx ; 存放在 esi 中 + + ; bx * 1024 *64 单位为64kb + ; 16 Mb 以上的 + xor eax, eax + mov ax, bx ; bx 存放 + mov ecx, 0x10000 + mul ecx + add esi, eax ; 大小最大为 4G 因此32位的 eax 便足够存放乘积了 + mov edx, esi + jmp .mem_get_ok + +;----------------- int 15h ah = 0x88 获取内存大小,只能获取64M之内 ---------- +.e801_failed_so_try88: + mov ah, 0x88 + int 0x15 + jc .error_hlt ; 最终出错挂起 + and eax, 0x0000FFFF + + mov cx, 0x400 + mul cx + shl edx, 16 + or edx, eax + add edx, 0x100000 ; 加上 1Mb + +.mem_get_ok: + mov [total_mem_bytes], edx ;全部都由 edx 存储 +;---------------------------------------- 准备进入保护模式 ------------------------------------------ + ;1 打开A20 + ;2 加载gdt + ;3 将cr0的pe位置1 + + ;----------------- 打开A20 ---------------- + in al, 0x92 + or al, 0000_0010b ; 将 0x92 的第一位 置 1 + out 0x92, al + + ;----------------- 加载GDT ---------------- + lgdt [gdt_ptr] + + ;----------------- cr0第0位置1 ---------------- + mov eax, cr0 + or eax, 0000_0001 + mov cr0, eax + +; 构建选择子 +; SELECTOR_CODE equ (0x0001 << 3) + TI_GDT + RPL0 + ;jmp dword SELECTOR_CODE:p_mode_start ; 刷新流水线，避免分支预测的影响,这种cpu优化策略，最怕jmp跳转， + jmp dword SELECTOR_CODE:p_mode_start ; 刷新流水线，避免分支预测的影响 + + +.error_hlt: ;出错则挂起 + hlt + +; 初始化各个寄存器 +[bits 32] +p_mode_start: + mov ax, SELECTOR_DATA + mov ds, ax + mov es, ax + mov ss, ax + mov esp,LOADER_STACK_TOP + mov ax, SELECTOR_VIDEO + mov gs, ax + + mov byte [gs:160], 'P' + + jmp $ \ No newline at end of file diff --git a/c5/detect_memory/mbr.S b/c5/detect_memory/mbr.S new file mode 100755 index 0000000..1a239bd --- /dev/null +++ b/c5/detect_memory/mbr.S @@ -0,0 +1,136 @@ +; +; +;LOADER_BASE_ADDR equ 0xA000 +;LOADER_START_SECTOR equ 0x2 +;------------------------------------------------------------ +# %include ΪnasmԴԤ +%include "boot.inc" +SECTION MBR vstart=0x7c00 + mov ax,cs + mov ds,ax + mov es,ax + mov ss,ax + mov fs,ax + mov sp,0x7c00 + mov ax,0xb800 + mov gs,ax + +; +;0x06ŹܣϾȫУ +; ----------------------------------------------------------- +;INT 0x10 ܺ:0x06 :Ͼ +;------------------------------------------------------ +;룺 +;AH ܺ= 0x06 +;AL = Ͼ(Ϊ0,ʾȫ) +;BH = Ͼ +;(CL,CH) = Ͻǵ(X,Y)λ +;(DL,DH) = ½ǵ(X,Y)λ +;޷ֵ + mov ax, 0600h + mov bx, 0700h + mov cx, 0 ; Ͻ: (0, 0) + mov dx, 184fh ; ½: (80,25), + ; ΪVGAıģʽУһֻ80ַ,25С + ; ±0ʼ0x18=24,0x4f=79 + int 10h ; int 10h + + ; ɫɫǰɫɫַ"1 MBR" + mov byte [gs:0x00],'1' + mov byte [gs:0x01],0xA4 ; Aʾɫ˸4ʾǰɫΪɫ + + mov byte [gs:0x02],' ' + mov byte [gs:0x03],0xA4 + + mov byte [gs:0x04],'M' + mov byte [gs:0x05],0xA4 + + mov byte [gs:0x06],'B' + mov byte [gs:0x07],0xA4 + + mov byte [gs:0x08],'R' + mov byte [gs:0x09],0xA4 + + mov eax, LOADER_START_SECTOR ; ʼlbaַ + mov bx, LOADER_BASE_ADDR ; дĵַ + mov cx, 4 ; ȴ + + call rd_disk_m_16 ; ȡʼ + + jmp LOADER_BASE_ADDR + 0x300 + +;------------------------------------------------------------------------------- +;:ȡӲn +; Ϊ 16 λ¶Ӳ +rd_disk_m_16: +;------------------------------------------------------------------------------- + ; eax= LBA + ; ebx= дڴַ + ; ecx= + mov esi, eax ; eax + mov di, cx ; cx + +; дӲ +; 1 Ҫȡ + mov dx, 0x1f2 + mov al, cl ; out ָ ˿һֽڻֵALAX + out dx, al ;ȡ + + mov eax, esi ;ָ + +;2LBAַ0x1f3 ~ 0x1f6 + ;LBAַ7~0λд˿0x1f3 + mov dx, 0x1f3 + out dx, al + + ;LBAַ15~8λд˿0x1f4 + mov cl, 8 + shr eax, cl ;8λ + mov dx, 0x1f4 + out dx, al + + ;LBAַ23~16λд˿0x1f5 + shr eax, cl + mov dx, 0x1f5 + out dx, al + + ; д device Ĵ λ + shr eax, cl + and al, 0x0f ; 24~27λ + ; ҪdeviceĴλã7~4λΪ1110 + or al, 0xe0 + mov dx, 0x1f6 + out dx, al + +;30x1f7˿д0x20 + mov dx, 0x1f7 + mov al, 0x20 + out dx, al + +;4Ӳ״̬ +.not_ready: + ;ͬһ˿ڣдʱʾд֣ʱʾӲ״̬ + nop ;ӳ ٴӲ + in al, dx + and al,0x88 ;3λΪ1ʾӲ̿׼ݴ䣬7λΪ1ʾӲæ + cmp al, 0x08 + jnz .not_ready ;ѭȴ + +;50x1f0˿ڶ + mov ax, di ;di Ϊ֮ǰݵ + mov dx, 256 + mul dx ;һ512ֽڣÿζһ֣ + ; di*512/2Σdi*256 + mov cx, ax ; ˷д cx Ϊд׼ + ; ֪ 16 λ˷Ľ16λĴ + mov dx, 0x1f0 ; data Ĵ +.go_on_read: + in ax, dx ; д뵽 bx ָڴ棬 bx = 1~65535дݲܳ 64kb + mov [bx], ax + add bx, 2 ;ÿδ2ֽ + loop .go_on_read + ret ; ص 58 е call ָ + + + times 510-($-$$) db 0 + db 0x55,0xaa \ No newline at end of file diff --git a/c5/load-kernel/build.sh b/c5/load-kernel/build.sh new file mode 100755 index 0000000..c1fb255 --- /dev/null +++ b/c5/load-kernel/build.sh @@ -0,0 +1,21 @@ +#!/bin/sh + +shopt -s expand_aliases + +echo "Creating disk.img..." +bximage -mode=create -hd=10M -q disk.img + +echo "Compiling..." +gcc -m32 -c -o kernel/main.o kernel/main.c +ld -m elf_i386 kernel/main.o -Ttext 0xc0001500 -e main -o kernel/kernel.bin +nasm -I include/ -o mbr.bin mbr.S +nasm -I include/ -o loader.bin loader.S + +echo "Writing mbr, loader and kernel to disk..." +dd if=mbr.bin of=/home/ahu/install/bochs/hd60M.img bs=512 count=1 conv=notrunc +dd if=loader.bin of=/home/ahu/install/bochs/hd60M.img bs=512 count=4 seek=2 conv=notrunc +dd if=kernel/kernel.bin of=/home/ahu/install/bochs/hd60M.img bs=512 count=200 seek=9 conv=notrunc + +echo "Now start bochs and have fun!" +cd /home/ahu/install/bochs/ +bin/bochs -f bochsrc.disk diff --git a/c5/load-kernel/include/boot.inc b/c5/load-kernel/include/boot.inc new file mode 100755 index 0000000..4a40683 --- /dev/null +++ b/c5/load-kernel/include/boot.inc @@ -0,0 +1,66 @@ +;---------------------------loader和kernel------------- +LOADER_BASE_ADDR equ 0x900 +LOADER_STACK_TOP equ LOADER_BASE_ADDR +LOADER_START_SECTOR equ 0x2 + +KERNEL_BIN_BASE_ADDR equ 0x70000 +KERNEL_START_SECTOR equ 0x9 +KERNEL_ENTRY_POINT equ 0xc0001500 + +;------------- 页表配置 ---------------- +PAGE_DIR_TABLE_POS equ 0x100000 + +;-------------- gdt描述符属性 ------------- +; 段描述符的23位 表示粒度为 4K +DESC_G_4K equ 1_00000000000000000000000b ; 23 +DESC_D_32 equ 1_0000000000000000000000b ; 22 位 1表示在32位下 +DESC_L equ 0_000000000000000000000b ; 64位代码标记，此处标记为0便可。 +DESC_AVL equ 0_00000000000000000000b ; cpu不用此位，暂置为0 +; 第二部分段界限值，由于采用了32位平坦模型，所以段界限为(4GB / 4KB) - 1 = 0xFFFFF，故为全1 +DESC_LIMIT_CODE2 equ 1111_0000000000000000b ; 代码段的 16-19的limit 总的段限界为fffff +DESC_LIMIT_DATA2 equ DESC_LIMIT_CODE2 ; 数据段的 +DESC_LIMIT_VIDEO2 equ 0000_000000000000000b ; 限界为 bffff +DESC_P equ 1_000000000000000b +DESC_DPL_0 equ 00_0000000000000b +DESC_DPL_1 equ 01_0000000000000b +DESC_DPL_2 equ 10_0000000000000b +DESC_DPL_3 equ 11_0000000000000b +DESC_S_CODE equ 1_000000000000b +DESC_S_DATA equ DESC_S_CODE +DESC_S_sys equ 0_000000000000b +DESC_TYPE_CODE equ 1000_00000000b ;x=1,c=0,r=0,a=0 代码段是可执行的,非依从的,不可读的,已访问位a清0. +DESC_TYPE_DATA equ 0010_00000000b ;x=0,e=0,w=1,a=0 数据段是不可执行的,向上扩展的,可写的,已访问位a清0. + + +; 代码段描述符的高32位表示，其中(0x00 << 24表示最高8位的段基址值 +; 由于我们采用的是平坦模型，故基址为零)，后面唯一可变的就是段界限值 +DESC_CODE_HIGH4 equ (0x00 << 24) + DESC_G_4K + DESC_D_32 + \ + DESC_L + DESC_AVL + DESC_LIMIT_CODE2 + DESC_P + \ + DESC_DPL_0 + DESC_S_CODE + DESC_TYPE_CODE + 0x00 +DESC_DATA_HIGH4 equ (0x00 << 24) + DESC_G_4K + DESC_D_32 + \ + DESC_L + DESC_AVL + DESC_LIMIT_DATA2 + DESC_P + \ + DESC_DPL_0 + DESC_S_DATA + DESC_TYPE_DATA + 0x00 +; 由于显存区为 0b8000, 因此段基址高四位为 b +DESC_VIDEO_HIGH4 equ (0x00 << 24) + DESC_G_4K + DESC_D_32 + \ + DESC_L + DESC_AVL + DESC_LIMIT_VIDEO2 + DESC_P + \ + DESC_DPL_0 + DESC_S_DATA + DESC_TYPE_DATA + 0x0b + +;-------------- 选择子属性 --------------- +RPL0 equ 00b +RPL1 equ 01b +RPL2 equ 10b +RPL3 equ 11b +TI_GDT equ 000b +TI_LDT equ 100b + + +;---------------- 页表相关属性 -------------- +PG_P equ 1b +PG_RW_R equ 00b +PG_RW_W equ 10b +PG_US_S equ 000b +PG_US_U equ 100b + + +;------------- program type 定义 -------------- +PT_NULL equ 0 \ No newline at end of file diff --git a/c5/load-kernel/kernel/main.c b/c5/load-kernel/kernel/main.c new file mode 100755 index 0000000..0d9e0e1 --- /dev/null +++ b/c5/load-kernel/kernel/main.c @@ -0,0 +1,4 @@ +int main(void) { + while (1); + return 0; +} \ No newline at end of file diff --git a/c5/load-kernel/loader.S b/c5/load-kernel/loader.S new file mode 100755 index 0000000..b604bb3 --- /dev/null +++ b/c5/load-kernel/loader.S @@ -0,0 +1,320 @@ +%include "boot.inc" +section loader vstart=LOADER_BASE_ADDR +LOADER_STACK_TOP equ LOADER_BASE_ADDR + +; 加载GDT表 +; 一个dd为4字节，段描述符为8字节，上面为低4字节 +; 第一行的 0描述符不可用 因此直接置为 全 0 +GDT_BASE: dd 0x00000000 + dd 0x00000000 + +; GDT 中 先安放三个有用描述符 +; 代码段、数据段和栈段、显存段 +CODE_DESC: dd 0x0000FFFF ; 低32位表示 2字节base + 2字节段限界 + dd DESC_CODE_HIGH4 + +; 栈段和数据段共用，向上扩展 type的e为0 +DATA_STACK_DESC: dd 0x0000FFFF + dd DESC_DATA_HIGH4 + +; 显卡段，非平坦，从 0xb8000开始 +VIDEO_DESC: dd 0x80000007 ; 段界限为 (bffff - b8000 ) / 4K = 7 + dd DESC_VIDEO_HIGH4 + +GDT_SIZE equ $ - GDT_BASE ;$ 表示本行标号, 通过地址差获得size +GDT_LIMIT equ GDT_SIZE - 1 + +; 填充空白描述符 60 个 +times 120 dd 0 +; 构建选择子 +SELECTOR_CODE equ (0x0001 << 3) + TI_GDT + RPL0 +SELECTOR_DATA equ (0x0002 << 3) + TI_GDT + RPL0 +SELECTOR_VIDEO equ (0x0003 << 3) + TI_GDT + RPL0 + + + ; total_mem_bytes用于保存内存容量,以字节为单位,此位置比较好记。 + ; 当前偏移loader.bin文件头0x200字节,loader.bin的加载地址是0x900, + ; 故total_mem_bytes内存中的地址是0xb00.将来在内核中咱们会引用此地址 + total_mem_bytes dd 0 + +; GDTR 寄存器 +gdt_ptr dw GDT_LIMIT + dd GDT_BASE + + + ards_buf times 244 db 0 ; 一个 ards 为 20字节，因此可以存放12个 + ards_nr dw 0 ; 记录 ards 结构体的数量 + +;------- int 15h eax = 0000E820h ,edx = 534D4150h ('SMAP') 获取内存布局 ------- + +loader_start: + xor ebx, ebx ; xor 表示清 0 + mov edx, 0x534d4150 + ; es 在mbr中赋值 + mov di, ards_buf ;缓冲区 + ; 由于每次 eax ecx ebx 都会更新 +.e820_mem_get_loop: + mov eax, 0x0000e820 + mov ecx, 20 ; ards 大小为 20字节 + int 0x15 + jc .e801_failed_so_try801 ; 通过 cf 位来进行判断 + add di, cx ;使 di 向后20字节 + inc word [ards_nr] + cmp ebx, 0 + jnz .e820_mem_get_loop + +;在所有ards结构中，找出(base_add_low + length_low)的最大值，即内存的容量。 + mov cx, [ards_nr] + mov ebx, ards_buf + xor edx, edx + +.find_max_mem_area: ;无须判断type是否为1,最大的内存块一定是可被使用 + mov eax, [ebx] ; 取得 base + add eax, [ebx+8] ; len + add ebx, 20 ; 取得下一个 + cmp edx, eax ; edx 存放最大值 + jge .next_ards ; edx > eax 进入循环 ，大于就先赋值后 再循环 + mov edx, eax + +.next_ards: + loop .find_max_mem_area + jmp .mem_get_ok + + +;------ int 15h ax = E801h 获取内存大小,最大支持4G ------ +.e801_failed_so_try801: + mov ax, 0xe801 + int 0x15 + jc .e801_failed_so_try88 + + ; ax * 1024 单位为 1Kb + ; 计算 15 Mb 以下的 + mov cx, 0x400 + mul cx + ; 积 的 高16位 在dx中， 低16位在ax中 + shl edx, 16 ; 将 edx 低 16 位 置为 0 + and eax, 0x0000FFFF ; 将 eax 高 16 置为0 + or edx, eax + add edx, 0x100000 ; 加上 1Mb + mov esi, edx ; 存放在 esi 中 + + ; bx * 1024 *64 单位为64kb + ; 16 Mb 以上的 + xor eax, eax + mov ax, bx ; bx 存放 + mov ecx, 0x10000 + mul ecx + add esi, eax ; 大小最大为 4G 因此32位的 eax 便足够存放乘积了 + mov edx, esi + jmp .mem_get_ok + +;----------------- int 15h ah = 0x88 获取内存大小,只能获取64M之内 ---------- +.e801_failed_so_try88: + mov ah, 0x88 + int 0x15 + jc .error_hlt ; 最终出错挂起 + and eax, 0x0000FFFF + + mov cx, 0x400 + mul cx + shl edx, 16 + or edx, eax + add edx, 0x100000 ; 加上 1Mb + +.mem_get_ok: + mov [total_mem_bytes], edx ;全部都由 edx 存储 +;---------------------------------------- 准备进入保护模式 ------------------------------------------ + ;1 打开A20 + ;2 加载gdt + ;3 将cr0的pe位置1 + + ;----------------- 打开A20 ---------------- + in al, 0x92 + or al, 0000_0010b ; 将 0x92 的第一位 置 1 + out 0x92, al + + ;----------------- 加载GDT ---------------- + lgdt [gdt_ptr] + + ;----------------- cr0第0位置1 ---------------- + mov eax, cr0 + or eax, 0000_0001 + mov cr0, eax + +; 构建选择子 +; SELECTOR_CODE equ (0x0001 << 3) + TI_GDT + RPL0 + ;jmp dword SELECTOR_CODE:p_mode_start ; 刷新流水线，避免分支预测的影响,这种cpu优化策略，最怕jmp跳转， + jmp dword SELECTOR_CODE:p_mode_start ; 刷新流水线，避免分支预测的影响 + + +.error_hlt: ;出错则挂起 + hlt + +; 初始化各个寄存器 +[bits 32] +p_mode_start: + mov ax, SELECTOR_DATA + mov ds, ax + mov es, ax + mov ss, ax + mov esp,LOADER_STACK_TOP + mov ax, SELECTOR_VIDEO + mov gs, ax + +; ------------------------- 加载kernel ---------------------- + mov eax, KERNEL_START_SECTOR ; kernel.bin 所在扇区号 + mov ebx, KERNEL_BIN_BASE_ADDR ; 从磁盘读出后， 写入到 ebx 指定的地址 + mov ecx, 200 ;读取扇区数 + + call rd_disk_m_32 + ; 创建页目录及页表并初始化页内存位图 + call setup_page + + ;要将描述符表地址及偏移量写入内存gdt_ptr,一会用新地址重新加载 + sgdt [gdt_ptr] ; 存储到原来gdt所有的位置 + + mov ebx, [gdt_ptr + 2] ; 先得到 gdt 的地址 + or dword [ebx + 0x18 + 0x4], 0xc0000000 ; 修改显存段地址 + + add dword [gdt_ptr + 2], 0xc0000000 + + add esp, 0xc0000000 ; 改变栈地址 + + ; 开启分页机制 将地址赋予 cr3 + mov eax, PAGE_DIR_TABLE_POS + mov cr3, eax + + ; 打开 cr0 的 pg 位 + mov eax, cr0 + or eax, 0x80000000 ; pg 位于第 31 位 + mov cr0, eax + + ;在开启分页后,用gdt新的地址重新加载 + lgdt [gdt_ptr] ; 重新加载 + +;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;; 此时不刷新流水线也没问题 ;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;; +;由于一直处在32位下,原则上不需要强制刷新,经过实际测试没有以下这两句也没问题. +;但以防万一，还是加上啦，免得将来出来莫句奇妙的问题. + jmp SELECTOR_CODE:enter_kernel ;强制刷新流水线,更新gdt + +;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;; +enter_kernel: + call kernel_init + mov esp, 0xc009f000 + jmp KERNEL_ENTRY_POINT + + +;----------------- 将kernel.bin中的segment拷贝到编译的地址 ----------- +kernel_init: + xor eax, eax + xor ebx, ebx ;ebx记录程序头表地址 + xor ecx, ecx ;cx记录程序头表中的program header数量 + xor edx, edx ;dx 记录program header尺寸,即e_phentsize + + ; 首先得到每个段的大小，之后便加起来循环遍历 各个段 + mov dx, [KERNEL_BIN_BASE_ADDR + 42] ; 偏移文件42字节处的属性是e_phentsize,表示program header 大小 + ; 现加载第一个段头 + mov ebx, [KERNEL_BIN_BASE_ADDR + 28] + ; 偏移文件开始部分28字节的地方是e_phoff,表示第1 个program header在文件中的偏移量 + add ebx, KERNEL_BIN_BASE_ADDR ;加上初始地址 + ; 获取段数量 + mov cx, [KERNEL_BIN_BASE_ADDR + 44] ; e_phnum + +; 现对每个段进行循环判断 首先判断是否为 PT_NULL，即是否为空 +.each_segment: + cmp byte [ebx + 0], PT_NULL + je .PTNULL + +;为函数memcpy压入参数,参数是从右往左依然压入.函数原型类似于 memcpy(dst,src,size) + push dword [ebx + 16] ; file_size + mov eax, [ebx + 4] ; 赋值 offset + add eax, KERNEL_BIN_BASE_ADDR ; 加上kernel.bin被加载到的物理地址,eax为该段的物理地址 + push eax + push dword [ebx + 8] + call mem_cpy + add esp, 12 ; 清楚栈中压入的三个参数 + +.PTNULL: + ; 直接读取下一个段 + add ebx, edx ; edx为program header大小,即e_phentsize,在此ebx指向下一个program header + loop .each_segment + ret + +;---------- 逐字节拷贝 mem_cpy(dst,src,size) ------------ +;输入:栈中三个参数(dst,src,size) +;输出:无 +;--------------------------------------------------------- +mem_cpy: + cld ; 清除方向标志，让数据源地址和目的地址逐渐增大 + push ebp + mov ebp, esp + push ecx + mov edi, [ebp + 8] + mov esi, [ebp + 12] + mov ecx, [ebp + 16] + + ; 恢复环境 + pop ecx + pop ebp + ret + + +;------------- 创建页目录及页表 --------------- +setup_page: +;先把页目录占用的空间逐字节清0 + mov ecx, 4096 + mov esi, 0 + +.clear_page_dir: + mov byte [PAGE_DIR_TABLE_POS + esi], 0 + inc esi + loop .clear_page_dir + +;开始创建页目录项(PDE) +.create_pde: ; 创建Page Directory Entry + mov eax, PAGE_DIR_TABLE_POS + add eax, 0x1000 ; 第一个页表紧挨着页目录表 + mov ebx, eax ; 此处为ebx赋值，是为.create_pte做准备，ebx为基址。 + +; 下面将页目录项0和0xc00都存为第一个页表的地址， +; 一个页表可表示4MB内存,这样0xc03fffff以下的地址和0x003fffff以下的地址都指向相同的页表， +; 这是为将地址映射为内核地址做准备 +; 第 0 个 和 第 768 个页目录表项为第一个页表地址 +; 第 1023 个页目录表项值为 页目录地址 + or eax, PG_US_U | PG_RW_W | PG_P ; 属性赋值 + ; 页目录项的属性RW和P位为1,US为1,表示用户属性,所有特权级别都可以访问. + mov [PAGE_DIR_TABLE_POS + 0x0], eax + mov [PAGE_DIR_TABLE_POS + 0xc00], eax ; 768*4=0xc00,一个页表项占用4个字节 + + ; 使最后一个目录项指向页目录表自己的地址 + sub eax, 0x1000 + mov [PAGE_DIR_TABLE_POS + 4092], eax + +;下面创建页表项(PTE)，即指第一个页 + mov ecx, 256 ; 只用到 1Mb 空间，因此为其分配物理页 1MB/4KB = 256 + mov esi, 0 + mov edx, PG_US_U | PG_RW_W | PG_P ; 属性为7,US=1,RW=1,P=1 +.create_pte: + ; ebx 为第一个页表值 + mov [ebx+esi*4], edx + add edx, 4096 ; 在低端1MB内存中，虚拟地址 == 物理地址，因此连续递增 + inc esi + loop .create_pte + +;创建内核其它页表的PDE + mov eax, PAGE_DIR_TABLE_POS + add eax, 0x2000 ; 此时 eax 为第二个页表项 + or eax, PG_US_U | PG_RW_W | PG_P ; 页目录项的属性US,RW和P位都为1 + mov ebx, PAGE_DIR_TABLE_POS + mov ecx, 254 ; 范围为第769~1022的所有目录项数量 + mov esi, 769 + +.create_kernel_pde: + mov [ebx+esi*4], eax ; 先暂时写满内核pde + inc esi + add eax, 0x1000 + loop .create_kernel_pde + + ret + + diff --git a/c5/load-kernel/mbr.S b/c5/load-kernel/mbr.S new file mode 100755 index 0000000..080d26b --- /dev/null +++ b/c5/load-kernel/mbr.S @@ -0,0 +1,107 @@ +; 主引导程序 +;----------------------------------------------- +%include "boot.inc" +SECTION MBR vstart=0x7c00 + + mov ax, cs + mov ds, ax + mov es, ax + mov ss, ax + mov fs, ax + mov sp, 0x7c00 + mov ax, 0xb800 + mov gs, ax + +; 清屏 +;--------------------------------------------------- + mov ax, 0600h + mov bx, 0700h + mov cx, 0 + mov dx, 184fh + int 10h + + ; 显示"MBR" + mov byte [gs:0x00], '1' + mov byte [gs:0x01], 0xA4 + + mov byte [gs:0x02], ' ' + mov byte [gs:0x03], 0xA4 + + mov byte [gs:0x04], 'M' + mov byte [gs:0x05], 0xA4 + + mov byte [gs:0x06], 'B' + mov byte [gs:0x07], 0xA4 + + mov byte [gs:0x08], 'A' + mov byte [gs:0x09], 0xA4 + + mov eax, LOADER_START_SECTOR + mov bx, LOADER_BASE_ADDR + + ; 读取4个扇区 + mov cx, 4 + call rd_disk_m_16 + + ; 直接跳到loader的起始代码执行 + jmp LOADER_BASE_ADDR + 0x300 + +;----------------------------------------------------------- +; 读取磁盘的n个扇区，用于加载loader +; eax保存从硬盘读取到的数据的保存地址，ebx为起始扇区，cx为读取的扇区数 +rd_disk_m_16: +;----------------------------------------------------------- + + mov esi, eax + mov di, cx + + mov dx, 0x1f2 + mov al, cl + out dx, al + + mov eax, esi + + mov dx, 0x1f3 + out dx, al + + mov cl, 8 + shr eax, cl + mov dx, 0x1f4 + out dx, al + + shr eax, cl + mov dx, 0x1f5 + out dx, al + + shr eax, cl + and al, 0x0f + or al, 0xe0 + mov dx, 0x1f6 + out dx, al + + mov dx, 0x1f7 + mov al, 0x20 + out dx, al + +.not_ready: + nop + in al, dx + and al, 0x88 + cmp al, 0x08 + jnz .not_ready + + mov ax, di + mov dx, 256 + mul dx + mov cx, ax + mov dx, 0x1f0 + +.go_on_read: + in ax, dx + mov [bx], ax + add bx, 2 + loop .go_on_read + ret + + times 510-($-$$) db 0 + db 0x55, 0xaa diff --git a/c5/page-memory/build.sh b/c5/page-memory/build.sh new file mode 100755 index 0000000..fcc9c75 --- /dev/null +++ b/c5/page-memory/build.sh @@ -0,0 +1,15 @@ +#!/bin/sh + +echo "Creating disk.img..." +bximage -mode=create -hd=10M -q disk.img + +echo "Compiling..." +nasm -I include/ -o mbr.bin mbr.S +nasm -I include/ -o loader.bin loader.S + +echo "Writing mbr and loader to disk..." +dd if=mbr.bin of=/home/husharp/bochs_hu/bochs/hd60M.img bs=512 count=1 conv=notrunc +dd if=loader.bin of=/home/husharp/bochs_hu/bochs/hd60M.img bs=512 count=4 seek=2 conv=notrunc + +#echo "Now start bochs and have fun!" +#bochs -f bochsrc diff --git a/c5/page-memory/clean.sh b/c5/page-memory/clean.sh new file mode 100755 index 0000000..ecfcb37 --- /dev/null +++ b/c5/page-memory/clean.sh @@ -0,0 +1,3 @@ +#!/bin/sh + +rm -f disk.img *.bin diff --git a/c5/page-memory/disk.img b/c5/page-memory/disk.img new file mode 100644 index 0000000000000000000000000000000000000000..29a4ff9de7c081993661f17c0769852c44c27e58 GIT binary patch literal 512 zcmeA<(RZWoK;MPF2YVQ5b};Pdd$EIoZ8rn^P6mcu{t{;eQjf7QFc<pSBHg?AI)sC3wHl>X@a iv5SH6`=ic-yFM_!?PPC0%=GBTVW9D&fPxSRT?GJtc2#Hq literal 0 HcmV?d00001 diff --git a/c5/page-memory/include/boot.inc b/c5/page-memory/include/boot.inc new file mode 100755 index 0000000..e22090d --- /dev/null +++ b/c5/page-memory/include/boot.inc @@ -0,0 +1,62 @@ +;------------- loader和kernel ---------- +; 即为 宏名 equ 值 +LOADER_BASE_ADDR equ 0x900 +LOADER_START_SECTOR equ 0x2 +KERNEL_BIN_BASE_ADDR equ 0x70000 +KERNEL_IMAGE_BASE_ADDR equ 0x1500 +KERNEL_START_SECTOR equ 0x9 + +PAGE_DIR_TABLE_POS equ 0x100000 + +;-------------- gdt描述符属性 ------------- +; 段描述符的23位 表示粒度为 4K +DESC_G_4K equ 1_00000000000000000000000b ; 23 +DESC_D_32 equ 1_0000000000000000000000b ; 22 位 1表示在32位下 +DESC_L equ 0_000000000000000000000b ; 64位代码标记，此处标记为0便可。 +DESC_AVL equ 0_00000000000000000000b ; cpu不用此位，暂置为0 +; 第二部分段界限值，由于采用了32位平坦模型，所以段界限为(4GB / 4KB) - 1 = 0xFFFFF，故为全1 +DESC_LIMIT_CODE2 equ 1111_0000000000000000b ; 代码段的 16-19的limit 总的段限界为fffff +DESC_LIMIT_DATA2 equ DESC_LIMIT_CODE2 ; 数据段的 +DESC_LIMIT_VIDEO2 equ 0000_000000000000000b ; 限界为 bffff +DESC_P equ 1_000000000000000b +DESC_DPL_0 equ 00_0000000000000b +DESC_DPL_1 equ 01_0000000000000b +DESC_DPL_2 equ 10_0000000000000b +DESC_DPL_3 equ 11_0000000000000b +DESC_S_CODE equ 1_000000000000b +DESC_S_DATA equ DESC_S_CODE +DESC_S_sys equ 0_000000000000b +DESC_TYPE_CODE equ 1000_00000000b ;x=1,c=0,r=0,a=0 代码段是可执行的,非依从的,不可读的,已访问位a清0. +DESC_TYPE_DATA equ 0010_00000000b ;x=0,e=0,w=1,a=0 数据段是不可执行的,向上扩展的,可写的,已访问位a清0. + + +; 代码段描述符的高32位表示，其中(0x00 << 24表示最高8位的段基址值 +; 由于我们采用的是平坦模型，故基址为零)，后面唯一可变的就是段界限值 +DESC_CODE_HIGH4 equ (0x00 << 24) + DESC_G_4K + DESC_D_32 + \ + DESC_L + DESC_AVL + DESC_LIMIT_CODE2 + DESC_P + \ + DESC_DPL_0 + DESC_S_CODE + DESC_TYPE_CODE + 0x00 +DESC_DATA_HIGH4 equ (0x00 << 24) + DESC_G_4K + DESC_D_32 + \ + DESC_L + DESC_AVL + DESC_LIMIT_DATA2 + DESC_P + \ + DESC_DPL_0 + DESC_S_DATA + DESC_TYPE_DATA + 0x00 +; 由于显存区为 0b8000, 因此段基址高四位为 b +DESC_VIDEO_HIGH4 equ (0x00 << 24) + DESC_G_4K + DESC_D_32 + \ + DESC_L + DESC_AVL + DESC_LIMIT_VIDEO2 + DESC_P + \ + DESC_DPL_0 + DESC_S_DATA + DESC_TYPE_DATA + 0x0b + + +; 选择子属性 +; 请求特权级 +RPL0 equ 00b +RPL1 equ 01b +RPL2 equ 10b +RPL3 equ 11b +; 表示是 GDT 还是 LDT +TI_GDT equ 000b +TI_LDT equ 100b + +;---------------- 页表相关属性 -------------- +PG_P equ 1b ; 是否在磁盘上 +PG_RW_R equ 00b ; 只读 +PG_RW_W equ 10b ; 只写 +PG_US_S equ 000b ; 第三位为 0 表示为 特权级 3 +PG_US_U equ 100b \ No newline at end of file diff --git a/c5/page-memory/loader.S b/c5/page-memory/loader.S new file mode 100755 index 0000000..114eff4 --- /dev/null +++ b/c5/page-memory/loader.S @@ -0,0 +1,251 @@ +%include "boot.inc" +section loader vstart=LOADER_BASE_ADDR +LOADER_STACK_TOP equ LOADER_BASE_ADDR + +; 加载GDT表 +; 一个dd为4字节，段描述符为8字节，上面为低4字节 +; 第一行的 0描述符不可用 因此直接置为 全 0 +GDT_BASE: dd 0x00000000 + dd 0x00000000 + +; GDT 中 先安放三个有用描述符 +; 代码段、数据段和栈段、显存段 +CODE_DESC: dd 0x0000FFFF ; 低32位表示 2字节base + 2字节段限界 + dd DESC_CODE_HIGH4 + +; 栈段和数据段共用，向上扩展 type的e为0 +DATA_STACK_DESC: dd 0x0000FFFF + dd DESC_DATA_HIGH4 + +; 显卡段，非平坦，从 0xb8000开始 +VIDEO_DESC: dd 0x80000007 ; 段界限为 (bffff - b8000 ) / 4K = 7 + dd DESC_VIDEO_HIGH4 + +GDT_SIZE equ $ - GDT_BASE ;$ 表示本行标号, 通过地址差获得size +GDT_LIMIT equ GDT_SIZE - 1 + +; 填充空白描述符 60 个 +times 120 dd 0 +; 构建选择子 +SELECTOR_CODE equ (0x0001 << 3) + TI_GDT + RPL0 +SELECTOR_DATA equ (0x0002 << 3) + TI_GDT + RPL0 +SELECTOR_VIDEO equ (0x0003 << 3) + TI_GDT + RPL0 + + + ; total_mem_bytes用于保存内存容量,以字节为单位,此位置比较好记。 + ; 当前偏移loader.bin文件头0x200字节,loader.bin的加载地址是0x900, + ; 故total_mem_bytes内存中的地址是0xb00.将来在内核中咱们会引用此地址 + total_mem_bytes dd 0 + +; GDTR 寄存器 +gdt_ptr dw GDT_LIMIT + dd GDT_BASE + + + ards_buf times 244 db 0 ; 一个 ards 为 20字节，因此可以存放12个 + ards_nr dw 0 ; 记录 ards 结构体的数量 + +;------- int 15h eax = 0000E820h ,edx = 534D4150h ('SMAP') 获取内存布局 ------- + +loader_start: + xor ebx, ebx ; xor 表示清 0 + mov edx, 0x534d4150 + ; es 在mbr中赋值 + mov di, ards_buf ;缓冲区 + ; 由于每次 eax ecx ebx 都会更新 +.e820_mem_get_loop: + mov eax, 0x0000e820 + mov ecx, 20 ; ards 大小为 20字节 + int 0x15 + jc .e801_failed_so_try801 ; 通过 cf 位来进行判断 + add di, cx ;使 di 向后20字节 + inc word [ards_nr] + cmp ebx, 0 + jnz .e820_mem_get_loop + +;在所有ards结构中，找出(base_add_low + length_low)的最大值，即内存的容量。 + mov cx, [ards_nr] + mov ebx, ards_buf + xor edx, edx + +.find_max_mem_area: ;无须判断type是否为1,最大的内存块一定是可被使用 + mov eax, [ebx] ; 取得 base + add eax, [ebx+8] ; len + add ebx, 20 ; 取得下一个 + cmp edx, eax ; edx 存放最大值 + jge .next_ards ; edx > eax 进入循环 ，大于就先赋值后 再循环 + mov edx, eax + +.next_ards: + loop .find_max_mem_area + jmp .mem_get_ok + + +;------ int 15h ax = E801h 获取内存大小,最大支持4G ------ +.e801_failed_so_try801: + mov ax, 0xe801 + int 0x15 + jc .e801_failed_so_try88 + + ; ax * 1024 单位为 1Kb + ; 计算 15 Mb 以下的 + mov cx, 0x400 + mul cx + ; 积 的 高16位 在dx中， 低16位在ax中 + shl edx, 16 ; 将 edx 低 16 位 置为 0 + and eax, 0x0000FFFF ; 将 eax 高 16 置为0 + or edx, eax + add edx, 0x100000 ; 加上 1Mb + mov esi, edx ; 存放在 esi 中 + + ; bx * 1024 *64 单位为64kb + ; 16 Mb 以上的 + xor eax, eax + mov ax, bx ; bx 存放 + mov ecx, 0x10000 + mul ecx + add esi, eax ; 大小最大为 4G 因此32位的 eax 便足够存放乘积了 + mov edx, esi + jmp .mem_get_ok + +;----------------- int 15h ah = 0x88 获取内存大小,只能获取64M之内 ---------- +.e801_failed_so_try88: + mov ah, 0x88 + int 0x15 + jc .error_hlt ; 最终出错挂起 + and eax, 0x0000FFFF + + mov cx, 0x400 + mul cx + shl edx, 16 + or edx, eax + add edx, 0x100000 ; 加上 1Mb + +.mem_get_ok: + mov [total_mem_bytes], edx ;全部都由 edx 存储 +;---------------------------------------- 准备进入保护模式 ------------------------------------------ + ;1 打开A20 + ;2 加载gdt + ;3 将cr0的pe位置1 + + ;----------------- 打开A20 ---------------- + in al, 0x92 + or al, 0000_0010b ; 将 0x92 的第一位 置 1 + out 0x92, al + + ;----------------- 加载GDT ---------------- + lgdt [gdt_ptr] + + ;----------------- cr0第0位置1 ---------------- + mov eax, cr0 + or eax, 0000_0001 + mov cr0, eax + +; 构建选择子 +; SELECTOR_CODE equ (0x0001 << 3) + TI_GDT + RPL0 + ;jmp dword SELECTOR_CODE:p_mode_start ; 刷新流水线，避免分支预测的影响,这种cpu优化策略，最怕jmp跳转， + jmp dword SELECTOR_CODE:p_mode_start ; 刷新流水线，避免分支预测的影响 + + +.error_hlt: ;出错则挂起 + hlt + +; 初始化各个寄存器 +[bits 32] +p_mode_start: + mov ax, SELECTOR_DATA + mov ds, ax + mov es, ax + mov ss, ax + mov esp,LOADER_STACK_TOP + mov ax, SELECTOR_VIDEO + mov gs, ax + + ; 创建页目录及页表并初始化页内存位图 + call setup_page + + ;要将描述符表地址及偏移量写入内存gdt_ptr,一会用新地址重新加载 + sgdt [gdt_ptr] ; 存储到原来gdt所有的位置 + + mov ebx, [gdt_ptr + 2] ; 先得到 gdt 的地址 + or dword [ebx + 0x18 + 0x4], 0xc0000000 ; 修改显存段地址 + + add dword [gdt_ptr + 2], 0xc0000000 + + add esp, 0xc0000000 ; 改变栈地址 + + ; 开启分页机制 将地址赋予 cr3 + mov eax, PAGE_DIR_TABLE_POS + mov cr3, eax + + ; 打开 cr0 的 pg 位 + mov eax, cr0 + or eax, 0x80000000 ; pg 位于第 31 位 + mov cr0, eax + + ;在开启分页后,用gdt新的地址重新加载 + lgdt [gdt_ptr] ; 重新加载 + + mov byte [gs:160], 'V' + + jmp $ + +;------------- 创建页目录及页表 --------------- +setup_page: +;先把页目录占用的空间逐字节清0 + mov ecx, 4096 + mov esi, 0 + +.clear_page_dir: + mov byte [PAGE_DIR_TABLE_POS + esi], 0 + inc esi + loop .clear_page_dir + +;开始创建页目录项(PDE) +.create_pde: ; 创建Page Directory Entry + mov eax, PAGE_DIR_TABLE_POS + add eax, 0x1000 ; 第一个页表紧挨着页目录表 + mov ebx, eax ; 此处为ebx赋值，是为.create_pte做准备，ebx为基址。 + +; 下面将页目录项0和0xc00都存为第一个页表的地址， +; 一个页表可表示4MB内存,这样0xc03fffff以下的地址和0x003fffff以下的地址都指向相同的页表， +; 这是为将地址映射为内核地址做准备 +; 第 0 个 和 第 768 个页目录表项为第一个页表地址 +; 第 1023 个页目录表项值为 页目录地址 + or eax, PG_US_U | PG_RW_W | PG_P ; 属性赋值 + ; 页目录项的属性RW和P位为1,US为1,表示用户属性,所有特权级别都可以访问. + mov [PAGE_DIR_TABLE_POS + 0x0], eax + mov [PAGE_DIR_TABLE_POS + 0xc00], eax ; 768*4=0xc00,一个页表项占用4个字节 + + ; 使最后一个目录项指向页目录表自己的地址 + sub eax, 0x1000 + mov [PAGE_DIR_TABLE_POS + 4092], eax + +;下面创建页表项(PTE)，即指第一个页 + mov ecx, 256 ; 只用到 1Mb 空间，因此为其分配物理页 1MB/4KB = 256 + mov esi, 0 + mov edx, PG_US_U | PG_RW_W | PG_P ; 属性为7,US=1,RW=1,P=1 +.create_pte: + ; ebx 为第一个页表值 + mov [ebx+esi*4], edx + add edx, 4096 ; 在低端1MB内存中，虚拟地址 == 物理地址，因此连续递增 + inc esi + loop .create_pte + +;创建内核其它页表的PDE + mov eax, PAGE_DIR_TABLE_POS + add eax, 0x2000 ; 此时 eax 为第二个页表项 + or eax, PG_US_U | PG_RW_W | PG_P ; 页目录项的属性US,RW和P位都为1 + mov ebx, PAGE_DIR_TABLE_POS + mov ecx, 254 ; 范围为第769~1022的所有目录项数量 + mov esi, 769 + +.create_kernel_pde: + mov [ebx+esi*4], eax ; 先暂时写满内核pde + inc esi + add eax, 0x1000 + loop .create_kernel_pde + + ret + + diff --git a/c5/page-memory/loader.bin b/c5/page-memory/loader.bin new file mode 100644 index 0000000000000000000000000000000000000000..3a9f198569c2d0b32b316c1726979810c9c9a349 GIT binary patch literal 1189 zcmeH{JxfAS7{~u7-@VqogGxi82#pQ4MNQvKKTv6Fb#wc|uaFV#0%QgmxC!kqiRREfP$=_>gHCpay|Q27_4pkn zvkpo+*1VLd1!=i@=pen?e(voWqANiY&W}gBY-_Y2-xK+&l&%6ANWZ7JrMJig1c*hV zPWo#va(2wz%1Hi0|Kh?>I{CoVQ(hHer=mtJ$~1%;v*_hI0C>?SLqo2WvvRlR@;1qs zMXuXj=T=nVa`L{j^KPEg8*`kp(k>a;-j$pUxjQx1;=pSBHg?AI)sC3wHl>X@a iv5SH6`=ic-yFM_!?PPC0%=GBTVW9D&fPxSRT?GJtc2#Hq literal 0 HcmV?d00001 diff --git a/c6/boot/include/boot.inc b/c6/boot/include/boot.inc new file mode 100755 index 0000000..6723479 --- /dev/null +++ b/c6/boot/include/boot.inc @@ -0,0 +1,56 @@ +;------------- loader和kernel ---------- + +LOADER_BASE_ADDR equ 0x900 +LOADER_STACK_TOP equ LOADER_BASE_ADDR +LOADER_START_SECTOR equ 0x2 + +KERNEL_BIN_BASE_ADDR equ 0x70000 +KERNEL_START_SECTOR equ 0x9 +KERNEL_ENTRY_POINT equ 0xc0001500 + +;------------- 页表配置 ---------------- +PAGE_DIR_TABLE_POS equ 0x100000 + +;-------------- gdt描述符属性 ----------- +DESC_G_4K equ 1_00000000000000000000000b +DESC_D_32 equ 1_0000000000000000000000b +DESC_L equ 0_000000000000000000000b ; 64位代码标记，此处标记为0便可。 +DESC_AVL equ 0_00000000000000000000b ; cpu不用此位，暂置为0 +DESC_LIMIT_CODE2 equ 1111_0000000000000000b +DESC_LIMIT_DATA2 equ DESC_LIMIT_CODE2 +DESC_LIMIT_VIDEO2 equ 0000_000000000000000b +DESC_P equ 1_000000000000000b +DESC_DPL_0 equ 00_0000000000000b +DESC_DPL_1 equ 01_0000000000000b +DESC_DPL_2 equ 10_0000000000000b +DESC_DPL_3 equ 11_0000000000000b +DESC_S_CODE equ 1_000000000000b +DESC_S_DATA equ DESC_S_CODE +DESC_S_sys equ 0_000000000000b +DESC_TYPE_CODE equ 1000_00000000b ;x=1,c=0,r=0,a=0 代码段是可执行的,非依从的,不可读的,已访问位a清0. +DESC_TYPE_DATA equ 0010_00000000b ;x=0,e=0,w=1,a=0 数据段是不可执行的,向上扩展的,可写的,已访问位a清0. + +DESC_CODE_HIGH4 equ (0x00 << 24) + DESC_G_4K + DESC_D_32 + DESC_L + DESC_AVL + DESC_LIMIT_CODE2 + DESC_P + DESC_DPL_0 + DESC_S_CODE + DESC_TYPE_CODE + 0x00 +DESC_DATA_HIGH4 equ (0x00 << 24) + DESC_G_4K + DESC_D_32 + DESC_L + DESC_AVL + DESC_LIMIT_DATA2 + DESC_P + DESC_DPL_0 + DESC_S_DATA + DESC_TYPE_DATA + 0x00 +DESC_VIDEO_HIGH4 equ (0x00 << 24) + DESC_G_4K + DESC_D_32 + DESC_L + DESC_AVL + DESC_LIMIT_VIDEO2 + DESC_P + DESC_DPL_0 + DESC_S_DATA + DESC_TYPE_DATA + 0x0b + +;-------------- 选择子属性 --------------- +RPL0 equ 00b +RPL1 equ 01b +RPL2 equ 10b +RPL3 equ 11b +TI_GDT equ 000b +TI_LDT equ 100b + + +;---------------- 页表相关属性 -------------- +PG_P equ 1b +PG_RW_R equ 00b +PG_RW_W equ 10b +PG_US_S equ 000b +PG_US_U equ 100b + + +;------------- program type 定义 -------------- +PT_NULL equ 0 + diff --git a/c6/boot/loader.S b/c6/boot/loader.S new file mode 100755 index 0000000..a9312c9 --- /dev/null +++ b/c6/boot/loader.S @@ -0,0 +1,380 @@ + %include "boot.inc" + section loader vstart=LOADER_BASE_ADDR +;构建gdt及其内部的描述符 + GDT_BASE: dd 0x00000000 + dd 0x00000000 + + CODE_DESC: dd 0x0000FFFF + dd DESC_CODE_HIGH4 + + DATA_STACK_DESC: dd 0x0000FFFF + dd DESC_DATA_HIGH4 + + VIDEO_DESC: dd 0x80000007 ; limit=(0xbffff-0xb8000)/4k=0x7 + dd DESC_VIDEO_HIGH4 ; 此时dpl为0 + + GDT_SIZE equ $ - GDT_BASE + GDT_LIMIT equ GDT_SIZE - 1 + times 60 dq 0 ; 此处预留60个描述符的空位(slot) + SELECTOR_CODE equ (0x0001<<3) + TI_GDT + RPL0 ; 相当于(CODE_DESC - GDT_BASE)/8 + TI_GDT + RPL0 + SELECTOR_DATA equ (0x0002<<3) + TI_GDT + RPL0 ; 同上 + SELECTOR_VIDEO equ (0x0003<<3) + TI_GDT + RPL0 ; 同上 + + ; total_mem_bytes用于保存内存容量,以字节为单位,此位置比较好记。 + ; 当前偏移loader.bin文件头0x200字节,loader.bin的加载地址是0x900, + ; 故total_mem_bytes内存中的地址是0xb00.将来在内核中咱们会引用此地址 + total_mem_bytes dd 0 + ;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;; + + ;以下是定义gdt的指针，前2字节是gdt界限，后4字节是gdt起始地址 + gdt_ptr dw GDT_LIMIT + dd GDT_BASE + + ;人工对齐:total_mem_bytes4字节+gdt_ptr6字节+ards_buf244字节+ards_nr2,共256字节 + ards_buf times 244 db 0 + ards_nr dw 0 ;用于记录ards结构体数量 + + loader_start: + +;------- int 15h eax = 0000E820h ,edx = 534D4150h ('SMAP') 获取内存布局 ------- + + xor ebx, ebx ;第一次调用时，ebx值要为0 + mov edx, 0x534d4150 ;edx只赋值一次，循环体中不会改变 + mov di, ards_buf ;ards结构缓冲区 +.e820_mem_get_loop: ;循环获取每个ARDS内存范围描述结构 + mov eax, 0x0000e820 ;执行int 0x15后,eax值变为0x534d4150,所以每次执行int前都要更新为子功能号。 + mov ecx, 20 ;ARDS地址范围描述符结构大小是20字节 + int 0x15 + jc .e820_failed_so_try_e801 ;若cf位为1则有错误发生，尝试0xe801子功能 + add di, cx ;使di增加20字节指向缓冲区中新的ARDS结构位置 + inc word [ards_nr] ;记录ARDS数量 + cmp ebx, 0 ;若ebx为0且cf不为1,这说明ards全部返回，当前已是最后一个 + jnz .e820_mem_get_loop + +;在所有ards结构中，找出(base_add_low + length_low)的最大值，即内存的容量。 + mov cx, [ards_nr] ;遍历每一个ARDS结构体,循环次数是ARDS的数量 + mov ebx, ards_buf + xor edx, edx ;edx为最大的内存容量,在此先清0 +.find_max_mem_area: ;无须判断type是否为1,最大的内存块一定是可被使用 + mov eax, [ebx] ;base_add_low + add eax, [ebx+8] ;length_low + add ebx, 20 ;指向缓冲区中下一个ARDS结构 + cmp edx, eax ;冒泡排序，找出最大,edx寄存器始终是最大的内存容量 + jge .next_ards + mov edx, eax ;edx为总内存大小 +.next_ards: + loop .find_max_mem_area + jmp .mem_get_ok + +;------ int 15h ax = E801h 获取内存大小,最大支持4G ------ +; 返回后, ax cx 值一样,以KB为单位,bx dx值一样,以64KB为单位 +; 在ax和cx寄存器中为低16M,在bx和dx寄存器中为16MB到4G。 +.e820_failed_so_try_e801: + mov ax,0xe801 + int 0x15 + jc .e801_failed_so_try88 ;若当前e801方法失败,就尝试0x88方法 + +;1 先算出低15M的内存,ax和cx中是以KB为单位的内存数量,将其转换为以byte为单位 + mov cx,0x400 ;cx和ax值一样,cx用做乘数 + mul cx + shl edx,16 + and eax,0x0000FFFF + or edx,eax + add edx, 0x100000 ;ax只是15MB,故要加1MB + mov esi,edx ;先把低15MB的内存容量存入esi寄存器备份 + +;2 再将16MB以上的内存转换为byte为单位,寄存器bx和dx中是以64KB为单位的内存数量 + xor eax,eax + mov ax,bx + mov ecx, 0x10000 ;0x10000十进制为64KB + mul ecx ;32位乘法,默认的被乘数是eax,积为64位,高32位存入edx,低32位存入eax. + add esi,eax ;由于此方法只能测出4G以内的内存,故32位eax足够了,edx肯定为0,只加eax便可 + mov edx,esi ;edx为总内存大小 + jmp .mem_get_ok + +;----------------- int 15h ah = 0x88 获取内存大小,只能获取64M之内 ---------- +.e801_failed_so_try88: + ;int 15后，ax存入的是以kb为单位的内存容量 + mov ah, 0x88 + int 0x15 + jc .error_hlt + and eax,0x0000FFFF + + ;16位乘法，被乘数是ax,积为32位.积的高16位在dx中，积的低16位在ax中 + mov cx, 0x400 ;0x400等于1024,将ax中的内存容量换为以byte为单位 + mul cx + shl edx, 16 ;把dx移到高16位 + or edx, eax ;把积的低16位组合到edx,为32位的积 + add edx,0x100000 ;0x88子功能只会返回1MB以上的内存,故实际内存大小要加上1MB + +.mem_get_ok: + mov [total_mem_bytes], edx ;将内存换为byte单位后存入total_mem_bytes处。 + + +;----------------- 准备进入保护模式 ------------------- +;1 打开A20 +;2 加载gdt +;3 将cr0的pe位置1 + + ;----------------- 打开A20 ---------------- + in al,0x92 + or al,0000_0010B + out 0x92,al + + ;----------------- 加载GDT ---------------- + lgdt [gdt_ptr] + + ;----------------- cr0第0位置1 ---------------- + mov eax, cr0 + or eax, 0x00000001 + mov cr0, eax + + jmp dword SELECTOR_CODE:p_mode_start ; 刷新流水线，避免分支预测的影响,这种cpu优化策略，最怕jmp跳转， + ; 这将导致之前做的预测失效，从而起到了刷新的作用。 +.error_hlt: ;出错则挂起 + hlt + +[bits 32] +p_mode_start: + mov ax, SELECTOR_DATA + mov ds, ax + mov es, ax + mov ss, ax + mov esp,LOADER_STACK_TOP + mov ax, SELECTOR_VIDEO + mov gs, ax + +; ------------------------- 加载kernel ---------------------- + mov eax, KERNEL_START_SECTOR ; kernel.bin所在的扇区号 + mov ebx, KERNEL_BIN_BASE_ADDR ; 从磁盘读出后，写入到ebx指定的地址 + mov ecx, 200 ; 读入的扇区数 + + call rd_disk_m_32 + + ; 创建页目录及页表并初始化页内存位图 + call setup_page + + ;要将描述符表地址及偏移量写入内存gdt_ptr,一会用新地址重新加载 + sgdt [gdt_ptr] ; 存储到原来gdt所有的位置 + + ;将gdt描述符中视频段描述符中的段基址+0xc0000000 + mov ebx, [gdt_ptr + 2] + or dword [ebx + 0x18 + 4], 0xc0000000 ;视频段是第3个段描述符,每个描述符是8字节,故0x18。 + ;段描述符的高4字节的最高位是段基址的31~24位 + + ;将gdt的基址加上0xc0000000使其成为内核所在的高地址 + add dword [gdt_ptr + 2], 0xc0000000 + + add esp, 0xc0000000 ; 将栈指针同样映射到内核地址 + + ; 把页目录地址赋给cr3 + mov eax, PAGE_DIR_TABLE_POS + mov cr3, eax + + ; 打开cr0的pg位(第31位) + mov eax, cr0 + or eax, 0x80000000 + mov cr0, eax + + ;在开启分页后,用gdt新的地址重新加载 + lgdt [gdt_ptr] ; 重新加载 + +;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;; 此时不刷新流水线也没问题 ;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;; +;由于一直处在32位下,原则上不需要强制刷新,经过实际测试没有以下这两句也没问题. +;但以防万一，还是加上啦，免得将来出来莫句奇妙的问题. + jmp SELECTOR_CODE:enter_kernel ;强制刷新流水线,更新gdt +enter_kernel: +;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;; + call kernel_init + mov esp, 0xc009f000 + jmp KERNEL_ENTRY_POINT ; 用地址0x1500访问测试，结果ok + + +;----------------- 将kernel.bin中的segment拷贝到编译的地址 ----------- +kernel_init: + xor eax, eax + xor ebx, ebx ;ebx记录程序头表地址 + xor ecx, ecx ;cx记录程序头表中的program header数量 + xor edx, edx ;dx 记录program header尺寸,即e_phentsize + + mov dx, [KERNEL_BIN_BASE_ADDR + 42] ; 偏移文件42字节处的属性是e_phentsize,表示program header大小 + mov ebx, [KERNEL_BIN_BASE_ADDR + 28] ; 偏移文件开始部分28字节的地方是e_phoff,表示第1 个program header在文件中的偏移量 + ; 其实该值是0x34,不过还是谨慎一点，这里来读取实际值 + add ebx, KERNEL_BIN_BASE_ADDR + mov cx, [KERNEL_BIN_BASE_ADDR + 44] ; 偏移文件开始部分44字节的地方是e_phnum,表示有几个program header +.each_segment: + cmp byte [ebx + 0], PT_NULL ; 若p_type等于 PT_NULL,说明此program header未使用。 + je .PTNULL + + ;为函数memcpy压入参数,参数是从右往左依然压入.函数原型类似于 memcpy(dst,src,size) + push dword [ebx + 16] ; program header中偏移16字节的地方是p_filesz,压入函数memcpy的第三个参数:size + mov eax, [ebx + 4] ; 距程序头偏移量为4字节的位置是p_offset + add eax, KERNEL_BIN_BASE_ADDR ; 加上kernel.bin被加载到的物理地址,eax为该段的物理地址 + push eax ; 压入函数memcpy的第二个参数:源地址 + push dword [ebx + 8] ; 压入函数memcpy的第一个参数:目的地址,偏移程序头8字节的位置是p_vaddr，这就是目的地址 + call mem_cpy ; 调用mem_cpy完成段复制 + add esp,12 ; 清理栈中压入的三个参数 +.PTNULL: + add ebx, edx ; edx为program header大小,即e_phentsize,在此ebx指向下一个program header + loop .each_segment + ret + +;---------- 逐字节拷贝 mem_cpy(dst,src,size) ------------ +;输入:栈中三个参数(dst,src,size) +;输出:无 +;--------------------------------------------------------- +mem_cpy: + cld + push ebp + mov ebp, esp + push ecx ; rep指令用到了ecx，但ecx对于外层段的循环还有用，故先入栈备份 + mov edi, [ebp + 8] ; dst + mov esi, [ebp + 12] ; src + mov ecx, [ebp + 16] ; size + rep movsb ; 逐字节拷贝 + + ;恢复环境 + pop ecx + pop ebp + ret + + +;------------- 创建页目录及页表 --------------- +setup_page: +;先把页目录占用的空间逐字节清0 + mov ecx, 4096 + mov esi, 0 +.clear_page_dir: + mov byte [PAGE_DIR_TABLE_POS + esi], 0 + inc esi + loop .clear_page_dir + +;开始创建页目录项(PDE) +.create_pde: ; 创建Page Directory Entry + mov eax, PAGE_DIR_TABLE_POS + add eax, 0x1000 ; 此时eax为第一个页表的位置及属性 + mov ebx, eax ; 此处为ebx赋值，是为.create_pte做准备，ebx为基址。 + +; 下面将页目录项0和0xc00都存为第一个页表的地址， +; 一个页表可表示4MB内存,这样0xc03fffff以下的地址和0x003fffff以下的地址都指向相同的页表， +; 这是为将地址映射为内核地址做准备 + or eax, PG_US_U | PG_RW_W | PG_P ; 页目录项的属性RW和P位为1,US为1,表示用户属性,所有特权级别都可以访问. + mov [PAGE_DIR_TABLE_POS + 0x0], eax ; 第1个目录项,在页目录表中的第1个目录项写入第一个页表的位置(0x101000)及属性(3) + mov [PAGE_DIR_TABLE_POS + 0xc00], eax ; 一个页表项占用4字节,0xc00表示第768个页表占用的目录项,0xc00以上的目录项用于内核空间, + ; 也就是页表的0xc0000000~0xffffffff共计1G属于内核,0x0~0xbfffffff共计3G属于用户进程. + sub eax, 0x1000 + mov [PAGE_DIR_TABLE_POS + 4092], eax ; 使最后一个目录项指向页目录表自己的地址 + +;下面创建页表项(PTE) + mov ecx, 256 ; 1M低端内存 / 每页大小4k = 256 + mov esi, 0 + mov edx, PG_US_U | PG_RW_W | PG_P ; 属性为7,US=1,RW=1,P=1 +.create_pte: ; 创建Page Table Entry + mov [ebx+esi*4],edx ; 此时的ebx已经在上面通过eax赋值为0x101000,也就是第一个页表的地址 + add edx,4096 + inc esi + loop .create_pte + +;创建内核其它页表的PDE + mov eax, PAGE_DIR_TABLE_POS + add eax, 0x2000 ; 此时eax为第二个页表的位置 + or eax, PG_US_U | PG_RW_W | PG_P ; 页目录项的属性RW和P位为1,US为0 + mov ebx, PAGE_DIR_TABLE_POS + mov ecx, 254 ; 范围为第769~1022的所有目录项数量 + mov esi, 769 +.create_kernel_pde: + mov [ebx+esi*4], eax + inc esi + add eax, 0x1000 + loop .create_kernel_pde + ret + + +;------------------------------------------------------------------------------- + ;功能:读取硬盘n个扇区 +rd_disk_m_32: +;------------------------------------------------------------------------------- + ; eax=LBA扇区号 + ; ebx=将数据写入的内存地址 + ; ecx=读入的扇区数 + mov esi,eax ; 备份eax + mov di,cx ; 备份扇区数到di +;读写硬盘: +;第1步：设置要读取的扇区数 + mov dx,0x1f2 + mov al,cl + out dx,al ;读取的扇区数 + + mov eax,esi ;恢复ax + +;第2步：将LBA地址存入0x1f3 ~ 0x1f6 + + ;LBA地址7~0位写入端口0x1f3 + mov dx,0x1f3 + out dx,al + + ;LBA地址15~8位写入端口0x1f4 + mov cl,8 + shr eax,cl + mov dx,0x1f4 + out dx,al + + ;LBA地址23~16位写入端口0x1f5 + shr eax,cl + mov dx,0x1f5 + out dx,al + + shr eax,cl + and al,0x0f ;lba第24~27位 + or al,0xe0 ; 设置7～4位为1110,表示lba模式 + mov dx,0x1f6 + out dx,al + +;第3步：向0x1f7端口写入读命令，0x20 + mov dx,0x1f7 + mov al,0x20 + out dx,al + +;;;;;;; 至此,硬盘控制器便从指定的lba地址(eax)处,读出连续的cx个扇区,下面检查硬盘状态,不忙就能把这cx个扇区的数据读出来 + +;第4步：检测硬盘状态 + .not_ready: ;测试0x1f7端口(status寄存器)的的BSY位 + ;同一端口,写时表示写入命令字,读时表示读入硬盘状态 + nop + in al,dx + and al,0x88 ;第4位为1表示硬盘控制器已准备好数据传输,第7位为1表示硬盘忙 + cmp al,0x08 + jnz .not_ready ;若未准备好,继续等。 + +;第5步：从0x1f0端口读数据 + mov ax, di ;以下从硬盘端口读数据用insw指令更快捷,不过尽可能多的演示命令使用, + ;在此先用这种方法,在后面内容会用到insw和outsw等 + + mov dx, 256 ;di为要读取的扇区数,一个扇区有512字节,每次读入一个字,共需di*512/2次,所以di*256 + mul dx + mov cx, ax + mov dx, 0x1f0 + .go_on_read: + in ax,dx + mov [ebx], ax + add ebx, 2 + ; 由于在实模式下偏移地址为16位,所以用bx只会访问到0~FFFFh的偏移。 + ; loader的栈指针为0x900,bx为指向的数据输出缓冲区,且为16位， + ; 超过0xffff后,bx部分会从0开始,所以当要读取的扇区数过大,待写入的地址超过bx的范围时， + ; 从硬盘上读出的数据会把0x0000~0xffff的覆盖， + ; 造成栈被破坏,所以ret返回时,返回地址被破坏了,已经不是之前正确的地址, + ; 故程序出会错,不知道会跑到哪里去。 + ; 所以改为ebx代替bx指向缓冲区,这样生成的机器码前面会有0x66和0x67来反转。 + ; 0X66用于反转默认的操作数大小! 0X67用于反转默认的寻址方式. + ; cpu处于16位模式时,会理所当然的认为操作数和寻址都是16位,处于32位模式时, + ; 也会认为要执行的指令是32位. + ; 当我们在其中任意模式下用了另外模式的寻址方式或操作数大小(姑且认为16位模式用16位字节操作数， + ; 32位模式下用32字节的操作数)时,编译器会在指令前帮我们加上0x66或0x67， + ; 临时改变当前cpu模式到另外的模式下. + ; 假设当前运行在16位模式,遇到0X66时,操作数大小变为32位. + ; 假设当前运行在32位模式,遇到0X66时,操作数大小变为16位. + ; 假设当前运行在16位模式,遇到0X67时,寻址方式变为32位寻址 + ; 假设当前运行在32位模式,遇到0X67时,寻址方式变为16位寻址. + + loop .go_on_read + ret diff --git a/c6/boot/mbr.S b/c6/boot/mbr.S new file mode 100755 index 0000000..49fc2a5 --- /dev/null +++ b/c6/boot/mbr.S @@ -0,0 +1,126 @@ +; +;------------------------------------------------------------ +%include "boot.inc" +SECTION MBR vstart=0x7c00 + mov ax,cs + mov ds,ax + mov es,ax + mov ss,ax + mov fs,ax + mov sp,0x7c00 + mov ax,0xb800 + mov gs,ax + +; +;0x06ŹܣϾȫУ +; ----------------------------------------------------------- +;INT 0x10 ܺ:0x06 :Ͼ +;------------------------------------------------------ +;룺 +;AH ܺ= 0x06 +;AL = Ͼ(Ϊ0,ʾȫ) +;BH = Ͼ +;(CL,CH) = Ͻǵ(X,Y)λ +;(DL,DH) = ½ǵ(X,Y)λ +;޷ֵ + mov ax, 0600h + mov bx, 0700h + mov cx, 0 ; Ͻ: (0, 0) + mov dx, 184fh ; ½: (80,25), + ; ΪVGAıģʽУһֻ80ַ,25С + ; ±0ʼ0x18=24,0x4f=79 + int 10h ; int 10h + + ; ַ:MBR + mov byte [gs:0x00],'1' + mov byte [gs:0x01],0xA4 + + mov byte [gs:0x02],' ' + mov byte [gs:0x03],0xA4 + + mov byte [gs:0x04],'M' + mov byte [gs:0x05],0xA4 ;Aʾɫ˸4ʾǰɫΪɫ + + mov byte [gs:0x06],'B' + mov byte [gs:0x07],0xA4 + + mov byte [gs:0x08],'R' + mov byte [gs:0x09],0xA4 + + mov eax,LOADER_START_SECTOR ; ʼlbaַ + mov bx,LOADER_BASE_ADDR ; дĵַ + mov cx,4 ; + call rd_disk_m_16 ; ¶ȡʼ֣һ + + jmp LOADER_BASE_ADDR + 0x300 + +;------------------------------------------------------------------------------- +;:ȡӲn +rd_disk_m_16: +;------------------------------------------------------------------------------- + ; eax=LBA + ; ebx=дڴַ + ; ecx= + mov esi,eax ;eax + mov di,cx ;cx +;дӲ: +;1Ҫȡ + mov dx,0x1f2 + mov al,cl + out dx,al ;ȡ + + mov eax,esi ;ָax + +;2LBAַ0x1f3 ~ 0x1f6 + + ;LBAַ7~0λд˿0x1f3 + mov dx,0x1f3 + out dx,al + + ;LBAַ15~8λд˿0x1f4 + mov cl,8 + shr eax,cl + mov dx,0x1f4 + out dx,al + + ;LBAַ23~16λд˿0x1f5 + shr eax,cl + mov dx,0x1f5 + out dx,al + + shr eax,cl + and al,0x0f ;lba24~27λ + or al,0xe0 ; 74λΪ1110,ʾlbaģʽ + mov dx,0x1f6 + out dx,al + +;30x1f7˿д0x20 + mov dx,0x1f7 + mov al,0x20 + out dx,al + +;4Ӳ״̬ + .not_ready: + ;ͬһ˿ڣдʱʾд֣ʱʾӲ״̬ + nop + in al,dx + and al,0x88 ;4λΪ1ʾӲ̿׼ݴ䣬7λΪ1ʾӲæ + cmp al,0x08 + jnz .not_ready ;δ׼ãȡ + +;50x1f0˿ڶ + mov ax, di + mov dx, 256 + mul dx + mov cx, ax ; diΪҪȡһ512ֽڣÿζһ֣ + ; di*512/2Σdi*256 + mov dx, 0x1f0 + .go_on_read: + in ax,dx + mov [bx],ax + add bx,2 + loop .go_on_read + ret + + times 510-($-$$) db 0 + db 0x55,0xaa diff --git a/c6/build.sh b/c6/build.sh new file mode 100755 index 0000000..9012bcf --- /dev/null +++ b/c6/build.sh @@ -0,0 +1,26 @@ +#!/bin/sh + +echo "Creating disk.img..." +# bximage -mode=create -hd=10M -q disk.img + +echo "Compiling..." +nasm -I include/ -o mbr.bin mbr.S +nasm -I include/ -o loader.bin loader.S +# 编译 print.S +nasm -f elf -o lib/kernel/print.o lib/kernel/print.S +# 编译 main.c +gcc -I lib/kernel/ -m32 -c -o kernel/main.o kernel/main.c +#链接 +ld -m elf_i386 -Ttext 0xc0001500 -e main -o kernel/kernel.bin kernel/main.o lib/kernel/print.o + +echo "Writing mbr, loader and kernel to disk..." +dd if=mbr.bin of=/home/husharp/bochs_hu/bochs/hd60M.img bs=512 count=1 conv=notrunc +dd if=loader.bin of=/home/husharp/bochs_hu/bochs/hd60M.img bs=512 count=4 seek=2 conv=notrunc +dd if=kernel/kernel.bin of=/home/husharp/bochs_hu/bochs/hd60M.img bs=512 count=200 seek=9 conv=notrunc + + +echo "Now start bochs and have fun!" + +cd /home/husharp/bochs_hu/bochs/ +bin/bochs -f bochsrc.disk + diff --git a/c6/clean.sh b/c6/clean.sh new file mode 100755 index 0000000..5131bd2 --- /dev/null +++ b/c6/clean.sh @@ -0,0 +1,3 @@ +#!/bin/sh + +rm -f *.bin kernel/*.bin kernel/*.o lib/kernel/*.o diff --git a/c6/include/boot.inc b/c6/include/boot.inc new file mode 100755 index 0000000..6723479 --- /dev/null +++ b/c6/include/boot.inc @@ -0,0 +1,56 @@ +;------------- loader和kernel ---------- + +LOADER_BASE_ADDR equ 0x900 +LOADER_STACK_TOP equ LOADER_BASE_ADDR +LOADER_START_SECTOR equ 0x2 + +KERNEL_BIN_BASE_ADDR equ 0x70000 +KERNEL_START_SECTOR equ 0x9 +KERNEL_ENTRY_POINT equ 0xc0001500 + +;------------- 页表配置 ---------------- +PAGE_DIR_TABLE_POS equ 0x100000 + +;-------------- gdt描述符属性 ----------- +DESC_G_4K equ 1_00000000000000000000000b +DESC_D_32 equ 1_0000000000000000000000b +DESC_L equ 0_000000000000000000000b ; 64位代码标记，此处标记为0便可。 +DESC_AVL equ 0_00000000000000000000b ; cpu不用此位，暂置为0 +DESC_LIMIT_CODE2 equ 1111_0000000000000000b +DESC_LIMIT_DATA2 equ DESC_LIMIT_CODE2 +DESC_LIMIT_VIDEO2 equ 0000_000000000000000b +DESC_P equ 1_000000000000000b +DESC_DPL_0 equ 00_0000000000000b +DESC_DPL_1 equ 01_0000000000000b +DESC_DPL_2 equ 10_0000000000000b +DESC_DPL_3 equ 11_0000000000000b +DESC_S_CODE equ 1_000000000000b +DESC_S_DATA equ DESC_S_CODE +DESC_S_sys equ 0_000000000000b +DESC_TYPE_CODE equ 1000_00000000b ;x=1,c=0,r=0,a=0 代码段是可执行的,非依从的,不可读的,已访问位a清0. +DESC_TYPE_DATA equ 0010_00000000b ;x=0,e=0,w=1,a=0 数据段是不可执行的,向上扩展的,可写的,已访问位a清0. + +DESC_CODE_HIGH4 equ (0x00 << 24) + DESC_G_4K + DESC_D_32 + DESC_L + DESC_AVL + DESC_LIMIT_CODE2 + DESC_P + DESC_DPL_0 + DESC_S_CODE + DESC_TYPE_CODE + 0x00 +DESC_DATA_HIGH4 equ (0x00 << 24) + DESC_G_4K + DESC_D_32 + DESC_L + DESC_AVL + DESC_LIMIT_DATA2 + DESC_P + DESC_DPL_0 + DESC_S_DATA + DESC_TYPE_DATA + 0x00 +DESC_VIDEO_HIGH4 equ (0x00 << 24) + DESC_G_4K + DESC_D_32 + DESC_L + DESC_AVL + DESC_LIMIT_VIDEO2 + DESC_P + DESC_DPL_0 + DESC_S_DATA + DESC_TYPE_DATA + 0x0b + +;-------------- 选择子属性 --------------- +RPL0 equ 00b +RPL1 equ 01b +RPL2 equ 10b +RPL3 equ 11b +TI_GDT equ 000b +TI_LDT equ 100b + + +;---------------- 页表相关属性 -------------- +PG_P equ 1b +PG_RW_R equ 00b +PG_RW_W equ 10b +PG_US_S equ 000b +PG_US_U equ 100b + + +;------------- program type 定义 -------------- +PT_NULL equ 0 + diff --git a/c6/kernel/kernel.bin b/c6/kernel/kernel.bin new file mode 100755 index 0000000000000000000000000000000000000000..1f5e6856a5762b8e835467e91b62cb642327c522 GIT binary patch literal 5692 zcmeI0U1(fI6o6-c+HBIKiJ{ig3a%1pqIA3YX>3)HWV?yM(EPTbRc`L?&LnI0C)_(L zi4AniBJ4I|qfdQPgggn-;)`h@jY&27)@p@5NTAW+>c-kof4bE+o^$8k-J1o$Cm-aV zFn8uV=ggeB=ibbnozwpA4x7zJ46zdj(dc2a&;rWqyM(2MxWQ6S%85(ZQC&k8u(-L%?vBSQ)S~U}fOH$-wcE^g25W-qd9-_haE%iPR|RT;aM%MEF|bahe1 zeC*7hSIZ_lSmReLbA!$I686XMtl?{xTIv<1r~aBX-XYm6uhhK}-YIW*f z`RQ$`MQ?6<>Zgj-Vq1FGvpt_?oteee)y~wWi&vjLhn}6uyqEvdle1s+_GNEA*xZCX zbqW)BP3GjKF1H+Yk5VN@Bk&OQPZ_bj(NAoXF5A9Jr!x(YW)FmZ6w0snVF;*6+fLV; z_Vz06dxmU@l>sXQRtBsLSQ)S~U}fNcn1N28?-_S}=dt4r?iSBs&mnh{xABm-wW--% z-%msC7i2E<2bzyG{NwGznE~4L69j_$X~A}^$a;Zc1Brs?10W9K#Ht_;I7xtQSwWm+ zV-vTBh9K`VK&v-4pD5w|z__myva#8U4Lu%#cz(e1`g{pQ>j(bO#6jR6OgsU6-^6bL zKce3c_Wz)S=YjW|>?^=t6W;}HGI15$@G%qb1%B1U9^eTR`+?sz@k!wKO#B+~jETpA zFPQio@I@2P0DorUkAas>`~~nSoonEJuL8UDeAYldzXc|cAKX9Jg8e4&w4N{Y|FOjX z4)~e--v;|fCVvu@!!b{gM8biCVgrA0ObN%hXMhZLNu5UrNq=v*mkjv3{l3ATe(6Nl zQGX8^OK=ICq(Fi(s%WTk#WNg_#|i)nDgL@{4UWi)C#*^VIXJ40$w8{QX<8gB&PPfd zBjFg87^R`2BXkeSiV~KGsiaVzP(&qV#0@EE8l3y(|Qf|eyBks@K@s2m)TVu`5XLL@1ms*=iOg=>#iGr*%D5)H{*)(|I7 zh)11>aybAsS42Hxv^X8-#G}Nu9v(U(F-4A2;t?E-N24^x;l=uwf@=uAw%WNQzI*V4 zZv_>)7-x}>1EU&OFPm*SdA^!!uMvj8(1~6zHd|g7`lKfwr!1 zq6Z!opr2PDae?0fy^R&xj3QQ8VLS|eL!iLl)sI2JxS)cwTRkS!DCcVl$>RXJ7|n-( T^%YvPyaPX++YKkE4Zptuf?NWe literal 0 HcmV?d00001 diff --git a/c6/kernel/main.c b/c6/kernel/main.c new file mode 100755 index 0000000..0c6607d --- /dev/null +++ b/c6/kernel/main.c @@ -0,0 +1,34 @@ +#include "print.h" +/* void main(void) { + put_char('k'); + put_char('e'); + put_char('r'); + put_char('n'); + put_char('e'); + put_char('l'); + put_char('\n'); //换行符 + put_char('1'); + put_char('2'); + put_char('\b'); // 回退符 + put_char('3'); + while(1); +} */ +/* +void main(void) { + put_str("I am ZhangLaoTai!!!\n"); + while(1); +} +*/ +void main(void) { + put_str("I am kernel\n"); + put_int(0); + put_char('\n'); + put_int(9); + put_char('\n'); + put_int(0x00021a3f); + put_char('\n'); + put_int(0x12345678); + put_char('\n'); + put_int(0x00000000); + while(1); +} diff --git a/c6/kernel/main.o b/c6/kernel/main.o new file mode 100755 index 0000000000000000000000000000000000000000..ce280170122345b9042cd186c13759d53ef4c5a4 GIT binary patch literal 1256 zcma)6L2DC16n?u|Yt%&Aq99gr4k{_qA-0KBFB*$hK?MsDJ%wpHC8ga&cSlHzq7VfA zMg9T7t3Sbmf}jT#4<5w$z1^8Q-HQ%PzW2TP=FQA|Z}aTht?NM$kQ)J&=r1FBALc8K z3~E%R3bkK-9DVpY`ZD=8I?e7+zsBQn!9M8u4|ulkzkEF0-Rt{@_ZrhKrtjZ9>+|oM zLd9ZJCw;vI#q!e9B~e?x)1DO#xhR`rzJ9)0zc9ZbYAbq8+)yU>&n;Y>MUW#L2qV~8 zq2Nh5n5jh3OFa4*d?&IMq7h^3aQQ`ewYtyxeDHG=(YLX`wl{->jF$Xmu&BWIo=~Fw zh4pfQPmuHQJ*QEzs;8KQeYC(&7C6Ofqc6J|(8I^3lbR&MjlRjS+fxblR4@ZvZweS9 z)f^{0M8tUvvDmb{W%+H(A6Tv}e`NVn%LOC%mQ1%}qgH_?$+73GL~lu>hlb>uGK%DC znvzTgIq44KSmUm;KQLON_H(IG-AxFvOZPhKiHiB~{~V{F>mV?Pkfu`qfFhHa7Fk(ZTPC7#dXt>fgkE#Qy(iK_ z!HoN`q=oHGUsc%K9=4~g7HZeH%{>hK3*wVjgt*K~5&uNR?ECJY+*2R+;0Nb^-|zc= z=XbvICpnWC8VCde#Ipbi5+4!rg`uiAa;_zmV18A3o+T1wg@;17-0KBho zqH7(l-v-{(!qk#NNS|9n=S}H?7)rjuq!2@F~99u)3+B2e?f&mi6e z!?Pu5v>O2G;5z8#eF0o&qa%HP&7F*Fo!wGu5V3WnhGN#0ws`&V@e|c?{%be+uEsCj z3jXxLD!+6)_;2}&jlvG%mFnD3BvNW@69-C-&0=q<(Jqwwhx|)^{Q;Z!BhabJV`DT6z4r1|qY0J`O0-vWp zERZlE^TW_6<9`NwLRM8-dBzt?A*s*uOK1?fcKR&eSyij!m4|bQNM-pl-swCZ$^r~x zt%R*to6c;omSgpe)<2uA0i3y7F^uq;~&p zvkB)k=#+ppQ&+1%ie^-ylBi%)f<(=%DGZ^eAeuhqco!Q?b2upcKjz&tQrgH`Q>L!} zW#D^JNT*ByKE5g6)|x#4@O?P8*6j5{+Xu)1c>ld9WE8Nkp^#I6kJ()OD8zy<<{VSV zSqQ%MAk=?+2VVtzPO8@+J}+SfHhfXSU4R!Q90B~dg!ch{B;jL#QNuCl7vivlXCU4# z;aP}#BzytlPbK^d#JeT@JH&e>e9&78dqPQ-y(hMYOxjdtsv5ZfIY+5ypoI1g%!9>w;7WJgx zsZo|+Kewg0zGCQ_M$NRrm?W3hOn+UI37Re%rY>y-o5qD{M$bEYf%CDa;9>UdNvS5w z(Ee0TI6|0({txXMXpu~z8?C8PgQ=NmDs*aJhfkW!6(GfUZi>cQSzgpMA7L*{O=oGo Y==}!X!d(a8k9P;$JNmfm-6uf)1GUh6_5c6? literal 0 HcmV?d00001 diff --git a/c6/lib/stdint.h b/c6/lib/stdint.h new file mode 100755 index 0000000..0144281 --- /dev/null +++ b/c6/lib/stdint.h @@ -0,0 +1,17 @@ +/** + * 仿照/usr/include/stdint.h定义我们自己的数据类型. + */ +#ifndef _LIB_STDINT_H +#define _LIB_STDINT_H + +typedef signed char int8_t; +typedef signed short int int16_t; +typedef signed int int32_t; +typedef signed long long int int64_t; + +typedef unsigned char uint8_t; +typedef unsigned short int uint16_t; +typedef unsigned int uint32_t; +typedef unsigned long long int uint64_t; + +#endif \ No newline at end of file diff --git a/c6/loader.S b/c6/loader.S new file mode 100755 index 0000000..a9312c9 --- /dev/null +++ b/c6/loader.S @@ -0,0 +1,380 @@ + %include "boot.inc" + section loader vstart=LOADER_BASE_ADDR +;构建gdt及其内部的描述符 + GDT_BASE: dd 0x00000000 + dd 0x00000000 + + CODE_DESC: dd 0x0000FFFF + dd DESC_CODE_HIGH4 + + DATA_STACK_DESC: dd 0x0000FFFF + dd DESC_DATA_HIGH4 + + VIDEO_DESC: dd 0x80000007 ; limit=(0xbffff-0xb8000)/4k=0x7 + dd DESC_VIDEO_HIGH4 ; 此时dpl为0 + + GDT_SIZE equ $ - GDT_BASE + GDT_LIMIT equ GDT_SIZE - 1 + times 60 dq 0 ; 此处预留60个描述符的空位(slot) + SELECTOR_CODE equ (0x0001<<3) + TI_GDT + RPL0 ; 相当于(CODE_DESC - GDT_BASE)/8 + TI_GDT + RPL0 + SELECTOR_DATA equ (0x0002<<3) + TI_GDT + RPL0 ; 同上 + SELECTOR_VIDEO equ (0x0003<<3) + TI_GDT + RPL0 ; 同上 + + ; total_mem_bytes用于保存内存容量,以字节为单位,此位置比较好记。 + ; 当前偏移loader.bin文件头0x200字节,loader.bin的加载地址是0x900, + ; 故total_mem_bytes内存中的地址是0xb00.将来在内核中咱们会引用此地址 + total_mem_bytes dd 0 + ;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;; + + ;以下是定义gdt的指针，前2字节是gdt界限，后4字节是gdt起始地址 + gdt_ptr dw GDT_LIMIT + dd GDT_BASE + + ;人工对齐:total_mem_bytes4字节+gdt_ptr6字节+ards_buf244字节+ards_nr2,共256字节 + ards_buf times 244 db 0 + ards_nr dw 0 ;用于记录ards结构体数量 + + loader_start: + +;------- int 15h eax = 0000E820h ,edx = 534D4150h ('SMAP') 获取内存布局 ------- + + xor ebx, ebx ;第一次调用时，ebx值要为0 + mov edx, 0x534d4150 ;edx只赋值一次，循环体中不会改变 + mov di, ards_buf ;ards结构缓冲区 +.e820_mem_get_loop: ;循环获取每个ARDS内存范围描述结构 + mov eax, 0x0000e820 ;执行int 0x15后,eax值变为0x534d4150,所以每次执行int前都要更新为子功能号。 + mov ecx, 20 ;ARDS地址范围描述符结构大小是20字节 + int 0x15 + jc .e820_failed_so_try_e801 ;若cf位为1则有错误发生，尝试0xe801子功能 + add di, cx ;使di增加20字节指向缓冲区中新的ARDS结构位置 + inc word [ards_nr] ;记录ARDS数量 + cmp ebx, 0 ;若ebx为0且cf不为1,这说明ards全部返回，当前已是最后一个 + jnz .e820_mem_get_loop + +;在所有ards结构中，找出(base_add_low + length_low)的最大值，即内存的容量。 + mov cx, [ards_nr] ;遍历每一个ARDS结构体,循环次数是ARDS的数量 + mov ebx, ards_buf + xor edx, edx ;edx为最大的内存容量,在此先清0 +.find_max_mem_area: ;无须判断type是否为1,最大的内存块一定是可被使用 + mov eax, [ebx] ;base_add_low + add eax, [ebx+8] ;length_low + add ebx, 20 ;指向缓冲区中下一个ARDS结构 + cmp edx, eax ;冒泡排序，找出最大,edx寄存器始终是最大的内存容量 + jge .next_ards + mov edx, eax ;edx为总内存大小 +.next_ards: + loop .find_max_mem_area + jmp .mem_get_ok + +;------ int 15h ax = E801h 获取内存大小,最大支持4G ------ +; 返回后, ax cx 值一样,以KB为单位,bx dx值一样,以64KB为单位 +; 在ax和cx寄存器中为低16M,在bx和dx寄存器中为16MB到4G。 +.e820_failed_so_try_e801: + mov ax,0xe801 + int 0x15 + jc .e801_failed_so_try88 ;若当前e801方法失败,就尝试0x88方法 + +;1 先算出低15M的内存,ax和cx中是以KB为单位的内存数量,将其转换为以byte为单位 + mov cx,0x400 ;cx和ax值一样,cx用做乘数 + mul cx + shl edx,16 + and eax,0x0000FFFF + or edx,eax + add edx, 0x100000 ;ax只是15MB,故要加1MB + mov esi,edx ;先把低15MB的内存容量存入esi寄存器备份 + +;2 再将16MB以上的内存转换为byte为单位,寄存器bx和dx中是以64KB为单位的内存数量 + xor eax,eax + mov ax,bx + mov ecx, 0x10000 ;0x10000十进制为64KB + mul ecx ;32位乘法,默认的被乘数是eax,积为64位,高32位存入edx,低32位存入eax. + add esi,eax ;由于此方法只能测出4G以内的内存,故32位eax足够了,edx肯定为0,只加eax便可 + mov edx,esi ;edx为总内存大小 + jmp .mem_get_ok + +;----------------- int 15h ah = 0x88 获取内存大小,只能获取64M之内 ---------- +.e801_failed_so_try88: + ;int 15后，ax存入的是以kb为单位的内存容量 + mov ah, 0x88 + int 0x15 + jc .error_hlt + and eax,0x0000FFFF + + ;16位乘法，被乘数是ax,积为32位.积的高16位在dx中，积的低16位在ax中 + mov cx, 0x400 ;0x400等于1024,将ax中的内存容量换为以byte为单位 + mul cx + shl edx, 16 ;把dx移到高16位 + or edx, eax ;把积的低16位组合到edx,为32位的积 + add edx,0x100000 ;0x88子功能只会返回1MB以上的内存,故实际内存大小要加上1MB + +.mem_get_ok: + mov [total_mem_bytes], edx ;将内存换为byte单位后存入total_mem_bytes处。 + + +;----------------- 准备进入保护模式 ------------------- +;1 打开A20 +;2 加载gdt +;3 将cr0的pe位置1 + + ;----------------- 打开A20 ---------------- + in al,0x92 + or al,0000_0010B + out 0x92,al + + ;----------------- 加载GDT ---------------- + lgdt [gdt_ptr] + + ;----------------- cr0第0位置1 ---------------- + mov eax, cr0 + or eax, 0x00000001 + mov cr0, eax + + jmp dword SELECTOR_CODE:p_mode_start ; 刷新流水线，避免分支预测的影响,这种cpu优化策略，最怕jmp跳转， + ; 这将导致之前做的预测失效，从而起到了刷新的作用。 +.error_hlt: ;出错则挂起 + hlt + +[bits 32] +p_mode_start: + mov ax, SELECTOR_DATA + mov ds, ax + mov es, ax + mov ss, ax + mov esp,LOADER_STACK_TOP + mov ax, SELECTOR_VIDEO + mov gs, ax + +; ------------------------- 加载kernel ---------------------- + mov eax, KERNEL_START_SECTOR ; kernel.bin所在的扇区号 + mov ebx, KERNEL_BIN_BASE_ADDR ; 从磁盘读出后，写入到ebx指定的地址 + mov ecx, 200 ; 读入的扇区数 + + call rd_disk_m_32 + + ; 创建页目录及页表并初始化页内存位图 + call setup_page + + ;要将描述符表地址及偏移量写入内存gdt_ptr,一会用新地址重新加载 + sgdt [gdt_ptr] ; 存储到原来gdt所有的位置 + + ;将gdt描述符中视频段描述符中的段基址+0xc0000000 + mov ebx, [gdt_ptr + 2] + or dword [ebx + 0x18 + 4], 0xc0000000 ;视频段是第3个段描述符,每个描述符是8字节,故0x18。 + ;段描述符的高4字节的最高位是段基址的31~24位 + + ;将gdt的基址加上0xc0000000使其成为内核所在的高地址 + add dword [gdt_ptr + 2], 0xc0000000 + + add esp, 0xc0000000 ; 将栈指针同样映射到内核地址 + + ; 把页目录地址赋给cr3 + mov eax, PAGE_DIR_TABLE_POS + mov cr3, eax + + ; 打开cr0的pg位(第31位) + mov eax, cr0 + or eax, 0x80000000 + mov cr0, eax + + ;在开启分页后,用gdt新的地址重新加载 + lgdt [gdt_ptr] ; 重新加载 + +;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;; 此时不刷新流水线也没问题 ;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;; +;由于一直处在32位下,原则上不需要强制刷新,经过实际测试没有以下这两句也没问题. +;但以防万一，还是加上啦，免得将来出来莫句奇妙的问题. + jmp SELECTOR_CODE:enter_kernel ;强制刷新流水线,更新gdt +enter_kernel: +;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;; + call kernel_init + mov esp, 0xc009f000 + jmp KERNEL_ENTRY_POINT ; 用地址0x1500访问测试，结果ok + + +;----------------- 将kernel.bin中的segment拷贝到编译的地址 ----------- +kernel_init: + xor eax, eax + xor ebx, ebx ;ebx记录程序头表地址 + xor ecx, ecx ;cx记录程序头表中的program header数量 + xor edx, edx ;dx 记录program header尺寸,即e_phentsize + + mov dx, [KERNEL_BIN_BASE_ADDR + 42] ; 偏移文件42字节处的属性是e_phentsize,表示program header大小 + mov ebx, [KERNEL_BIN_BASE_ADDR + 28] ; 偏移文件开始部分28字节的地方是e_phoff,表示第1 个program header在文件中的偏移量 + ; 其实该值是0x34,不过还是谨慎一点，这里来读取实际值 + add ebx, KERNEL_BIN_BASE_ADDR + mov cx, [KERNEL_BIN_BASE_ADDR + 44] ; 偏移文件开始部分44字节的地方是e_phnum,表示有几个program header +.each_segment: + cmp byte [ebx + 0], PT_NULL ; 若p_type等于 PT_NULL,说明此program header未使用。 + je .PTNULL + + ;为函数memcpy压入参数,参数是从右往左依然压入.函数原型类似于 memcpy(dst,src,size) + push dword [ebx + 16] ; program header中偏移16字节的地方是p_filesz,压入函数memcpy的第三个参数:size + mov eax, [ebx + 4] ; 距程序头偏移量为4字节的位置是p_offset + add eax, KERNEL_BIN_BASE_ADDR ; 加上kernel.bin被加载到的物理地址,eax为该段的物理地址 + push eax ; 压入函数memcpy的第二个参数:源地址 + push dword [ebx + 8] ; 压入函数memcpy的第一个参数:目的地址,偏移程序头8字节的位置是p_vaddr，这就是目的地址 + call mem_cpy ; 调用mem_cpy完成段复制 + add esp,12 ; 清理栈中压入的三个参数 +.PTNULL: + add ebx, edx ; edx为program header大小,即e_phentsize,在此ebx指向下一个program header + loop .each_segment + ret + +;---------- 逐字节拷贝 mem_cpy(dst,src,size) ------------ +;输入:栈中三个参数(dst,src,size) +;输出:无 +;--------------------------------------------------------- +mem_cpy: + cld + push ebp + mov ebp, esp + push ecx ; rep指令用到了ecx，但ecx对于外层段的循环还有用，故先入栈备份 + mov edi, [ebp + 8] ; dst + mov esi, [ebp + 12] ; src + mov ecx, [ebp + 16] ; size + rep movsb ; 逐字节拷贝 + + ;恢复环境 + pop ecx + pop ebp + ret + + +;------------- 创建页目录及页表 --------------- +setup_page: +;先把页目录占用的空间逐字节清0 + mov ecx, 4096 + mov esi, 0 +.clear_page_dir: + mov byte [PAGE_DIR_TABLE_POS + esi], 0 + inc esi + loop .clear_page_dir + +;开始创建页目录项(PDE) +.create_pde: ; 创建Page Directory Entry + mov eax, PAGE_DIR_TABLE_POS + add eax, 0x1000 ; 此时eax为第一个页表的位置及属性 + mov ebx, eax ; 此处为ebx赋值，是为.create_pte做准备，ebx为基址。 + +; 下面将页目录项0和0xc00都存为第一个页表的地址， +; 一个页表可表示4MB内存,这样0xc03fffff以下的地址和0x003fffff以下的地址都指向相同的页表， +; 这是为将地址映射为内核地址做准备 + or eax, PG_US_U | PG_RW_W | PG_P ; 页目录项的属性RW和P位为1,US为1,表示用户属性,所有特权级别都可以访问. + mov [PAGE_DIR_TABLE_POS + 0x0], eax ; 第1个目录项,在页目录表中的第1个目录项写入第一个页表的位置(0x101000)及属性(3) + mov [PAGE_DIR_TABLE_POS + 0xc00], eax ; 一个页表项占用4字节,0xc00表示第768个页表占用的目录项,0xc00以上的目录项用于内核空间, + ; 也就是页表的0xc0000000~0xffffffff共计1G属于内核,0x0~0xbfffffff共计3G属于用户进程. + sub eax, 0x1000 + mov [PAGE_DIR_TABLE_POS + 4092], eax ; 使最后一个目录项指向页目录表自己的地址 + +;下面创建页表项(PTE) + mov ecx, 256 ; 1M低端内存 / 每页大小4k = 256 + mov esi, 0 + mov edx, PG_US_U | PG_RW_W | PG_P ; 属性为7,US=1,RW=1,P=1 +.create_pte: ; 创建Page Table Entry + mov [ebx+esi*4],edx ; 此时的ebx已经在上面通过eax赋值为0x101000,也就是第一个页表的地址 + add edx,4096 + inc esi + loop .create_pte + +;创建内核其它页表的PDE + mov eax, PAGE_DIR_TABLE_POS + add eax, 0x2000 ; 此时eax为第二个页表的位置 + or eax, PG_US_U | PG_RW_W | PG_P ; 页目录项的属性RW和P位为1,US为0 + mov ebx, PAGE_DIR_TABLE_POS + mov ecx, 254 ; 范围为第769~1022的所有目录项数量 + mov esi, 769 +.create_kernel_pde: + mov [ebx+esi*4], eax + inc esi + add eax, 0x1000 + loop .create_kernel_pde + ret + + +;------------------------------------------------------------------------------- + ;功能:读取硬盘n个扇区 +rd_disk_m_32: +;------------------------------------------------------------------------------- + ; eax=LBA扇区号 + ; ebx=将数据写入的内存地址 + ; ecx=读入的扇区数 + mov esi,eax ; 备份eax + mov di,cx ; 备份扇区数到di +;读写硬盘: +;第1步：设置要读取的扇区数 + mov dx,0x1f2 + mov al,cl + out dx,al ;读取的扇区数 + + mov eax,esi ;恢复ax + +;第2步：将LBA地址存入0x1f3 ~ 0x1f6 + + ;LBA地址7~0位写入端口0x1f3 + mov dx,0x1f3 + out dx,al + + ;LBA地址15~8位写入端口0x1f4 + mov cl,8 + shr eax,cl + mov dx,0x1f4 + out dx,al + + ;LBA地址23~16位写入端口0x1f5 + shr eax,cl + mov dx,0x1f5 + out dx,al + + shr eax,cl + and al,0x0f ;lba第24~27位 + or al,0xe0 ; 设置7～4位为1110,表示lba模式 + mov dx,0x1f6 + out dx,al + +;第3步：向0x1f7端口写入读命令，0x20 + mov dx,0x1f7 + mov al,0x20 + out dx,al + +;;;;;;; 至此,硬盘控制器便从指定的lba地址(eax)处,读出连续的cx个扇区,下面检查硬盘状态,不忙就能把这cx个扇区的数据读出来 + +;第4步：检测硬盘状态 + .not_ready: ;测试0x1f7端口(status寄存器)的的BSY位 + ;同一端口,写时表示写入命令字,读时表示读入硬盘状态 + nop + in al,dx + and al,0x88 ;第4位为1表示硬盘控制器已准备好数据传输,第7位为1表示硬盘忙 + cmp al,0x08 + jnz .not_ready ;若未准备好,继续等。 + +;第5步：从0x1f0端口读数据 + mov ax, di ;以下从硬盘端口读数据用insw指令更快捷,不过尽可能多的演示命令使用, + ;在此先用这种方法,在后面内容会用到insw和outsw等 + + mov dx, 256 ;di为要读取的扇区数,一个扇区有512字节,每次读入一个字,共需di*512/2次,所以di*256 + mul dx + mov cx, ax + mov dx, 0x1f0 + .go_on_read: + in ax,dx + mov [ebx], ax + add ebx, 2 + ; 由于在实模式下偏移地址为16位,所以用bx只会访问到0~FFFFh的偏移。 + ; loader的栈指针为0x900,bx为指向的数据输出缓冲区,且为16位， + ; 超过0xffff后,bx部分会从0开始,所以当要读取的扇区数过大,待写入的地址超过bx的范围时， + ; 从硬盘上读出的数据会把0x0000~0xffff的覆盖， + ; 造成栈被破坏,所以ret返回时,返回地址被破坏了,已经不是之前正确的地址, + ; 故程序出会错,不知道会跑到哪里去。 + ; 所以改为ebx代替bx指向缓冲区,这样生成的机器码前面会有0x66和0x67来反转。 + ; 0X66用于反转默认的操作数大小! 0X67用于反转默认的寻址方式. + ; cpu处于16位模式时,会理所当然的认为操作数和寻址都是16位,处于32位模式时, + ; 也会认为要执行的指令是32位. + ; 当我们在其中任意模式下用了另外模式的寻址方式或操作数大小(姑且认为16位模式用16位字节操作数， + ; 32位模式下用32字节的操作数)时,编译器会在指令前帮我们加上0x66或0x67， + ; 临时改变当前cpu模式到另外的模式下. + ; 假设当前运行在16位模式,遇到0X66时,操作数大小变为32位. + ; 假设当前运行在32位模式,遇到0X66时,操作数大小变为16位. + ; 假设当前运行在16位模式,遇到0X67时,寻址方式变为32位寻址 + ; 假设当前运行在32位模式,遇到0X67时,寻址方式变为16位寻址. + + loop .go_on_read + ret diff --git a/c6/loader.bin b/c6/loader.bin new file mode 100755 index 0000000000000000000000000000000000000000..4d87964e24bab684927d92d726def67fa3c95f9d GIT binary patch literal 1396 zcmeHHziSgw9RI#1X)d{|cSBMgS{h0n6dle@+C>Uoq)-t-2iI?RYsNytf#h)zB$Iob zoRliuT}!>@O1Taau^@pi^{8@fHH0=z3YMPVmlW#cA5gsE`|Eu^@B52)0R1nDNWZE> zPgm-Y1SrTA_x$v~y37+814v!w{{Gb)>f7kd-J5;*F)gE&3jxs15aCny*&SAo2G3+P zenWoOyh7G;TBdXT3(lJ{oR3XQXm}aCTU(4FuLXMtk1ZAoq7CuxH(U!eye{4orfOKM z0ce2yE9x$9pbfwP3B)##A0CXoFA;CD55Hjl#Ty2Bx1tREsHki>E~_~g4WFswF79tC z01~v((xBWZyXDU-Vw-4PgK}tzy)Fa2X4@w#yunDkAxmY6IQ3$V4w5Y1AEA(2ObDlE ztqW<1iq-K3B^x5YK-pB56}0^+3P=#9DZB!$l)LvK39jzy+xjL=$IRZOjOOSF$)YE+ zqd9boRACaHUyT+tb2^?7;kjr*3MIP4SXbCqu;ZOR;@=;bi;|gF%vtT|^^>QbO+~;e zVPNBhCnCYA z1U@6kDvJ>=zBJRjI5_q=t)`C7AuIV!-a_YyHQz~FAv$f=6zW*0302uar^A})blKZn h^X1Qp(v*}xL4JY`Fzg1%*U)J({DnMbcmqMl`vWZ_pSBHg?AI)sC3wHl>X@a iv5SH6`=ic-yFM_!?PPC0%=GBTVW9D&fPxSRT?GJ}(N%c> literal 0 HcmV?d00001 diff --git a/c6/pra/base_asm.c b/c6/pra/base_asm.c new file mode 100755 index 0000000..aeba9ce --- /dev/null +++ b/c6/pra/base_asm.c @@ -0,0 +1,12 @@ +#include +int in_a = 1, in_b = 2, out_sum; + +void main() { + asm("pusha; \ + movl in_a, %eax; \ + movl in_b, %ebx; \ + addl %ebx, %eax; \ + movl %eax, out_sum; \ + popa"); + printf("sum is %d\n", out_sum); +} \ No newline at end of file diff --git a/c6/pra/inlineASM.c b/c6/pra/inlineASM.c new file mode 100755 index 0000000..3a498c8 --- /dev/null +++ b/c6/pra/inlineASM.c @@ -0,0 +1,14 @@ +char* str = "hello, world!\n"; + +int count = 0; +void main() { +asm("pusha; \ + movl $4, %eax; \ + movl $1, %ebx; \ + movl str, %ecx; \ + movl $15, %edx; \ + int $0x80; \ + mov %eax, count; \ + popa \ + "); +} \ No newline at end of file diff --git a/c6/pra/mach_mode_warn.c b/c6/pra/mach_mode_warn.c new file mode 100755 index 0000000..06b955c --- /dev/null +++ b/c6/pra/mach_mode_warn.c @@ -0,0 +1,6 @@ +#include +void main() { + int in_a = 0x1234, in_b = 0; + asm("movw %1, %0":"=m"(in_b):"a"(in_a)); + printf("in_b now is 0x%x\n", in_b); +} \ No newline at end of file diff --git a/c6/pra/mem.c b/c6/pra/mem.c new file mode 100755 index 0000000..8f2ba69 --- /dev/null +++ b/c6/pra/mem.c @@ -0,0 +1,7 @@ +#include +void main() { + int in_a = 1, in_b = 2; + printf("in_b is %d\n", in_b); + asm("movb %b0, %1"::"a"(in_a), "m"(in_b)); + printf("in_b now is %d\n", in_b); +} \ No newline at end of file diff --git a/c6/pra/reg4.c b/c6/pra/reg4.c new file mode 100755 index 0000000..bfe2ae5 --- /dev/null +++ b/c6/pra/reg4.c @@ -0,0 +1,15 @@ +#include +void main() { + int in_a = 0x12345678, in_b = 0; + + asm("movw %1, %0;":"=m"(in_b):"a"(in_a)); + printf("word in_b is 0x%x\n", in_b); + in_b = 0; // 将 in_b 恢复为 0，避免上次赋值造成混乱 + + asm("movb %1, %0;":"=m"(in_b):"a"(in_a)); + printf("low byte in_b is 0x%x\n", in_b); + in_b = 0; + + asm("movb %h1, %0;":"=m"(in_b):"a"(in_a)); + printf("high byte in_b is 0x%x\n", in_b); +} \ No newline at end of file diff --git a/c6/pra/reg5.c b/c6/pra/reg5.c new file mode 100755 index 0000000..656012c --- /dev/null +++ b/c6/pra/reg5.c @@ -0,0 +1,10 @@ +// 名称占位符 +#include +void main() { + int in_a = 18, in_b = 3, out_sum; + asm("divb %[divisor]; movb %%al, %[result]" \ + :[result]"=m"(out) \ + :"a"(in_a), [divisor]"m"(in_b) \ + ); + printf("The result is %d\n", out_sum); +} \ No newline at end of file diff --git a/c6/pra/reg6.c b/c6/pra/reg6.c new file mode 100755 index 0000000..3c04acf --- /dev/null +++ b/c6/pra/reg6.c @@ -0,0 +1,6 @@ +#include +void main() { + int in_a = 1, in_b = 2; + asm("addl %%ebx, %%eax;":"+a"(in_a):"b"(in_b)); + printf("in_a is %d\n", in_a); +} \ No newline at end of file diff --git a/c6/pra/reg7.c b/c6/pra/reg7.c new file mode 100755 index 0000000..be1f9cd --- /dev/null +++ b/c6/pra/reg7.c @@ -0,0 +1,13 @@ +#include +void main() { + int ret_cnt = 0, test = 0; + char* fmt = "hello,world\n"; + asm("pushl %1; \ + call printf; \ + addl $4, %%esp; \ + movl $6, %2" \ + : "=a"(ret_cnt) \ + : "m"(fmt), "r"(test) \ + ); + printf("the num of bytes written is %d\n", ret_cnt); +} \ No newline at end of file diff --git a/c6/pra/reg8.c b/c6/pra/reg8.c new file mode 100755 index 0000000..19a57e3 --- /dev/null +++ b/c6/pra/reg8.c @@ -0,0 +1,13 @@ +#include +void main() { + int ret_cnt = 0, test = 0; + char* fmt = "hello,world\n"; + asm("pushl %1; \ + call printf; \ + addl $4, %%esp; \ + movl $6, %2" \ + : "=&a"(ret_cnt) \ + : "m"(fmt), "r"(test) \ + ); + printf("the num of bytes written is %d\n", ret_cnt); +} \ No newline at end of file diff --git a/c6/pra/reg9.c b/c6/pra/reg9.c new file mode 100755 index 0000000..b8123c5 --- /dev/null +++ b/c6/pra/reg9.c @@ -0,0 +1,8 @@ +#include +void main() { + int in_a = 0, sum = 0; + asm("addl %1, %0;" + : "=a"(sum) + : "%I"(2), "0"(in_a)); + printf("sum is %d\n", sum); +} \ No newline at end of file diff --git a/c6/pra/reg_constraint.c b/c6/pra/reg_constraint.c new file mode 100755 index 0000000..d5c595b --- /dev/null +++ b/c6/pra/reg_constraint.c @@ -0,0 +1,6 @@ +#include +void main() { + int in_a = 1, in_b = 2, out_sum; + asm("addl %%ebx, %%eax" : "=a"(out_sum):"a"(in_a), "b"(in_b)); + printf("sum is %d\n", out_sum); +} \ No newline at end of file diff --git a/c6/pra/syscall_write.S b/c6/pra/syscall_write.S new file mode 100755 index 0000000..2199843 --- /dev/null +++ b/c6/pra/syscall_write.S @@ -0,0 +1,44 @@ +section .data +str_c_lib: db "c library says : hello world!", 0xa ;0xa 为 LF ASCII码 +str_c_lib_len equ $-str_c_lib + +str_syscall: db "syscall says : hello world!", 0xa +str_syscall_len equ $-str_syscall + +section .text +global _start +_start: +;;;;;模拟 方式一 利用 c 语言进行调用 +; write 总共三个参数 从右至左压入 + push str_c_lib_len + push str_c_lib + push 1 + + call simu_write + add esp, 12 ; 回收栈空间 + +;;;;;; 模拟方式二 跨过库函数，直接进行系统调用 + mov eax, 4 ; 4 号功能是write的系统调用 + mov ebx, 1 + mov ecx, str_syscall + mov edx, str_syscall_len + int 0x80 ;发起中断 + +;;;;; 退出程序 + mov eax, 1 ; 第 1 号子功能为 exit + int 0x80 + +;;;;;;; 自定义 simu_write 函数 用来模拟系统调用的 write +simu_write: + push ebp + mov ebp, esp + mov eax, 4 + mov ebx, [ebp + 8] + mov ecx, [ebp + 12] + mov edx, [ebp + 16] + int 0x80 + pop ebp ; 恢复ebp + ret + + + diff --git a/c7/improve/boot/loader.S b/c7/improve/boot/loader.S new file mode 100755 index 0000000..a9312c9 --- /dev/null +++ b/c7/improve/boot/loader.S @@ -0,0 +1,380 @@ + %include "boot.inc" + section loader vstart=LOADER_BASE_ADDR +;构建gdt及其内部的描述符 + GDT_BASE: dd 0x00000000 + dd 0x00000000 + + CODE_DESC: dd 0x0000FFFF + dd DESC_CODE_HIGH4 + + DATA_STACK_DESC: dd 0x0000FFFF + dd DESC_DATA_HIGH4 + + VIDEO_DESC: dd 0x80000007 ; limit=(0xbffff-0xb8000)/4k=0x7 + dd DESC_VIDEO_HIGH4 ; 此时dpl为0 + + GDT_SIZE equ $ - GDT_BASE + GDT_LIMIT equ GDT_SIZE - 1 + times 60 dq 0 ; 此处预留60个描述符的空位(slot) + SELECTOR_CODE equ (0x0001<<3) + TI_GDT + RPL0 ; 相当于(CODE_DESC - GDT_BASE)/8 + TI_GDT + RPL0 + SELECTOR_DATA equ (0x0002<<3) + TI_GDT + RPL0 ; 同上 + SELECTOR_VIDEO equ (0x0003<<3) + TI_GDT + RPL0 ; 同上 + + ; total_mem_bytes用于保存内存容量,以字节为单位,此位置比较好记。 + ; 当前偏移loader.bin文件头0x200字节,loader.bin的加载地址是0x900, + ; 故total_mem_bytes内存中的地址是0xb00.将来在内核中咱们会引用此地址 + total_mem_bytes dd 0 + ;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;; + + ;以下是定义gdt的指针，前2字节是gdt界限，后4字节是gdt起始地址 + gdt_ptr dw GDT_LIMIT + dd GDT_BASE + + ;人工对齐:total_mem_bytes4字节+gdt_ptr6字节+ards_buf244字节+ards_nr2,共256字节 + ards_buf times 244 db 0 + ards_nr dw 0 ;用于记录ards结构体数量 + + loader_start: + +;------- int 15h eax = 0000E820h ,edx = 534D4150h ('SMAP') 获取内存布局 ------- + + xor ebx, ebx ;第一次调用时，ebx值要为0 + mov edx, 0x534d4150 ;edx只赋值一次，循环体中不会改变 + mov di, ards_buf ;ards结构缓冲区 +.e820_mem_get_loop: ;循环获取每个ARDS内存范围描述结构 + mov eax, 0x0000e820 ;执行int 0x15后,eax值变为0x534d4150,所以每次执行int前都要更新为子功能号。 + mov ecx, 20 ;ARDS地址范围描述符结构大小是20字节 + int 0x15 + jc .e820_failed_so_try_e801 ;若cf位为1则有错误发生，尝试0xe801子功能 + add di, cx ;使di增加20字节指向缓冲区中新的ARDS结构位置 + inc word [ards_nr] ;记录ARDS数量 + cmp ebx, 0 ;若ebx为0且cf不为1,这说明ards全部返回，当前已是最后一个 + jnz .e820_mem_get_loop + +;在所有ards结构中，找出(base_add_low + length_low)的最大值，即内存的容量。 + mov cx, [ards_nr] ;遍历每一个ARDS结构体,循环次数是ARDS的数量 + mov ebx, ards_buf + xor edx, edx ;edx为最大的内存容量,在此先清0 +.find_max_mem_area: ;无须判断type是否为1,最大的内存块一定是可被使用 + mov eax, [ebx] ;base_add_low + add eax, [ebx+8] ;length_low + add ebx, 20 ;指向缓冲区中下一个ARDS结构 + cmp edx, eax ;冒泡排序，找出最大,edx寄存器始终是最大的内存容量 + jge .next_ards + mov edx, eax ;edx为总内存大小 +.next_ards: + loop .find_max_mem_area + jmp .mem_get_ok + +;------ int 15h ax = E801h 获取内存大小,最大支持4G ------ +; 返回后, ax cx 值一样,以KB为单位,bx dx值一样,以64KB为单位 +; 在ax和cx寄存器中为低16M,在bx和dx寄存器中为16MB到4G。 +.e820_failed_so_try_e801: + mov ax,0xe801 + int 0x15 + jc .e801_failed_so_try88 ;若当前e801方法失败,就尝试0x88方法 + +;1 先算出低15M的内存,ax和cx中是以KB为单位的内存数量,将其转换为以byte为单位 + mov cx,0x400 ;cx和ax值一样,cx用做乘数 + mul cx + shl edx,16 + and eax,0x0000FFFF + or edx,eax + add edx, 0x100000 ;ax只是15MB,故要加1MB + mov esi,edx ;先把低15MB的内存容量存入esi寄存器备份 + +;2 再将16MB以上的内存转换为byte为单位,寄存器bx和dx中是以64KB为单位的内存数量 + xor eax,eax + mov ax,bx + mov ecx, 0x10000 ;0x10000十进制为64KB + mul ecx ;32位乘法,默认的被乘数是eax,积为64位,高32位存入edx,低32位存入eax. + add esi,eax ;由于此方法只能测出4G以内的内存,故32位eax足够了,edx肯定为0,只加eax便可 + mov edx,esi ;edx为总内存大小 + jmp .mem_get_ok + +;----------------- int 15h ah = 0x88 获取内存大小,只能获取64M之内 ---------- +.e801_failed_so_try88: + ;int 15后，ax存入的是以kb为单位的内存容量 + mov ah, 0x88 + int 0x15 + jc .error_hlt + and eax,0x0000FFFF + + ;16位乘法，被乘数是ax,积为32位.积的高16位在dx中，积的低16位在ax中 + mov cx, 0x400 ;0x400等于1024,将ax中的内存容量换为以byte为单位 + mul cx + shl edx, 16 ;把dx移到高16位 + or edx, eax ;把积的低16位组合到edx,为32位的积 + add edx,0x100000 ;0x88子功能只会返回1MB以上的内存,故实际内存大小要加上1MB + +.mem_get_ok: + mov [total_mem_bytes], edx ;将内存换为byte单位后存入total_mem_bytes处。 + + +;----------------- 准备进入保护模式 ------------------- +;1 打开A20 +;2 加载gdt +;3 将cr0的pe位置1 + + ;----------------- 打开A20 ---------------- + in al,0x92 + or al,0000_0010B + out 0x92,al + + ;----------------- 加载GDT ---------------- + lgdt [gdt_ptr] + + ;----------------- cr0第0位置1 ---------------- + mov eax, cr0 + or eax, 0x00000001 + mov cr0, eax + + jmp dword SELECTOR_CODE:p_mode_start ; 刷新流水线，避免分支预测的影响,这种cpu优化策略，最怕jmp跳转， + ; 这将导致之前做的预测失效，从而起到了刷新的作用。 +.error_hlt: ;出错则挂起 + hlt + +[bits 32] +p_mode_start: + mov ax, SELECTOR_DATA + mov ds, ax + mov es, ax + mov ss, ax + mov esp,LOADER_STACK_TOP + mov ax, SELECTOR_VIDEO + mov gs, ax + +; ------------------------- 加载kernel ---------------------- + mov eax, KERNEL_START_SECTOR ; kernel.bin所在的扇区号 + mov ebx, KERNEL_BIN_BASE_ADDR ; 从磁盘读出后，写入到ebx指定的地址 + mov ecx, 200 ; 读入的扇区数 + + call rd_disk_m_32 + + ; 创建页目录及页表并初始化页内存位图 + call setup_page + + ;要将描述符表地址及偏移量写入内存gdt_ptr,一会用新地址重新加载 + sgdt [gdt_ptr] ; 存储到原来gdt所有的位置 + + ;将gdt描述符中视频段描述符中的段基址+0xc0000000 + mov ebx, [gdt_ptr + 2] + or dword [ebx + 0x18 + 4], 0xc0000000 ;视频段是第3个段描述符,每个描述符是8字节,故0x18。 + ;段描述符的高4字节的最高位是段基址的31~24位 + + ;将gdt的基址加上0xc0000000使其成为内核所在的高地址 + add dword [gdt_ptr + 2], 0xc0000000 + + add esp, 0xc0000000 ; 将栈指针同样映射到内核地址 + + ; 把页目录地址赋给cr3 + mov eax, PAGE_DIR_TABLE_POS + mov cr3, eax + + ; 打开cr0的pg位(第31位) + mov eax, cr0 + or eax, 0x80000000 + mov cr0, eax + + ;在开启分页后,用gdt新的地址重新加载 + lgdt [gdt_ptr] ; 重新加载 + +;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;; 此时不刷新流水线也没问题 ;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;; +;由于一直处在32位下,原则上不需要强制刷新,经过实际测试没有以下这两句也没问题. +;但以防万一，还是加上啦，免得将来出来莫句奇妙的问题. + jmp SELECTOR_CODE:enter_kernel ;强制刷新流水线,更新gdt +enter_kernel: +;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;; + call kernel_init + mov esp, 0xc009f000 + jmp KERNEL_ENTRY_POINT ; 用地址0x1500访问测试，结果ok + + +;----------------- 将kernel.bin中的segment拷贝到编译的地址 ----------- +kernel_init: + xor eax, eax + xor ebx, ebx ;ebx记录程序头表地址 + xor ecx, ecx ;cx记录程序头表中的program header数量 + xor edx, edx ;dx 记录program header尺寸,即e_phentsize + + mov dx, [KERNEL_BIN_BASE_ADDR + 42] ; 偏移文件42字节处的属性是e_phentsize,表示program header大小 + mov ebx, [KERNEL_BIN_BASE_ADDR + 28] ; 偏移文件开始部分28字节的地方是e_phoff,表示第1 个program header在文件中的偏移量 + ; 其实该值是0x34,不过还是谨慎一点，这里来读取实际值 + add ebx, KERNEL_BIN_BASE_ADDR + mov cx, [KERNEL_BIN_BASE_ADDR + 44] ; 偏移文件开始部分44字节的地方是e_phnum,表示有几个program header +.each_segment: + cmp byte [ebx + 0], PT_NULL ; 若p_type等于 PT_NULL,说明此program header未使用。 + je .PTNULL + + ;为函数memcpy压入参数,参数是从右往左依然压入.函数原型类似于 memcpy(dst,src,size) + push dword [ebx + 16] ; program header中偏移16字节的地方是p_filesz,压入函数memcpy的第三个参数:size + mov eax, [ebx + 4] ; 距程序头偏移量为4字节的位置是p_offset + add eax, KERNEL_BIN_BASE_ADDR ; 加上kernel.bin被加载到的物理地址,eax为该段的物理地址 + push eax ; 压入函数memcpy的第二个参数:源地址 + push dword [ebx + 8] ; 压入函数memcpy的第一个参数:目的地址,偏移程序头8字节的位置是p_vaddr，这就是目的地址 + call mem_cpy ; 调用mem_cpy完成段复制 + add esp,12 ; 清理栈中压入的三个参数 +.PTNULL: + add ebx, edx ; edx为program header大小,即e_phentsize,在此ebx指向下一个program header + loop .each_segment + ret + +;---------- 逐字节拷贝 mem_cpy(dst,src,size) ------------ +;输入:栈中三个参数(dst,src,size) +;输出:无 +;--------------------------------------------------------- +mem_cpy: + cld + push ebp + mov ebp, esp + push ecx ; rep指令用到了ecx，但ecx对于外层段的循环还有用，故先入栈备份 + mov edi, [ebp + 8] ; dst + mov esi, [ebp + 12] ; src + mov ecx, [ebp + 16] ; size + rep movsb ; 逐字节拷贝 + + ;恢复环境 + pop ecx + pop ebp + ret + + +;------------- 创建页目录及页表 --------------- +setup_page: +;先把页目录占用的空间逐字节清0 + mov ecx, 4096 + mov esi, 0 +.clear_page_dir: + mov byte [PAGE_DIR_TABLE_POS + esi], 0 + inc esi + loop .clear_page_dir + +;开始创建页目录项(PDE) +.create_pde: ; 创建Page Directory Entry + mov eax, PAGE_DIR_TABLE_POS + add eax, 0x1000 ; 此时eax为第一个页表的位置及属性 + mov ebx, eax ; 此处为ebx赋值，是为.create_pte做准备，ebx为基址。 + +; 下面将页目录项0和0xc00都存为第一个页表的地址， +; 一个页表可表示4MB内存,这样0xc03fffff以下的地址和0x003fffff以下的地址都指向相同的页表， +; 这是为将地址映射为内核地址做准备 + or eax, PG_US_U | PG_RW_W | PG_P ; 页目录项的属性RW和P位为1,US为1,表示用户属性,所有特权级别都可以访问. + mov [PAGE_DIR_TABLE_POS + 0x0], eax ; 第1个目录项,在页目录表中的第1个目录项写入第一个页表的位置(0x101000)及属性(3) + mov [PAGE_DIR_TABLE_POS + 0xc00], eax ; 一个页表项占用4字节,0xc00表示第768个页表占用的目录项,0xc00以上的目录项用于内核空间, + ; 也就是页表的0xc0000000~0xffffffff共计1G属于内核,0x0~0xbfffffff共计3G属于用户进程. + sub eax, 0x1000 + mov [PAGE_DIR_TABLE_POS + 4092], eax ; 使最后一个目录项指向页目录表自己的地址 + +;下面创建页表项(PTE) + mov ecx, 256 ; 1M低端内存 / 每页大小4k = 256 + mov esi, 0 + mov edx, PG_US_U | PG_RW_W | PG_P ; 属性为7,US=1,RW=1,P=1 +.create_pte: ; 创建Page Table Entry + mov [ebx+esi*4],edx ; 此时的ebx已经在上面通过eax赋值为0x101000,也就是第一个页表的地址 + add edx,4096 + inc esi + loop .create_pte + +;创建内核其它页表的PDE + mov eax, PAGE_DIR_TABLE_POS + add eax, 0x2000 ; 此时eax为第二个页表的位置 + or eax, PG_US_U | PG_RW_W | PG_P ; 页目录项的属性RW和P位为1,US为0 + mov ebx, PAGE_DIR_TABLE_POS + mov ecx, 254 ; 范围为第769~1022的所有目录项数量 + mov esi, 769 +.create_kernel_pde: + mov [ebx+esi*4], eax + inc esi + add eax, 0x1000 + loop .create_kernel_pde + ret + + +;------------------------------------------------------------------------------- + ;功能:读取硬盘n个扇区 +rd_disk_m_32: +;------------------------------------------------------------------------------- + ; eax=LBA扇区号 + ; ebx=将数据写入的内存地址 + ; ecx=读入的扇区数 + mov esi,eax ; 备份eax + mov di,cx ; 备份扇区数到di +;读写硬盘: +;第1步：设置要读取的扇区数 + mov dx,0x1f2 + mov al,cl + out dx,al ;读取的扇区数 + + mov eax,esi ;恢复ax + +;第2步：将LBA地址存入0x1f3 ~ 0x1f6 + + ;LBA地址7~0位写入端口0x1f3 + mov dx,0x1f3 + out dx,al + + ;LBA地址15~8位写入端口0x1f4 + mov cl,8 + shr eax,cl + mov dx,0x1f4 + out dx,al + + ;LBA地址23~16位写入端口0x1f5 + shr eax,cl + mov dx,0x1f5 + out dx,al + + shr eax,cl + and al,0x0f ;lba第24~27位 + or al,0xe0 ; 设置7～4位为1110,表示lba模式 + mov dx,0x1f6 + out dx,al + +;第3步：向0x1f7端口写入读命令，0x20 + mov dx,0x1f7 + mov al,0x20 + out dx,al + +;;;;;;; 至此,硬盘控制器便从指定的lba地址(eax)处,读出连续的cx个扇区,下面检查硬盘状态,不忙就能把这cx个扇区的数据读出来 + +;第4步：检测硬盘状态 + .not_ready: ;测试0x1f7端口(status寄存器)的的BSY位 + ;同一端口,写时表示写入命令字,读时表示读入硬盘状态 + nop + in al,dx + and al,0x88 ;第4位为1表示硬盘控制器已准备好数据传输,第7位为1表示硬盘忙 + cmp al,0x08 + jnz .not_ready ;若未准备好,继续等。 + +;第5步：从0x1f0端口读数据 + mov ax, di ;以下从硬盘端口读数据用insw指令更快捷,不过尽可能多的演示命令使用, + ;在此先用这种方法,在后面内容会用到insw和outsw等 + + mov dx, 256 ;di为要读取的扇区数,一个扇区有512字节,每次读入一个字,共需di*512/2次,所以di*256 + mul dx + mov cx, ax + mov dx, 0x1f0 + .go_on_read: + in ax,dx + mov [ebx], ax + add ebx, 2 + ; 由于在实模式下偏移地址为16位,所以用bx只会访问到0~FFFFh的偏移。 + ; loader的栈指针为0x900,bx为指向的数据输出缓冲区,且为16位， + ; 超过0xffff后,bx部分会从0开始,所以当要读取的扇区数过大,待写入的地址超过bx的范围时， + ; 从硬盘上读出的数据会把0x0000~0xffff的覆盖， + ; 造成栈被破坏,所以ret返回时,返回地址被破坏了,已经不是之前正确的地址, + ; 故程序出会错,不知道会跑到哪里去。 + ; 所以改为ebx代替bx指向缓冲区,这样生成的机器码前面会有0x66和0x67来反转。 + ; 0X66用于反转默认的操作数大小! 0X67用于反转默认的寻址方式. + ; cpu处于16位模式时,会理所当然的认为操作数和寻址都是16位,处于32位模式时, + ; 也会认为要执行的指令是32位. + ; 当我们在其中任意模式下用了另外模式的寻址方式或操作数大小(姑且认为16位模式用16位字节操作数， + ; 32位模式下用32字节的操作数)时,编译器会在指令前帮我们加上0x66或0x67， + ; 临时改变当前cpu模式到另外的模式下. + ; 假设当前运行在16位模式,遇到0X66时,操作数大小变为32位. + ; 假设当前运行在32位模式,遇到0X66时,操作数大小变为16位. + ; 假设当前运行在16位模式,遇到0X67时,寻址方式变为32位寻址 + ; 假设当前运行在32位模式,遇到0X67时,寻址方式变为16位寻址. + + loop .go_on_read + ret diff --git a/c7/improve/boot/mbr.S b/c7/improve/boot/mbr.S new file mode 100755 index 0000000..7efd523 --- /dev/null +++ b/c7/improve/boot/mbr.S @@ -0,0 +1,126 @@ +;���������� +;------------------------------------------------------------ +%include "boot.inc" +SECTION MBR vstart=0x7c00 + mov ax,cs + mov ds,ax + mov es,ax + mov ss,ax + mov fs,ax + mov sp,0x7c00 + mov ax,0xb800 + mov gs,ax + +; ���� +;����0x06�Ź��ܣ��Ͼ�ȫ���У���������� +; ----------------------------------------------------------- +;INT 0x10 ���ܺ�:0x06 ��������:�Ͼ����� +;------------------------------------------------------ +;���룺 +;AH ���ܺ�= 0x06 +;AL = �Ͼ�������(���Ϊ0,��ʾȫ��) +;BH = �Ͼ������� +;(CL,CH) = �������Ͻǵ�(X,Y)λ�� +;(DL,DH) = �������½ǵ�(X,Y)λ�� +;�޷���ֵ�� + mov ax, 0600h + mov bx, 0700h + mov cx, 0 ; ���Ͻ�: (0, 0) + mov dx, 184fh ; ���½�: (80,25), + ; ��ΪVGA�ı�ģʽ�У�һ��ֻ������80���ַ�,��25�С� + ; �±��0��ʼ������0x18=24,0x4f=79 + int 10h ; int 10h + + ; ����ַ���:MBR + mov byte [gs:0x00],'1' + mov byte [gs:0x01],0xA4 + + mov byte [gs:0x02],' ' + mov byte [gs:0x03],0xA4 + + mov byte [gs:0x04],'M' + mov byte [gs:0x05],0xA4 ;A��ʾ��ɫ������˸��4��ʾǰ��ɫΪ��ɫ + + mov byte [gs:0x06],'B' + mov byte [gs:0x07],0xA4 + + mov byte [gs:0x08],'R' + mov byte [gs:0x09],0xA4 + + mov eax,LOADER_START_SECTOR ; ��ʼ����lba��ַ + mov bx,LOADER_BASE_ADDR ; д��ĵ�ַ + mov cx,4 ; ������������� + call rd_disk_m_16 ; ���¶�ȡ�������ʼ���֣�һ�������� + + jmp LOADER_BASE_ADDR + 0x300 + +;------------------------------------------------------------------------------- +;����:��ȡӲ��n������ +rd_disk_m_16: +;------------------------------------------------------------------------------- + ; eax=LBA������ + ; ebx=������д����ڴ��ַ + ; ecx=����������� + mov esi,eax ;����eax + mov di,cx ;����cx +;��дӲ��: +;��1��������Ҫ��ȡ�������� + mov dx,0x1f2 + mov al,cl + out dx,al ;��ȡ�������� + + mov eax,esi ;�ָ�ax + +;��2������LBA��ַ����0x1f3 ~ 0x1f6 + + ;LBA��ַ7~0λд��˿�0x1f3 + mov dx,0x1f3 + out dx,al + + ;LBA��ַ15~8λд��˿�0x1f4 + mov cl,8 + shr eax,cl + mov dx,0x1f4 + out dx,al + + ;LBA��ַ23~16λд��˿�0x1f5 + shr eax,cl + mov dx,0x1f5 + out dx,al + + shr eax,cl + and al,0x0f ;lba��24~27λ + or al,0xe0 ; ����7��4λΪ1110,��ʾlbaģʽ + mov dx,0x1f6 + out dx,al + +;��3������0x1f7�˿�д������0x20 + mov dx,0x1f7 + mov al,0x20 + out dx,al + +;��4�������Ӳ��״̬ + .not_ready: + ;ͬһ�˿ڣ�дʱ��ʾд�������֣���ʱ��ʾ����Ӳ��״̬ + nop + in al,dx + and al,0x88 ;��4λΪ1��ʾӲ�̿�������׼�������ݴ��䣬��7λΪ1��ʾӲ��æ + cmp al,0x08 + jnz .not_ready ;��δ׼���ã������ȡ� + +;��5������0x1f0�˿ڶ����� + mov ax, di + mov dx, 256 + mul dx + mov cx, ax ; diΪҪ��ȡ����������һ��������512�ֽڣ�ÿ�ζ���һ���֣� + ; ����di*512/2�Σ�����di*256 + mov dx, 0x1f0 + .go_on_read: + in ax,dx + mov [bx],ax + add bx,2 + loop .go_on_read + ret + + times 510-($-$$) db 0 + db 0x55,0xaa diff --git a/c7/improve/build.sh b/c7/improve/build.sh new file mode 100755 index 0000000..bf2d5b6 --- /dev/null +++ b/c7/improve/build.sh @@ -0,0 +1,33 @@ +#!/bin/sh + +# echo "Creating disk.img..." +# bximage -mode=create -hd=10M -q disk.img +rm -rf build +echo "Mkdir build..." +mkdir build + +# 构建一个 build 目录用于放各种生成文件 +echo "Compiling..." +nasm -I include/ -o build/mbr.bin boot/mbr.S +nasm -I include/ -o build/loader.bin boot/loader.S +# 编译 print.S 和 kernel.S +nasm -f elf -o build/print.o lib/kernel/print.S +nasm -f elf -o build/kernel.o kernel/kernel.S +# 编译 main.c interrupt.c init.c +gcc -I lib/ -I kernel/ -m32 -c -fno-builtin -o build/main.o kernel/main.c +gcc -I lib/ -I kernel/ -m32 -c -fno-builtin -o build/interrupt.o kernel/interrupt.c +gcc -I lib/ -I kernel/ -m32 -c -fno-builtin -o build/init.o kernel/init.c +#链接 +ld -m elf_i386 -Ttext 0xc0001500 -e main -o build/kernel.bin build/main.o build/init.o build/interrupt.o build/print.o build/kernel.o + +echo "Writing mbr, loader and kernel to disk..." +dd if=build/mbr.bin of=/home/husharp/bochs_hu/bochs/hd60M.img bs=512 count=1 conv=notrunc +dd if=build/loader.bin of=/home/husharp/bochs_hu/bochs/hd60M.img bs=512 count=4 seek=2 conv=notrunc +dd if=build/kernel.bin of=/home/husharp/bochs_hu/bochs/hd60M.img bs=512 count=200 seek=9 conv=notrunc + + +echo "Now start bochs and have fun!" + +cd /home/husharp/bochs_hu/bochs/ +bin/bochs -f bochsrc.disk + diff --git a/c7/improve/build/init.o b/c7/improve/build/init.o new file mode 100644 index 0000000000000000000000000000000000000000..8452215fc75f44c0ee7f9276f82457659f308523 GIT binary patch literal 1376 zcma)5+iDY06y1|a+cfrO5qxOH2#QtdF~zDu6nabY653+h$1)`8*n~D0Cnr#~c#DEk z1iwT4i|B(NBKXi3-ve>2$s96-f?aTCU(Pyf_Sv)NO*)scEK3Y5v85l0#O&VAqHpG8 zQYQTU5yU&6e{Z!;qklTxZuea~f=ugl>`RNxO+VTCG3DE@C%c_r?Q*rOo&4cpqM`Gi zz8060+3Rh|uC6{x%Bz+FC;Ct@EXE8|0JEqniG8!VA2q?fn{AUqS{dq?GOH%zjH_v^zRP_bpG zzX{Kl;enVP>%*4OegMyw_&^*Rh%GT0-f=o@|* zah#*n1GVpJr(Se)saZWxg(GpYxs8?OoU@V1Y^ArI?d6qR+L3xwI}Pngc~3jkfi~-l zj0q-0Bt9;38FmzHxdIzS@&@f>?|Vhi&Najlwn;T!RCK-otG%8r8P9VMm3EJ`sJ*<- ziz+l4qP$u!;D$Q8XjQCLDsC0$sx|GZ?E20;#;$mP!%%cf&NDAxaYgNWwPqb9oENV^ z4ELS?1@Db(`-`*1brp;AWTxOTe1A4!2{UUm@Hq)fSVRtenS-SsCyrXwXYY6>_#Nc{ zei%mY4wB^mkCz08XZQ|+df|H+y%h5FhXdjo%PL+~e8}Y><|3 z#tE#^dmiviecusphPbAN3UcB8X&jhBj{V~wW%@^5qXkzwd?1N2l?zzp@f@{G@8C)Y WoOL<@OnvNCnD+tV?+ppo@csdxQ;#$N literal 0 HcmV?d00001 diff --git a/c7/improve/build/interrupt.o b/c7/improve/build/interrupt.o new file mode 100644 index 0000000000000000000000000000000000000000..10fad9d64485e23c187c0ab0fb65921b48214483 GIT binary patch literal 4320 zcma)q!EImTBvlbQ*c0ZW>8c>tv zKbNliH@0_ncIru2N%||%rm1prdnvlr`~vEW$?d1^x2i-Qx65F%S5I!i;>)?#)=-~YhW^d4hhc-qe z?f@N!p zvCy7wRQb5(sb&O22ZUOrWG%XdLD;qS$_mNK$ky`tr?3~wt&h1h$6$h{6x~ATTm0-B zj%|40??OZN->q_WxqyA-Yn>{0kbfxQZ^2n;EFTVO=tUYvyT(0vlmwG)PiSFrz1PSBb8 z+-H&OR@aU(o;gS_5`C-tC9!}*=uus;jc@#CXJ_M!H}H5IN7C8RKY>4MzHl+{@_L~B zdii4c*ZXdxATE_JpS!}!YvtnA@|oW^dnT@m0Z+OIT&YCgGVZRYDeZa@#j>$^@=Myp zDm0w)xm-%i6>>IDn+4-gBdKy}TT2`ByY;z(%@>T6ZCb~8*CHzxW(wx10&9yzc_g=x zOB+0DS*8U=m`9AsVunW-Q^uT~GYf2VWRMRQY{RmOb2e)W$9dQ?^qD!627S-1Z7jye z77S}DZ=Q0g5ocTY1P_lTMNn>sGiA)rn-)(PnOOr-Q=C>2??0ZX zPCK4R?3y!P^`=SVmNAc>tPNfXTTjj0G!Nc$AkGJjf??@-_?tHJjr_R>jmLOg&lsJx zF{1BCj4$>c<*|5@$MU9b=L(t5xRYXMW%~MgUp|*9h!^P38VJFaqLF?+qNlRCg3(!P zV{M<0@xGlRU!9P#dmnM(t3E64fOXPLc80yQY@4{yW)$LO^=~?Y_LT2qSy@NVY$JnmKoy>b+lE z?Yq>sCfoxsx6)WBcwJFQ*HxpFrmB!;!9Mm6`i53Z9ez8wOC76sBdmMaKB=L+dZ9TW z*^hxeu)9kgyN$gc3bh90|6%YtD&?EF6H?`u_&8YQk~j`lc_Vh0I_7sHtPM51w}zW) zxUq)a*d4L=Q5<$$+={YU{M_5WE7|Eh-H ztl>X`)&4ku2^0oizTAt+IU}hII2-3 zmR8Vb4Ka^Rx9zR^PcE{#qOHx_meT__q;*3N17hkb=hgI2oneT;Pz-^tif$-jhbfYWaveIH=#uVjb+b!oo`TY&tJLsI`C z$c_&(_5fr94%)*c(f=_>>i;w(`F|IZ{9lsxOVa)($-5Z)6G>b+|AwUbb|A@rKh~_{ z4#w_)Y(VA2I5bCyG0(k{!;q|zaUwYoRwUVd`j{e$&W~WT=J8WzbW~GN`yuBndl6%Z_61~GN;==f&q{ek%1tRb ztt&3a9+LE*D>#387MmE-wj7yNEz8IUZDY}9!L)AcEI2to&w`fe02zX}K4zlRt!y|# z!IU{mUv(BN;73DnU^Lk&4hROuY(`d_vgjlRGnQGLLwNshc?ym#F6SP!>DHxJ#5NY+ z9;B1i`q8&n`C&P#esupMMb$4w1nqwz_o|SM3XY7p%|iqz0bJ!Fwu2@m0t*c^vzO*%SIO@sWFu(S-y35|2OZ{^VBYU6y_-^mX`!R8X*~Sj%YBS2Ki4 zC5}COA0*|O?ojfhyir#*7MhGh`3{uLXsdk?K%2%=IYyHO@QK}_hAb)s+EZ@7^O*PB J$_Y~W{TGk5oVox2 literal 0 HcmV?d00001 diff --git a/c7/improve/build/kernel.o b/c7/improve/build/kernel.o new file mode 100644 index 0000000000000000000000000000000000000000..32eebd5a18a311b1fa92289f8b7fe8d82c8456db GIT binary patch literal 3232 zcmbVOO>9(E7`^it`bW!5vA0yH?P!W(g5$heYeiy4BLq!D2oQs&kq*olTF0gtUd&)L z3{hFIAjA-(F(kkOe-@@8XyQU*h;do5an{tyzkPv)4TFZ&YbVO zbKjkQoj2#sq0Qr45{ZPel~BvnqEad^#z>vlt2X%mr?@9!@2)|--LO$o`c_%jB03!? zb<*C1YiYUO1#Y;k=9VkIqhol1Q?IhUC~HJ_PQMsxAPrDh{xG$&g4y4eVf=D%a%qh@27(VaAoH5*Bz`GH)k z7-O2fLoe`n?M4sLo4>X6Z|N|4J-zQd-U_2P z(EH5ebsC+c_pZn5GMZnsYp;2{l}3-zd(q>ijNU}=NspH{I#2IDkJoMVGxS`Z~dVl@9boPFuXX*Xo@$NA?qW1;7n zLmn?NGFS>)T#w@y0D$7cC_0_z4Ng+1wR8n29 zzlFWvo&?OtK#js=X2lgKK0eH^xB|5UO1?nuCt5#zF^XQq6aRurk8fK-{KcQi6T73l#Gt}xo&@fM}zKMp}YBjT+ zIcs$IrD(wbj$m%xo)cEzfL=T^0@ZCTa2iRMGo|vwF=cnEsbaJTPj0!Sre>nbo)TUTIv1)_QQgW_bGf=}Rp_W;M?K=G z5l21hs8L5f=BP18J?^N2qxL##pQDP7Dmm)qMin~qh0c7TGhgV;7drEW&U~RWU+Byi zI`f6je4#U6=*$;7^M%fQp)+6T%r`9a+2_G>0?$_xg3KQa5c9uXcB-XxqCW{z<^k390Y@OI%{!n=hhgeQfI!aP!Ve_41|I1;W3GxxZz zCJd_Ay?9OFhv`P)ox=6~aQz+8r-i=~z9jsQa5uiE+~*s_+S6j8U)KUvH~- literal 0 HcmV?d00001 diff --git a/c7/improve/build/loader.bin b/c7/improve/build/loader.bin new file mode 100644 index 0000000000000000000000000000000000000000..4d87964e24bab684927d92d726def67fa3c95f9d GIT binary patch literal 1396 zcmeHHziSgw9RI#1X)d{|cSBMgS{h0n6dle@+C>Uoq)-t-2iI?RYsNytf#h)zB$Iob zoRliuT}!>@O1Taau^@pi^{8@fHH0=z3YMPVmlW#cA5gsE`|Eu^@B52)0R1nDNWZE> zPgm-Y1SrTA_x$v~y37+814v!w{{Gb)>f7kd-J5;*F)gE&3jxs15aCny*&SAo2G3+P zenWoOyh7G;TBdXT3(lJ{oR3XQXm}aCTU(4FuLXMtk1ZAoq7CuxH(U!eye{4orfOKM z0ce2yE9x$9pbfwP3B)##A0CXoFA;CD55Hjl#Ty2Bx1tREsHki>E~_~g4WFswF79tC z01~v((xBWZyXDU-Vw-4PgK}tzy)Fa2X4@w#yunDkAxmY6IQ3$V4w5Y1AEA(2ObDlE ztqW<1iq-K3B^x5YK-pB56}0^+3P=#9DZB!$l)LvK39jzy+xjL=$IRZOjOOSF$)YE+ zqd9boRACaHUyT+tb2^?7;kjr*3MIP4SXbCqu;ZOR;@=;bi;|gF%vtT|^^>QbO+~;e zVPNBhCnCYA z1U@6kDvJ>=zBJRjI5_q=t)`C7AuIV!-a_YyHQz~FAv$f=6zW*0302uar^A})blKZn h^X1Qp(v*}xL4JY`Fzg1%*U)J({DnMbcmqMl`vWZ_4qF1>-OW8&(A zBKuGLFXo@3An1cWJFMs2#AN;6a}OypusExNNE1fnt(i{ zVNvYQV|<|JVw2B5raMQ?_g}Uie?6K`r*95b+?jk&9ZcxNBaxhZ$_V`R?f3nxX=i(u z>sb8@N%*jmJB0ei#_epr+43CjWpA?UtXR0_iD-3iwZw{Rm;Ef9B}Fvl|P)zr|6^YA{7;Lla zu(kj&jB)7(+qSqdY#Y4eIX%`IgHhKv*UP%GS*vYT8%CqNu2&5hdfXUs7rIWD8)muGLX0f}6bRD*Swt0Ed5@4<#6~Y{ZnhA)>tjcHuGMGU8gpRJ zOl|^ejYh!SfgjKYJGp4q9@w_!;5lc&EmnWnER49>?%`onv^vIf*R(BQ+wQ;{VhR6i zuaI~qM5gaR-vqBM7EJ^#x;xF1oPay%i`hgZlXJF=K25=0Tx2@-C67pYG;O3s`qV=@ z6a0=4ty$__4fy}!6$3qb2N~(%C;DqruY?)$;{kCG{qWRFUL)Xmwe$Lz=9?#zeS(91mnLNByI}N%oI)r53t=F_@(P=M*mD(K*tR Yy+cpSBHg?AI)sC3wHl>X@a iv5SH6`=ic-yFM_!?PPC0%=GBTVW9D&fPxSRT?GJ}(N%c> literal 0 HcmV?d00001 diff --git a/c7/improve/build/print.o b/c7/improve/build/print.o new file mode 100644 index 0000000000000000000000000000000000000000..d76cd8774209cd7de7f37b90a4a973dac454fd3b GIT binary patch literal 1792 zcmbVMUuaWT7(cnKrv8l&PKAxxL6{C9O@~uqV@zUN#9~@olriD-COM}Kz2=5{PliIl zjQg;ph3##7RlzqO^l8>Yb&c#F2y;5*p*OxcbYrO+_x35siwc@0CZD>ZjwsCrLOcoc}B7KFPHufquJ z9va;NAa&$A(yRLdTw$Xl{ol`?jBlLTP-zjdaik%|oSWUL=A#cks*m%lJIH4Ze(i48 z<;{=zwV%6wtKM``%tO3ZpB;+FE3Hl9y-I7n*k5V&2(7t|AK|xuVH4j(dwEK_D8Joo zj=Q;PEKKnf|Ky(^qtgSt|0iBs;tRusKYzyGy2G9Nuvgmi@7xU>#KO7C26CO?^T)+` z5+h`87>zRiZC7v9scXxB^7%?s>9hJ58bsG#pVg(udVRe1>ufq+Tf8psbWR@1JO*)= zW6s~}&aQD5lg+ix!}ZSM!Rpp`Gha8lYm3XvgHF3g#AZI1%)v@4DSpp1wJXVy#{C!V zHqL3#D}goL)axK6^19GTLa@_GJDfj^J0|lP|mKvU+U&Jv5Pa}Rs!83?^ z6?`7?8w&mk@tX?%0r5KuUP8QI!S4r4!*9X<^YE|xIf*miHWf^aLbh*;Sw&{_m8?Qh zBu2^DVLEtdj2s&tN|Mp^P&zf1IYy5kK9tUoQdv-tXtvBbvs{Q57Wl-3X%;&G1!{im zvvQNVN0ULKVAHIgo3cxKj=6j{E5%JQsmzc>qflg&GnNmD$mVp*D(Dl8T1=EJZ_z+{ zRgJRZ%DElIl@-f03~J{r#uT}nVTbG5Owe4}vQ1?xvT3<6&6`DUFE}4}iagBzeOcXR zdAc`S5T20CqW^<$4|GVjFs;tigvIpy87fTbUPnlpDwL37yl|Q(JJ|`7nnh}()=BZQ iVT1(P9@BG^v{-h3CNFUJ5&SXl#ygNc<$M20kpBQayM!tL literal 0 HcmV?d00001 diff --git a/c7/improve/include/boot.inc b/c7/improve/include/boot.inc new file mode 100755 index 0000000..6723479 --- /dev/null +++ b/c7/improve/include/boot.inc @@ -0,0 +1,56 @@ +;------------- loader和kernel ---------- + +LOADER_BASE_ADDR equ 0x900 +LOADER_STACK_TOP equ LOADER_BASE_ADDR +LOADER_START_SECTOR equ 0x2 + +KERNEL_BIN_BASE_ADDR equ 0x70000 +KERNEL_START_SECTOR equ 0x9 +KERNEL_ENTRY_POINT equ 0xc0001500 + +;------------- 页表配置 ---------------- +PAGE_DIR_TABLE_POS equ 0x100000 + +;-------------- gdt描述符属性 ----------- +DESC_G_4K equ 1_00000000000000000000000b +DESC_D_32 equ 1_0000000000000000000000b +DESC_L equ 0_000000000000000000000b ; 64位代码标记，此处标记为0便可。 +DESC_AVL equ 0_00000000000000000000b ; cpu不用此位，暂置为0 +DESC_LIMIT_CODE2 equ 1111_0000000000000000b +DESC_LIMIT_DATA2 equ DESC_LIMIT_CODE2 +DESC_LIMIT_VIDEO2 equ 0000_000000000000000b +DESC_P equ 1_000000000000000b +DESC_DPL_0 equ 00_0000000000000b +DESC_DPL_1 equ 01_0000000000000b +DESC_DPL_2 equ 10_0000000000000b +DESC_DPL_3 equ 11_0000000000000b +DESC_S_CODE equ 1_000000000000b +DESC_S_DATA equ DESC_S_CODE +DESC_S_sys equ 0_000000000000b +DESC_TYPE_CODE equ 1000_00000000b ;x=1,c=0,r=0,a=0 代码段是可执行的,非依从的,不可读的,已访问位a清0. +DESC_TYPE_DATA equ 0010_00000000b ;x=0,e=0,w=1,a=0 数据段是不可执行的,向上扩展的,可写的,已访问位a清0. + +DESC_CODE_HIGH4 equ (0x00 << 24) + DESC_G_4K + DESC_D_32 + DESC_L + DESC_AVL + DESC_LIMIT_CODE2 + DESC_P + DESC_DPL_0 + DESC_S_CODE + DESC_TYPE_CODE + 0x00 +DESC_DATA_HIGH4 equ (0x00 << 24) + DESC_G_4K + DESC_D_32 + DESC_L + DESC_AVL + DESC_LIMIT_DATA2 + DESC_P + DESC_DPL_0 + DESC_S_DATA + DESC_TYPE_DATA + 0x00 +DESC_VIDEO_HIGH4 equ (0x00 << 24) + DESC_G_4K + DESC_D_32 + DESC_L + DESC_AVL + DESC_LIMIT_VIDEO2 + DESC_P + DESC_DPL_0 + DESC_S_DATA + DESC_TYPE_DATA + 0x0b + +;-------------- 选择子属性 --------------- +RPL0 equ 00b +RPL1 equ 01b +RPL2 equ 10b +RPL3 equ 11b +TI_GDT equ 000b +TI_LDT equ 100b + + +;---------------- 页表相关属性 -------------- +PG_P equ 1b +PG_RW_R equ 00b +PG_RW_W equ 10b +PG_US_S equ 000b +PG_US_U equ 100b + + +;------------- program type 定义 -------------- +PT_NULL equ 0 + diff --git a/c7/improve/kernel/global.h b/c7/improve/kernel/global.h new file mode 100755 index 0000000..73ef849 --- /dev/null +++ b/c7/improve/kernel/global.h @@ -0,0 +1,34 @@ +#ifndef _KERNEL_GLOBAL_H +#define _KERNEL_GLOBAL_H + +#include "stdint.h" + +# define RPL0 0 +# define RPL1 1 +# define RPL2 2 +# define RPL3 3 + +# define TI_GDT 0 +# define TI_LDT 1 + + +# define SELECTOR_K_CODE ((1 << 3) + (TI_GDT << 2) + RPL0) // 指向内核代码段的选择子 +# define SELECTOR_K_DATA ((2 << 3) + (TI_GDT << 2) + RPL0) +# define SELECTOR_K_STACK SELECTOR_K_DATA +# define SELECTOR_K_GS ((3 << 3) + (TI_GDT << 2) + RPL0) + +/* IDT描述符属性 */ +# define IDT_DESC_P 1 +# define IDT_DESC_DPL0 0 +# define IDT_DESC_DPL3 3 +// S 都为 0 +# define IDT_DESC_32_TYPE 0xE // 32 位的门 +# define IDT_DESC_16_TYPE 0x6 // 16 位的门 + +# define IDT_DESC_ATTR_DPL0 \ + ((IDT_DESC_P << 7) + (IDT_DESC_DPL0 << 5) + IDT_DESC_32_TYPE) + +# define IDT_DESC_ATTR_DPL3 \ + ((IDT_DESC_P << 7) + (IDT_DESC_DPL3 << 5) + IDT_DESC_32_TYPE) + +#endif \ No newline at end of file diff --git a/c7/improve/kernel/init.c b/c7/improve/kernel/init.c new file mode 100755 index 0000000..519ea91 --- /dev/null +++ b/c7/improve/kernel/init.c @@ -0,0 +1,9 @@ +#include "init.h" +#include "kernel/print.h" +#include "interrupt.h" + +/*负责初始化所有模块 */ +void init_all() { + put_str("init_all start!\n"); + idt_init(); +} \ No newline at end of file diff --git a/c7/improve/kernel/init.h b/c7/improve/kernel/init.h new file mode 100755 index 0000000..bf575c9 --- /dev/null +++ b/c7/improve/kernel/init.h @@ -0,0 +1,4 @@ +#ifndef __KERNEL_INIT_H +#define __KERNEL_INIT_H +void init_all(void); +#endif diff --git a/c7/improve/kernel/interrupt.c b/c7/improve/kernel/interrupt.c new file mode 100755 index 0000000..89209fe --- /dev/null +++ b/c7/improve/kernel/interrupt.c @@ -0,0 +1,135 @@ +# include "stdint.h" +# include "global.h" +# include "io.h" +# include "interrupt.h" + +#define IDT_DESC_CNT 0x21 // 现在支持的中断数 33 + +// 这里用的可编程中断控制器是8259A +#define PIC_M_CTRL 0x20 // 主片的控制端口是0x20 +#define PIC_M_DATA 0x21 // 主片的数据端口是0x21 +#define PIC_S_CTRL 0xa0 // 从片的控制端口是0xa0 +#define PIC_S_DATA 0xa1 // 从片的数据端口是0xa1 + +// 中断门描述符结构体 +struct gate_desc{ + uint16_t func_offset_low_word; + uint16_t selector; + uint8_t dcount; // 表示双字计数段门描述符的第 4 字节，为固定值 + + uint8_t attribute; + uint16_t func_offset_high_word; +}; + +// 创建中断门描述符函数，参数：指针、属性、描述符对应的中断函数 +static void make_idt_desc(struct gate_desc* p_gdesc, uint8_t attr, intr_handler function); +static struct gate_desc idt[IDT_DESC_CNT]; // 中断描述符数组 + +/** + * 中断的名称. + */ +char* intr_name[IDT_DESC_CNT]; // 用于保存异常名字的数组 +// 中断处理程序数组.在kernel.S中定义的intrXXentry只是中断处理程序的入口, +// 最终调用的是ide_table中的处理程序 +intr_handler idt_table[IDT_DESC_CNT]; +// 声明引用定义在kernel.S中的中断处理函数入口数组 +extern intr_handler intr_entry_table[IDT_DESC_CNT]; + +/* 初始化可编程中断控制器8259A */ +static void pic_init(void) { + // 初始化主片 + outb(PIC_M_CTRL, 0x11); // ICW1：边沿触发， 级联8259， 需要 ICW4 + outb(PIC_M_DATA, 0x20); // ICW2: 起始中断向量号为 0x20, 也就是IR[0-7] 为 0x20 ~ 0x27. + outb(PIC_M_DATA, 0x04); // ICW3: IR2 接从片 + outb(PIC_M_DATA, 0x01); // ICW4: 8086模式， 正常EOI + + /* 初始化从片 */ + outb(PIC_S_CTRL, 0x11); // ICW1: 边沿触发,级联8259, 需要ICW4. + outb(PIC_S_DATA, 0x28); // ICW2: 起始中断向量号为0x28,也就是IR[8-15] 为 0x28 ~ 0x2F. + outb(PIC_S_DATA, 0x02); // ICW3: 设置从片连接到主片的IR2引脚 + outb(PIC_S_DATA, 0x01); // ICW4: 8086 模式，正常 EOI + + // 打开主片上 IR0 ，也就是目前只接受时钟中断 + outb(PIC_M_DATA, 0xfe); + outb(PIC_S_DATA, 0xff); + + put_str(" pic_init done!\n"); +} + + +/** + * 创建中断门描述符. + */ +static void make_idt_desc(struct gate_desc* p_gdesc, uint8_t attr, intr_handler function) { + p_gdesc->func_offset_low_word = (uint32_t) function & 0x0000FFFF; + p_gdesc->selector = SELECTOR_K_CODE; + p_gdesc->dcount = 0; + p_gdesc->attribute = attr; + p_gdesc->func_offset_high_word = ((uint32_t) function & 0xFFFF0000) >> 16; +} + +/** + * 初始化中断描述符表. + */ +static void idt_desc_init(void) { + int i; + for (i = 0; i < IDT_DESC_CNT; i++){ + make_idt_desc(&idt[i], IDT_DESC_ATTR_DPL0, intr_entry_table[i]); + } + put_str(" idt_desc_init done!\n"); +} + +/* 通用的中断处理函数,一般用在异常出现时的处理 */ +static void general_intr_handler(uint8_t vec_nr) { + if(vec_nr == 0x27 || vec_nr == 0x2f) { + return; + } + put_str("int vector: 0x"); + put_int(vec_nr); + put_char('\n'); +} + +/* 完成一般中断处理函数注册及异常名称注册 */ +static void exception_init(void) { // 完成一般中断处理函数注册及异常名称注册 + int i; + for (i = 0; i < IDT_DESC_CNT; i++){ + // 默认为general_intr_handler。 + // 以后会由register_handler来注册具体处理函数。 + idt_table[i] = general_intr_handler; + intr_name[i] = "unknown"; // 先统一赋值为unknown + } + intr_name[0] = "#DE Divide Error"; + intr_name[1] = "#DB Debug Exception"; + intr_name[2] = "NMI Interrupt"; + intr_name[3] = "#BP Breakpoint Exception"; + intr_name[4] = "#OF Overflow Exception"; + intr_name[5] = "#BR BOUND Range Exceeded Exception"; + intr_name[6] = "#UD Invalid Opcode Exception"; + intr_name[7] = "#NM Device Not Available Exception"; + intr_name[8] = "#DF Double Fault Exception"; + intr_name[9] = "Coprocessor Segment Overrun"; + intr_name[10] = "#TS Invalid TSS Exception"; + intr_name[11] = "#NP Segment Not Present"; + intr_name[12] = "#SS Stack Fault Exception"; + intr_name[13] = "#GP General Protection Exception"; + intr_name[14] = "#PF Page-Fault Exception"; + // intr_name[15] 第15项是intel保留项，未使用 + intr_name[16] = "#MF x87 FPU Floating-Point Error"; + intr_name[17] = "#AC Alignment Check Exception"; + intr_name[18] = "#MC Machine-Check Exception"; + intr_name[19] = "#XF SIMD Floating-Point Exception"; +} +/*完成有关中断的所有初始化工作*/ +void idt_init() { + put_str("idt_init start!\n"); + idt_desc_init(); // 初始化中断描述符表 + exception_init(); + pic_init(); // 初始化 8259A + + // 加载 idt + // 尽管 LDTR 为 48位，我们没有 48 位变量，但是，可以采用 64 位，提取前 48 位即可 + // 指针只能转换为 对应长度 整型，因此需要先转换为 32 位 + uint64_t idt_operand = ((sizeof(idt) - 1) | ((uint64_t)(uint32_t)idt << 16)); + asm volatile("lidt %0" : : "m"(idt_operand));// m 表示 内存约束，实则是将idt_operand 地址传给 lidt + put_str("idt_init done!\n"); +} \ No newline at end of file diff --git a/c7/improve/kernel/interrupt.h b/c7/improve/kernel/interrupt.h new file mode 100755 index 0000000..3400b81 --- /dev/null +++ b/c7/improve/kernel/interrupt.h @@ -0,0 +1 @@ +typedef void* intr_handler; \ No newline at end of file diff --git a/c7/improve/kernel/io.h b/c7/improve/kernel/io.h new file mode 100755 index 0000000..7a30b8f --- /dev/null +++ b/c7/improve/kernel/io.h @@ -0,0 +1,49 @@ +/************** 机器模式 *************** + b -- 输出寄存器QImode名称,即寄存器中的最低8位:[a-d]l。 + w -- 输出寄存器HImode名称,即寄存器中2个字节的部分,如[a-d]x。 + + HImode + “Half-Integer”模式，表示一个两字节的整数。 + QImode + “Quarter-Integer”模式，表示一个一字节的整数。 +*******************************************/ +#ifndef _LIB_IO_H +# define _LIB_IO_H + +#include "stdint.h" + +/** + * 向指定的端口写入一个字节的数据. + * port 为 16 位即可容纳 65535 所有端口号 + * N 为立即数约束 + */ +static inline void outb(uint16_t port, uint8_t data) { + asm volatile("outb %b0, %w1" : : "a"(data), "Nd"(port)); +} +/* + * 将addr处起始的word_cnt个字写入端口port + * insw是将从端口port处读入的16位内容写入es:edi指向的内存, + * 我们在设置段描述符时, 已经将ds,es,ss段的选择子都设置为相同的值了, + * 此时不用担心数据错乱。 + */ +static inline void outsw(uint16_t port, const void* addr, uint32_t word_cnt) { + asm volatile("cld; rep outsw" : "+S"(addr), "+c"(word_cnt) : "d"(port)); +} + +/** + * 将从端口port读入的一个字节返回. + */ +static inline uint8_t inb(uint16_t port) { + uint8_t data; + asm volatile("inb %w1, %b0" : "=a"(data) : "Nd"(port)); + return data; +} + +/** + * 将从port读取的word_cnt字节写入addr. + */ +static inline void insw(uint16_t port, void* addr, uint32_t word_cnt) { + asm volatile("cld; rep insw" : "+D"(addr), "+c"(word_cnt) : "d"(port) : "memory"); +} + +#endif \ No newline at end of file diff --git a/c7/improve/kernel/kernel.S b/c7/improve/kernel/kernel.S new file mode 100755 index 0000000..e5010ca --- /dev/null +++ b/c7/improve/kernel/kernel.S @@ -0,0 +1,90 @@ +[bits 32] +; 对于CPU会自动压入错误码的中断类型，无需额外的操作 +%define ERROR_CODE nop +; 如果CPU没有压入错误码，为了保持处理逻辑的一致性，我们需要手动压入一个0 +%define ZERO push 0 + +# 调用 interrupt 中的函数来中断处理 +# extern put_str ; 声明外部函数 +extern idt_table ; idt_table 是 C 中注册的中断处理程序数组 + +section .data +global intr_entry_table +intr_entry_table: + +; 中断处理程序宏定义 +; 接受两个参数 +%macro VECTOR 2 +section .text +intr%1entry: ; %1 表示中断向量号，用于确定中断位置 + %2 ; 需要首先进行压入操作 nop / push 0 + + ; 保护上下文 + push ds + push es + push fs + push gs +; PUSHAD指令压入32位寄存器,其入栈顺序是: EAX,ECX,EDX,EBX,ESP,EBP,ESI,EDI + pushad + + ; 如果是从片上进入的中断,除了往从片上发送EOI外,还要往主片上发送EOI + mov al, 0x20 ; 中断结束命令 EOI + out 0xa0, al ; 向从片发送 + out 0x20, al ; 向主片发送 + +; 不管idt_table中的目标程序是否需要参数,都一律压入中断向量号,调试时很方便 + push %1 ; 向量号 + call [idt_table + %1*4] ; 调用 idt_table 中的中断处理函数 + jmp intr_exit + +section .data + dd intr%1entry + +%endmacro + +section .text +global intr_exit +intr_exit: +; 以下是恢复上下文环境 + add esp, 4 ; 跳过中断号 + popad + pop gs + pop fs + pop es + pop ds + add esp, 4 ; 跳过error_code + iretd + +VECTOR 0x00, ZERO +VECTOR 0x01, ZERO +VECTOR 0x02, ZERO +VECTOR 0x03, ZERO +VECTOR 0x04, ZERO +VECTOR 0x05, ZERO +VECTOR 0x06, ZERO +VECTOR 0x07, ZERO +VECTOR 0x08, ZERO +VECTOR 0x09, ZERO +VECTOR 0x0a, ZERO +VECTOR 0x0b, ZERO +VECTOR 0x0c, ZERO +VECTOR 0x0d, ZERO +VECTOR 0x0e, ZERO +VECTOR 0x0f, ZERO +VECTOR 0x10, ZERO +VECTOR 0x11, ZERO +VECTOR 0x12, ZERO +VECTOR 0x13, ZERO +VECTOR 0x14, ZERO +VECTOR 0x15, ZERO +VECTOR 0x16, ZERO +VECTOR 0x17, ZERO +VECTOR 0x18, ZERO +VECTOR 0x19, ZERO +VECTOR 0x1a, ZERO +VECTOR 0x1b, ZERO +VECTOR 0x1c, ZERO +VECTOR 0x1d, ZERO +VECTOR 0x1e, ERROR_CODE +VECTOR 0x1f, ZERO +VECTOR 0x20, ZERO \ No newline at end of file diff --git a/c7/improve/kernel/main.c b/c7/improve/kernel/main.c new file mode 100755 index 0000000..98aa677 --- /dev/null +++ b/c7/improve/kernel/main.c @@ -0,0 +1,9 @@ +#include "kernel/print.h" +#include "init.h" + +void main(void) { + put_str("I am kernel!\n"); + init_all(); + asm volatile("sti"); // 打开中断 即将 EFLAGS 的 IF置为 1 + while(1); +} \ No newline at end of file diff --git a/c7/improve/lib/kernel/print.S b/c7/improve/lib/kernel/print.S new file mode 100755 index 0000000..52b9246 --- /dev/null +++ b/c7/improve/lib/kernel/print.S @@ -0,0 +1,217 @@ +TI_GDT equ 0 +RPL0 equ 0 +SELECTOR_VIDEO equ (0x0003<<3) + TI_GDT + RPL0 + +section .data +put_int_buffer dq 0 ; 定义8字节缓冲区用于数字到字符的转换 + +[bits 32] +section .text +;-------------------------------------------- +;put_str 通过put_char来打印以0字符结尾的字符串 +;-------------------------------------------- +;输入：栈中参数为打印的字符串 +;输出：无 + +global put_str +put_str: +;由于本函数中只用到了ebx和ecx,只备份这两个寄存器 + push ebx + push ecx + xor ecx, ecx ; 准备用ecx存储参数,清空 + mov ebx, [esp + 12] ; 从栈中得到待打印的字符串地址 +.goon: + mov cl, [ebx] + cmp cl, 0 ; 如果处理到了字符串尾,跳到结束处返回 + jz .str_over + push ecx ; 为put_char函数传递参数 + call put_char + add esp, 4 ; 回收参数所占的栈空间 + inc ebx ; 使ebx指向下一个字符 + jmp .goon +.str_over: + pop ecx + pop ebx + ret + +;------------------------ put_char ----------------------------- +;功能描述:把栈中的1个字符写入光标所在处 +;------------------------------------------------------------------- +global put_char +put_char: + pushad ;备份32位寄存器环境 + ;需要保证gs中为正确的视频段选择子,为保险起见,每次打印时都为gs赋值 + mov ax, SELECTOR_VIDEO ; 不能直接把立即数送入段寄存器 + mov gs, ax + +;;;;;;;;; 获取当前光标位置 ;;;;;;;;; + ;先获得高8位 + mov dx, 0x03d4 ;索引寄存器 + mov al, 0x0e ;用于提供光标位置的高8位 + out dx, al + mov dx, 0x03d5 ;通过读写数据端口0x3d5来获得或设置光标位置 + in al, dx ;得到了光标位置的高8位 + mov ah, al + + ;再获取低8位 + mov dx, 0x03d4 + mov al, 0x0f + out dx, al + mov dx, 0x03d5 + in al, dx + + ;将光标存入bx + mov bx, ax + ;下面这行是在栈中获取待打印的字符 + mov ecx, [esp + 36] ;pushad压入4×8＝32字节,加上主调函数的返回地址4字节,故esp+36字节 + cmp cl, 0xd ;CR是0x0d,LF是0x0a + jz .is_carriage_return + cmp cl, 0xa + jz .is_line_feed + + cmp cl, 0x8 ;BS(backspace)的asc码是8 + jz .is_backspace + jmp .put_other +;;;;;;;;;;;;;;;;;; + + .is_backspace: +;;;;;;;;;;;; backspace的一点说明 ;;;;;;;;;; +; 当为backspace时,本质上只要将光标移向前一个显存位置即可.后面再输入的字符自然会覆盖此处的字符 +; 但有可能在键入backspace后并不再键入新的字符,这时在光标已经向前移动到待删除的字符位置,但字符还在原处, +; 这就显得好怪异,所以此处添加了空格或空字符0 + dec bx + shl bx,1 + mov byte [gs:bx], 0x20 ;将待删除的字节补为0或空格皆可 + inc bx + mov byte [gs:bx], 0x07 + shr bx,1 + jmp .set_cursor +;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;; + + .put_other: + shl bx, 1 ; 光标位置是用2字节表示,将光标值乘2,表示对应显存中的偏移字节 + mov [gs:bx], cl ; ascii字符本身 + inc bx + mov byte [gs:bx],0x07 ; 字符属性 + shr bx, 1 ; 恢复老的光标值 + inc bx ; 下一个光标值 + cmp bx, 2000 + jl .set_cursor ; 若光标值小于2000,表示未写到显存的最后,则去设置新的光标值 + ; 若超出屏幕字符数大小(2000)则换行处理 + .is_line_feed: ; 是换行符LF(\n) + .is_carriage_return: ; 是回车符CR(\r) + ; 如果是CR(\r),只要把光标移到行首就行了。 + xor dx, dx ; dx是被除数的高16位,清0. + mov ax, bx ; ax是被除数的低16位. + mov si, 80 ; 由于是效仿linux，linux中\n便表示下一行的行首，所以本系统中， + div si ; 把\n和\r都处理为linux中\n的意思，也就是下一行的行首。 + sub bx, dx ; 光标值减去除80的余数便是取整 + ; 以上4行处理\r的代码 + + .is_carriage_return_end: ; 回车符CR处理结束 + add bx, 80 + cmp bx, 2000 + .is_line_feed_end: ; 若是LF(\n),将光标移+80便可。 + jl .set_cursor + +;屏幕行范围是0~24,滚屏的原理是将屏幕的1~24行搬运到0~23行,再将第24行用空格填充 + .roll_screen: ; 若超出屏幕大小，开始滚屏 + cld + mov ecx, 960 ; 一共有2000-80=1920个字符要搬运,共1920*2=3840字节.一次搬4字节,共3840/4=960次 + mov esi, 0xb80a0 ; 第1行行首 + mov edi, 0xb8000 ; 第0行行首 + rep movsd + +;;;;;;;将最后一行填充为空白 + mov ebx, 3840 ; 最后一行首字符的第一个字节偏移= 1920 * 2 + mov ecx, 80 ;一行是80字符(160字节),每次清空1字符(2字节),一行需要移动80次 + .cls: + mov word [gs:ebx], 0x0720 ;0x0720是黑底白字的空格键 + add ebx, 2 + loop .cls + mov bx,1920 ;将光标值重置为1920,最后一行的首字符. + + .set_cursor: + ;将光标设为bx值 +;;;;;;; 1 先设置高8位 ;;;;;;;; + mov dx, 0x03d4 ;索引寄存器 + mov al, 0x0e ;用于提供光标位置的高8位 + out dx, al + mov dx, 0x03d5 ;通过读写数据端口0x3d5来获得或设置光标位置 + mov al, bh + out dx, al + +;;;;;;; 2 再设置低8位 ;;;;;;;;; + mov dx, 0x03d4 + mov al, 0x0f + out dx, al + mov dx, 0x03d5 + mov al, bl + out dx, al + .put_char_done: + popad + ret + +;-------------------- 将小端字节序的数字变成对应的ascii后，倒置 ----------------------- +;输入：栈中参数为待打印的数字 +;输出：在屏幕上打印16进制数字,并不会打印前缀0x,如打印10进制15时，只会直接打印f，不会是0xf +;------------------------------------------------------------------------------------------ +global put_int +put_int: + pushad + mov ebp, esp + mov eax, [ebp+4*9] ; call的返回地址占4字节+pushad的8个4字节 + mov edx, eax + mov edi, 7 ; 指定在put_int_buffer中初始的偏移量 + mov ecx, 8 ; 32位数字中,16进制数字的位数是8个 + mov ebx, put_int_buffer + +;将32位数字按照16进制的形式从低位到高位逐个处理,共处理8个16进制数字 +.16based_4bits: ; 每4位二进制是16进制数字的1位,遍历每一位16进制数字 + and edx, 0x0000000F ; 解析16进制数字的每一位。and与操作后,edx只有低4位有效 + cmp edx, 9 ; 数字0～9和a~f需要分别处理成对应的字符 + jg .is_A2F + add edx, '0' ; ascii码是8位大小。add求和操作后,edx低8位有效。 + jmp .store +.is_A2F: + sub edx, 10 ; A~F 减去10 所得到的差,再加上字符A的ascii码,便是A~F对应的ascii码 + add edx, 'A' + +;将每一位数字转换成对应的字符后,按照类似“大端”的顺序存储到缓冲区put_int_buffer +;高位字符放在低地址,低位字符要放在高地址,这样和大端字节序类似,只不过咱们这里是字符序. +.store: +; 此时dl中应该是数字对应的字符的ascii码 + mov [ebx+edi], dl + dec edi + shr eax, 4 + mov edx, eax + loop .16based_4bits + +;现在put_int_buffer中已全是字符,打印之前, +;把高位连续的字符去掉,比如把字符000123变成123 +.ready_to_print: + inc edi ; 此时edi退减为-1(0xffffffff),加1使其为0 +.skip_prefix_0: + cmp edi,8 ; 若已经比较第9个字符了，表示待打印的字符串为全0 + je .full0 +;找出连续的0字符, edi做为非0的最高位字符的偏移 +.go_on_skip: + mov cl, [put_int_buffer+edi] + inc edi + cmp cl, '0' + je .skip_prefix_0 ; 继续判断下一位字符是否为字符0(不是数字0) + dec edi ;edi在上面的inc操作中指向了下一个字符,若当前字符不为'0',要恢复edi指向当前字符 + jmp .put_each_num + +.full0: + mov cl,'0' ; 输入的数字为全0时，则只打印0 +.put_each_num: + push ecx ; 此时cl中为可打印的字符 + call put_char + add esp, 4 + inc edi ; 使edi指向下一个字符 + mov cl, [put_int_buffer+edi] ; 获取下一个字符到cl寄存器 + cmp edi,8 + jl .put_each_num + popad + ret diff --git a/c7/improve/lib/kernel/print.h b/c7/improve/lib/kernel/print.h new file mode 100755 index 0000000..903039e --- /dev/null +++ b/c7/improve/lib/kernel/print.h @@ -0,0 +1,8 @@ +#ifndef __LIB_KERNEL_PRINT_H +#define __LIB_KERNEL_PRINT_H +#include "stdint.h" +void put_char(uint8_t char_asci); +void put_str(char* message); +void put_int(uint32_t num); // 以16进制打印 +#endif + diff --git a/c7/improve/lib/stdint.h b/c7/improve/lib/stdint.h new file mode 100755 index 0000000..af563e0 --- /dev/null +++ b/c7/improve/lib/stdint.h @@ -0,0 +1,11 @@ +#ifndef __LIB_STDINT_H +#define __LIB_STDINT_H +typedef signed char int8_t; +typedef signed short int int16_t; +typedef signed int int32_t; +typedef signed long long int int64_t; +typedef unsigned char uint8_t; +typedef unsigned short int uint16_t; +typedef unsigned int uint32_t; +typedef unsigned long long int uint64_t; +#endif diff --git a/c7/timer/boot/loader.S b/c7/timer/boot/loader.S new file mode 100755 index 0000000..a9312c9 --- /dev/null +++ b/c7/timer/boot/loader.S @@ -0,0 +1,380 @@ + %include "boot.inc" + section loader vstart=LOADER_BASE_ADDR +;构建gdt及其内部的描述符 + GDT_BASE: dd 0x00000000 + dd 0x00000000 + + CODE_DESC: dd 0x0000FFFF + dd DESC_CODE_HIGH4 + + DATA_STACK_DESC: dd 0x0000FFFF + dd DESC_DATA_HIGH4 + + VIDEO_DESC: dd 0x80000007 ; limit=(0xbffff-0xb8000)/4k=0x7 + dd DESC_VIDEO_HIGH4 ; 此时dpl为0 + + GDT_SIZE equ $ - GDT_BASE + GDT_LIMIT equ GDT_SIZE - 1 + times 60 dq 0 ; 此处预留60个描述符的空位(slot) + SELECTOR_CODE equ (0x0001<<3) + TI_GDT + RPL0 ; 相当于(CODE_DESC - GDT_BASE)/8 + TI_GDT + RPL0 + SELECTOR_DATA equ (0x0002<<3) + TI_GDT + RPL0 ; 同上 + SELECTOR_VIDEO equ (0x0003<<3) + TI_GDT + RPL0 ; 同上 + + ; total_mem_bytes用于保存内存容量,以字节为单位,此位置比较好记。 + ; 当前偏移loader.bin文件头0x200字节,loader.bin的加载地址是0x900, + ; 故total_mem_bytes内存中的地址是0xb00.将来在内核中咱们会引用此地址 + total_mem_bytes dd 0 + ;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;; + + ;以下是定义gdt的指针，前2字节是gdt界限，后4字节是gdt起始地址 + gdt_ptr dw GDT_LIMIT + dd GDT_BASE + + ;人工对齐:total_mem_bytes4字节+gdt_ptr6字节+ards_buf244字节+ards_nr2,共256字节 + ards_buf times 244 db 0 + ards_nr dw 0 ;用于记录ards结构体数量 + + loader_start: + +;------- int 15h eax = 0000E820h ,edx = 534D4150h ('SMAP') 获取内存布局 ------- + + xor ebx, ebx ;第一次调用时，ebx值要为0 + mov edx, 0x534d4150 ;edx只赋值一次，循环体中不会改变 + mov di, ards_buf ;ards结构缓冲区 +.e820_mem_get_loop: ;循环获取每个ARDS内存范围描述结构 + mov eax, 0x0000e820 ;执行int 0x15后,eax值变为0x534d4150,所以每次执行int前都要更新为子功能号。 + mov ecx, 20 ;ARDS地址范围描述符结构大小是20字节 + int 0x15 + jc .e820_failed_so_try_e801 ;若cf位为1则有错误发生，尝试0xe801子功能 + add di, cx ;使di增加20字节指向缓冲区中新的ARDS结构位置 + inc word [ards_nr] ;记录ARDS数量 + cmp ebx, 0 ;若ebx为0且cf不为1,这说明ards全部返回，当前已是最后一个 + jnz .e820_mem_get_loop + +;在所有ards结构中，找出(base_add_low + length_low)的最大值，即内存的容量。 + mov cx, [ards_nr] ;遍历每一个ARDS结构体,循环次数是ARDS的数量 + mov ebx, ards_buf + xor edx, edx ;edx为最大的内存容量,在此先清0 +.find_max_mem_area: ;无须判断type是否为1,最大的内存块一定是可被使用 + mov eax, [ebx] ;base_add_low + add eax, [ebx+8] ;length_low + add ebx, 20 ;指向缓冲区中下一个ARDS结构 + cmp edx, eax ;冒泡排序，找出最大,edx寄存器始终是最大的内存容量 + jge .next_ards + mov edx, eax ;edx为总内存大小 +.next_ards: + loop .find_max_mem_area + jmp .mem_get_ok + +;------ int 15h ax = E801h 获取内存大小,最大支持4G ------ +; 返回后, ax cx 值一样,以KB为单位,bx dx值一样,以64KB为单位 +; 在ax和cx寄存器中为低16M,在bx和dx寄存器中为16MB到4G。 +.e820_failed_so_try_e801: + mov ax,0xe801 + int 0x15 + jc .e801_failed_so_try88 ;若当前e801方法失败,就尝试0x88方法 + +;1 先算出低15M的内存,ax和cx中是以KB为单位的内存数量,将其转换为以byte为单位 + mov cx,0x400 ;cx和ax值一样,cx用做乘数 + mul cx + shl edx,16 + and eax,0x0000FFFF + or edx,eax + add edx, 0x100000 ;ax只是15MB,故要加1MB + mov esi,edx ;先把低15MB的内存容量存入esi寄存器备份 + +;2 再将16MB以上的内存转换为byte为单位,寄存器bx和dx中是以64KB为单位的内存数量 + xor eax,eax + mov ax,bx + mov ecx, 0x10000 ;0x10000十进制为64KB + mul ecx ;32位乘法,默认的被乘数是eax,积为64位,高32位存入edx,低32位存入eax. + add esi,eax ;由于此方法只能测出4G以内的内存,故32位eax足够了,edx肯定为0,只加eax便可 + mov edx,esi ;edx为总内存大小 + jmp .mem_get_ok + +;----------------- int 15h ah = 0x88 获取内存大小,只能获取64M之内 ---------- +.e801_failed_so_try88: + ;int 15后，ax存入的是以kb为单位的内存容量 + mov ah, 0x88 + int 0x15 + jc .error_hlt + and eax,0x0000FFFF + + ;16位乘法，被乘数是ax,积为32位.积的高16位在dx中，积的低16位在ax中 + mov cx, 0x400 ;0x400等于1024,将ax中的内存容量换为以byte为单位 + mul cx + shl edx, 16 ;把dx移到高16位 + or edx, eax ;把积的低16位组合到edx,为32位的积 + add edx,0x100000 ;0x88子功能只会返回1MB以上的内存,故实际内存大小要加上1MB + +.mem_get_ok: + mov [total_mem_bytes], edx ;将内存换为byte单位后存入total_mem_bytes处。 + + +;----------------- 准备进入保护模式 ------------------- +;1 打开A20 +;2 加载gdt +;3 将cr0的pe位置1 + + ;----------------- 打开A20 ---------------- + in al,0x92 + or al,0000_0010B + out 0x92,al + + ;----------------- 加载GDT ---------------- + lgdt [gdt_ptr] + + ;----------------- cr0第0位置1 ---------------- + mov eax, cr0 + or eax, 0x00000001 + mov cr0, eax + + jmp dword SELECTOR_CODE:p_mode_start ; 刷新流水线，避免分支预测的影响,这种cpu优化策略，最怕jmp跳转， + ; 这将导致之前做的预测失效，从而起到了刷新的作用。 +.error_hlt: ;出错则挂起 + hlt + +[bits 32] +p_mode_start: + mov ax, SELECTOR_DATA + mov ds, ax + mov es, ax + mov ss, ax + mov esp,LOADER_STACK_TOP + mov ax, SELECTOR_VIDEO + mov gs, ax + +; ------------------------- 加载kernel ---------------------- + mov eax, KERNEL_START_SECTOR ; kernel.bin所在的扇区号 + mov ebx, KERNEL_BIN_BASE_ADDR ; 从磁盘读出后，写入到ebx指定的地址 + mov ecx, 200 ; 读入的扇区数 + + call rd_disk_m_32 + + ; 创建页目录及页表并初始化页内存位图 + call setup_page + + ;要将描述符表地址及偏移量写入内存gdt_ptr,一会用新地址重新加载 + sgdt [gdt_ptr] ; 存储到原来gdt所有的位置 + + ;将gdt描述符中视频段描述符中的段基址+0xc0000000 + mov ebx, [gdt_ptr + 2] + or dword [ebx + 0x18 + 4], 0xc0000000 ;视频段是第3个段描述符,每个描述符是8字节,故0x18。 + ;段描述符的高4字节的最高位是段基址的31~24位 + + ;将gdt的基址加上0xc0000000使其成为内核所在的高地址 + add dword [gdt_ptr + 2], 0xc0000000 + + add esp, 0xc0000000 ; 将栈指针同样映射到内核地址 + + ; 把页目录地址赋给cr3 + mov eax, PAGE_DIR_TABLE_POS + mov cr3, eax + + ; 打开cr0的pg位(第31位) + mov eax, cr0 + or eax, 0x80000000 + mov cr0, eax + + ;在开启分页后,用gdt新的地址重新加载 + lgdt [gdt_ptr] ; 重新加载 + +;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;; 此时不刷新流水线也没问题 ;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;; +;由于一直处在32位下,原则上不需要强制刷新,经过实际测试没有以下这两句也没问题. +;但以防万一，还是加上啦，免得将来出来莫句奇妙的问题. + jmp SELECTOR_CODE:enter_kernel ;强制刷新流水线,更新gdt +enter_kernel: +;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;; + call kernel_init + mov esp, 0xc009f000 + jmp KERNEL_ENTRY_POINT ; 用地址0x1500访问测试，结果ok + + +;----------------- 将kernel.bin中的segment拷贝到编译的地址 ----------- +kernel_init: + xor eax, eax + xor ebx, ebx ;ebx记录程序头表地址 + xor ecx, ecx ;cx记录程序头表中的program header数量 + xor edx, edx ;dx 记录program header尺寸,即e_phentsize + + mov dx, [KERNEL_BIN_BASE_ADDR + 42] ; 偏移文件42字节处的属性是e_phentsize,表示program header大小 + mov ebx, [KERNEL_BIN_BASE_ADDR + 28] ; 偏移文件开始部分28字节的地方是e_phoff,表示第1 个program header在文件中的偏移量 + ; 其实该值是0x34,不过还是谨慎一点，这里来读取实际值 + add ebx, KERNEL_BIN_BASE_ADDR + mov cx, [KERNEL_BIN_BASE_ADDR + 44] ; 偏移文件开始部分44字节的地方是e_phnum,表示有几个program header +.each_segment: + cmp byte [ebx + 0], PT_NULL ; 若p_type等于 PT_NULL,说明此program header未使用。 + je .PTNULL + + ;为函数memcpy压入参数,参数是从右往左依然压入.函数原型类似于 memcpy(dst,src,size) + push dword [ebx + 16] ; program header中偏移16字节的地方是p_filesz,压入函数memcpy的第三个参数:size + mov eax, [ebx + 4] ; 距程序头偏移量为4字节的位置是p_offset + add eax, KERNEL_BIN_BASE_ADDR ; 加上kernel.bin被加载到的物理地址,eax为该段的物理地址 + push eax ; 压入函数memcpy的第二个参数:源地址 + push dword [ebx + 8] ; 压入函数memcpy的第一个参数:目的地址,偏移程序头8字节的位置是p_vaddr，这就是目的地址 + call mem_cpy ; 调用mem_cpy完成段复制 + add esp,12 ; 清理栈中压入的三个参数 +.PTNULL: + add ebx, edx ; edx为program header大小,即e_phentsize,在此ebx指向下一个program header + loop .each_segment + ret + +;---------- 逐字节拷贝 mem_cpy(dst,src,size) ------------ +;输入:栈中三个参数(dst,src,size) +;输出:无 +;--------------------------------------------------------- +mem_cpy: + cld + push ebp + mov ebp, esp + push ecx ; rep指令用到了ecx，但ecx对于外层段的循环还有用，故先入栈备份 + mov edi, [ebp + 8] ; dst + mov esi, [ebp + 12] ; src + mov ecx, [ebp + 16] ; size + rep movsb ; 逐字节拷贝 + + ;恢复环境 + pop ecx + pop ebp + ret + + +;------------- 创建页目录及页表 --------------- +setup_page: +;先把页目录占用的空间逐字节清0 + mov ecx, 4096 + mov esi, 0 +.clear_page_dir: + mov byte [PAGE_DIR_TABLE_POS + esi], 0 + inc esi + loop .clear_page_dir + +;开始创建页目录项(PDE) +.create_pde: ; 创建Page Directory Entry + mov eax, PAGE_DIR_TABLE_POS + add eax, 0x1000 ; 此时eax为第一个页表的位置及属性 + mov ebx, eax ; 此处为ebx赋值，是为.create_pte做准备，ebx为基址。 + +; 下面将页目录项0和0xc00都存为第一个页表的地址， +; 一个页表可表示4MB内存,这样0xc03fffff以下的地址和0x003fffff以下的地址都指向相同的页表， +; 这是为将地址映射为内核地址做准备 + or eax, PG_US_U | PG_RW_W | PG_P ; 页目录项的属性RW和P位为1,US为1,表示用户属性,所有特权级别都可以访问. + mov [PAGE_DIR_TABLE_POS + 0x0], eax ; 第1个目录项,在页目录表中的第1个目录项写入第一个页表的位置(0x101000)及属性(3) + mov [PAGE_DIR_TABLE_POS + 0xc00], eax ; 一个页表项占用4字节,0xc00表示第768个页表占用的目录项,0xc00以上的目录项用于内核空间, + ; 也就是页表的0xc0000000~0xffffffff共计1G属于内核,0x0~0xbfffffff共计3G属于用户进程. + sub eax, 0x1000 + mov [PAGE_DIR_TABLE_POS + 4092], eax ; 使最后一个目录项指向页目录表自己的地址 + +;下面创建页表项(PTE) + mov ecx, 256 ; 1M低端内存 / 每页大小4k = 256 + mov esi, 0 + mov edx, PG_US_U | PG_RW_W | PG_P ; 属性为7,US=1,RW=1,P=1 +.create_pte: ; 创建Page Table Entry + mov [ebx+esi*4],edx ; 此时的ebx已经在上面通过eax赋值为0x101000,也就是第一个页表的地址 + add edx,4096 + inc esi + loop .create_pte + +;创建内核其它页表的PDE + mov eax, PAGE_DIR_TABLE_POS + add eax, 0x2000 ; 此时eax为第二个页表的位置 + or eax, PG_US_U | PG_RW_W | PG_P ; 页目录项的属性RW和P位为1,US为0 + mov ebx, PAGE_DIR_TABLE_POS + mov ecx, 254 ; 范围为第769~1022的所有目录项数量 + mov esi, 769 +.create_kernel_pde: + mov [ebx+esi*4], eax + inc esi + add eax, 0x1000 + loop .create_kernel_pde + ret + + +;------------------------------------------------------------------------------- + ;功能:读取硬盘n个扇区 +rd_disk_m_32: +;------------------------------------------------------------------------------- + ; eax=LBA扇区号 + ; ebx=将数据写入的内存地址 + ; ecx=读入的扇区数 + mov esi,eax ; 备份eax + mov di,cx ; 备份扇区数到di +;读写硬盘: +;第1步：设置要读取的扇区数 + mov dx,0x1f2 + mov al,cl + out dx,al ;读取的扇区数 + + mov eax,esi ;恢复ax + +;第2步：将LBA地址存入0x1f3 ~ 0x1f6 + + ;LBA地址7~0位写入端口0x1f3 + mov dx,0x1f3 + out dx,al + + ;LBA地址15~8位写入端口0x1f4 + mov cl,8 + shr eax,cl + mov dx,0x1f4 + out dx,al + + ;LBA地址23~16位写入端口0x1f5 + shr eax,cl + mov dx,0x1f5 + out dx,al + + shr eax,cl + and al,0x0f ;lba第24~27位 + or al,0xe0 ; 设置7～4位为1110,表示lba模式 + mov dx,0x1f6 + out dx,al + +;第3步：向0x1f7端口写入读命令，0x20 + mov dx,0x1f7 + mov al,0x20 + out dx,al + +;;;;;;; 至此,硬盘控制器便从指定的lba地址(eax)处,读出连续的cx个扇区,下面检查硬盘状态,不忙就能把这cx个扇区的数据读出来 + +;第4步：检测硬盘状态 + .not_ready: ;测试0x1f7端口(status寄存器)的的BSY位 + ;同一端口,写时表示写入命令字,读时表示读入硬盘状态 + nop + in al,dx + and al,0x88 ;第4位为1表示硬盘控制器已准备好数据传输,第7位为1表示硬盘忙 + cmp al,0x08 + jnz .not_ready ;若未准备好,继续等。 + +;第5步：从0x1f0端口读数据 + mov ax, di ;以下从硬盘端口读数据用insw指令更快捷,不过尽可能多的演示命令使用, + ;在此先用这种方法,在后面内容会用到insw和outsw等 + + mov dx, 256 ;di为要读取的扇区数,一个扇区有512字节,每次读入一个字,共需di*512/2次,所以di*256 + mul dx + mov cx, ax + mov dx, 0x1f0 + .go_on_read: + in ax,dx + mov [ebx], ax + add ebx, 2 + ; 由于在实模式下偏移地址为16位,所以用bx只会访问到0~FFFFh的偏移。 + ; loader的栈指针为0x900,bx为指向的数据输出缓冲区,且为16位， + ; 超过0xffff后,bx部分会从0开始,所以当要读取的扇区数过大,待写入的地址超过bx的范围时， + ; 从硬盘上读出的数据会把0x0000~0xffff的覆盖， + ; 造成栈被破坏,所以ret返回时,返回地址被破坏了,已经不是之前正确的地址, + ; 故程序出会错,不知道会跑到哪里去。 + ; 所以改为ebx代替bx指向缓冲区,这样生成的机器码前面会有0x66和0x67来反转。 + ; 0X66用于反转默认的操作数大小! 0X67用于反转默认的寻址方式. + ; cpu处于16位模式时,会理所当然的认为操作数和寻址都是16位,处于32位模式时, + ; 也会认为要执行的指令是32位. + ; 当我们在其中任意模式下用了另外模式的寻址方式或操作数大小(姑且认为16位模式用16位字节操作数， + ; 32位模式下用32字节的操作数)时,编译器会在指令前帮我们加上0x66或0x67， + ; 临时改变当前cpu模式到另外的模式下. + ; 假设当前运行在16位模式,遇到0X66时,操作数大小变为32位. + ; 假设当前运行在32位模式,遇到0X66时,操作数大小变为16位. + ; 假设当前运行在16位模式,遇到0X67时,寻址方式变为32位寻址 + ; 假设当前运行在32位模式,遇到0X67时,寻址方式变为16位寻址. + + loop .go_on_read + ret diff --git a/c7/timer/boot/mbr.S b/c7/timer/boot/mbr.S new file mode 100755 index 0000000..7efd523 --- /dev/null +++ b/c7/timer/boot/mbr.S @@ -0,0 +1,126 @@ +;���������� +;------------------------------------------------------------ +%include "boot.inc" +SECTION MBR vstart=0x7c00 + mov ax,cs + mov ds,ax + mov es,ax + mov ss,ax + mov fs,ax + mov sp,0x7c00 + mov ax,0xb800 + mov gs,ax + +; ���� +;����0x06�Ź��ܣ��Ͼ�ȫ���У���������� +; ----------------------------------------------------------- +;INT 0x10 ���ܺ�:0x06 ��������:�Ͼ����� +;------------------------------------------------------ +;���룺 +;AH ���ܺ�= 0x06 +;AL = �Ͼ�������(���Ϊ0,��ʾȫ��) +;BH = �Ͼ������� +;(CL,CH) = �������Ͻǵ�(X,Y)λ�� +;(DL,DH) = �������½ǵ�(X,Y)λ�� +;�޷���ֵ�� + mov ax, 0600h + mov bx, 0700h + mov cx, 0 ; ���Ͻ�: (0, 0) + mov dx, 184fh ; ���½�: (80,25), + ; ��ΪVGA�ı�ģʽ�У�һ��ֻ������80���ַ�,��25�С� + ; �±��0��ʼ������0x18=24,0x4f=79 + int 10h ; int 10h + + ; ����ַ���:MBR + mov byte [gs:0x00],'1' + mov byte [gs:0x01],0xA4 + + mov byte [gs:0x02],' ' + mov byte [gs:0x03],0xA4 + + mov byte [gs:0x04],'M' + mov byte [gs:0x05],0xA4 ;A��ʾ��ɫ������˸��4��ʾǰ��ɫΪ��ɫ + + mov byte [gs:0x06],'B' + mov byte [gs:0x07],0xA4 + + mov byte [gs:0x08],'R' + mov byte [gs:0x09],0xA4 + + mov eax,LOADER_START_SECTOR ; ��ʼ����lba��ַ + mov bx,LOADER_BASE_ADDR ; д��ĵ�ַ + mov cx,4 ; ������������� + call rd_disk_m_16 ; ���¶�ȡ�������ʼ���֣�һ�������� + + jmp LOADER_BASE_ADDR + 0x300 + +;------------------------------------------------------------------------------- +;����:��ȡӲ��n������ +rd_disk_m_16: +;------------------------------------------------------------------------------- + ; eax=LBA������ + ; ebx=������д����ڴ��ַ + ; ecx=����������� + mov esi,eax ;����eax + mov di,cx ;����cx +;��дӲ��: +;��1��������Ҫ��ȡ�������� + mov dx,0x1f2 + mov al,cl + out dx,al ;��ȡ�������� + + mov eax,esi ;�ָ�ax + +;��2������LBA��ַ����0x1f3 ~ 0x1f6 + + ;LBA��ַ7~0λд��˿�0x1f3 + mov dx,0x1f3 + out dx,al + + ;LBA��ַ15~8λд��˿�0x1f4 + mov cl,8 + shr eax,cl + mov dx,0x1f4 + out dx,al + + ;LBA��ַ23~16λд��˿�0x1f5 + shr eax,cl + mov dx,0x1f5 + out dx,al + + shr eax,cl + and al,0x0f ;lba��24~27λ + or al,0xe0 ; ����7��4λΪ1110,��ʾlbaģʽ + mov dx,0x1f6 + out dx,al + +;��3������0x1f7�˿�д������0x20 + mov dx,0x1f7 + mov al,0x20 + out dx,al + +;��4�������Ӳ��״̬ + .not_ready: + ;ͬһ�˿ڣ�дʱ��ʾд�������֣���ʱ��ʾ����Ӳ��״̬ + nop + in al,dx + and al,0x88 ;��4λΪ1��ʾӲ�̿�������׼�������ݴ��䣬��7λΪ1��ʾӲ��æ + cmp al,0x08 + jnz .not_ready ;��δ׼���ã������ȡ� + +;��5������0x1f0�˿ڶ����� + mov ax, di + mov dx, 256 + mul dx + mov cx, ax ; diΪҪ��ȡ����������һ��������512�ֽڣ�ÿ�ζ���һ���֣� + ; ����di*512/2�Σ�����di*256 + mov dx, 0x1f0 + .go_on_read: + in ax,dx + mov [bx],ax + add bx,2 + loop .go_on_read + ret + + times 510-($-$$) db 0 + db 0x55,0xaa diff --git a/c7/timer/build.sh b/c7/timer/build.sh new file mode 100755 index 0000000..c979273 --- /dev/null +++ b/c7/timer/build.sh @@ -0,0 +1,34 @@ +#!/bin/sh + +# echo "Creating disk.img..." +# bximage -mode=create -hd=10M -q disk.img +rm -rf build +echo "Mkdir build..." +mkdir build + +# 构建一个 build 目录用于放各种生成文件 +echo "Compiling..." +nasm -I include/ -o build/mbr.bin boot/mbr.S +nasm -I include/ -o build/loader.bin boot/loader.S +# 编译 print.S 和 kernel.S +nasm -f elf -o build/print.o lib/kernel/print.S +nasm -f elf -o build/kernel.o kernel/kernel.S +# 编译 timer.c main.c interrupt.c init.c +gcc -I lib/ -I kernel/ -m32 -c -fno-builtin -o build/timer.o device/timer.c +gcc -I lib/ -I kernel/ -m32 -c -fno-builtin -o build/main.o kernel/main.c +gcc -I lib/ -I kernel/ -m32 -c -fno-builtin -o build/interrupt.o kernel/interrupt.c +gcc -I lib/ -I kernel/ -m32 -c -fno-builtin -o build/init.o kernel/init.c +#链接 +ld -m elf_i386 -Ttext 0xc0001500 -e main -o build/kernel.bin build/main.o build/init.o build/interrupt.o build/print.o build/kernel.o build/timer.o + +echo "Writing mbr, loader and kernel to disk..." +dd if=build/mbr.bin of=/home/ahu/install/bochs/hd60M.img bs=512 count=1 conv=notrunc +dd if=build/loader.bin of=/home/ahu/install/bochs/hd60M.img bs=512 count=4 seek=2 conv=notrunc +dd if=build/kernel.bin of=/home/ahu/install/bochs/hd60M.img bs=512 count=200 seek=9 conv=notrunc + + +echo "Now start bochs and have fun!" + +cd /home/ahu/install/bochs/ +bin/bochs -f bochsrc.disk + diff --git a/c7/timer/device/timer.c b/c7/timer/device/timer.c new file mode 100755 index 0000000..af7221c --- /dev/null +++ b/c7/timer/device/timer.c @@ -0,0 +1,39 @@ +#include "time.h" +#include "io.h" +#include "kernel/print.h" + + +#define IRQ0_FREQUENCY 100 // 时钟频率 +#define INPUT_FREQUENCY 1193180 // 计数器原本的工作频率 +#define COUNTER0_VALUE INPUT_FREQUENCY / IRQ0_FREQUENCY //计数器 0 初始值 +#define COUNTRER0_PORT 0x40 // 计数器 0 的接口 +#define COUNTER0_NO 0 // 计数器号码 +#define COUNTER_MODE 2 // 模式 2 +#define READ_WRITE_LATCH 3 // 读写方式，先读写低 8 位，再读写高 8 位 +#define PIT_CONTROL_PORT 0x43 // 控制器寄存器接口 + +/* + * 把操作的计数器counter_no、读写锁属性rwl、计数器模式counter_mode + * 写入模式控制寄存器 + * 并赋予初始值counter_value + * */ +static void frequency_set(uint8_t counter_port, \ + uint8_t counter_no, \ + uint8_t rwl, \ + uint8_t counter_mode, \ + uint16_t counter_value) { +/* 往控制字寄存器端口0x43中写入控制字 */ +// 最后一位为 0 ，即选择二进制 + outb(PIT_CONTROL_PORT, (uint8_t)(counter_no << 6 | rwl << 4 | counter_mode << 1)); +/* 先写入counter_value的低8位 */ + outb(counter_port, (uint8_t)counter_value); +/* 后写入counter_value的高8位 */ + outb(counter_port, (uint8_t)counter_port >> 8); +} + +// 初始化 8253 +void timer_init() { + put_str("timer_init start!\n"); + frequency_set(COUNTRER0_PORT, COUNTER0_NO, READ_WRITE_LATCH, COUNTER_MODE, COUNTER0_VALUE); + put_str("timer_init done!\n"); +} diff --git a/c7/timer/device/timer.h b/c7/timer/device/timer.h new file mode 100755 index 0000000..b83ed74 --- /dev/null +++ b/c7/timer/device/timer.h @@ -0,0 +1,6 @@ +#ifndef __DEVICE_TIME_H +#define __DEVICE_TIME_H +#include "stdint.h" +void timer_init(void); +#endif + diff --git a/c7/timer/include/boot.inc b/c7/timer/include/boot.inc new file mode 100755 index 0000000..6723479 --- /dev/null +++ b/c7/timer/include/boot.inc @@ -0,0 +1,56 @@ +;------------- loader和kernel ---------- + +LOADER_BASE_ADDR equ 0x900 +LOADER_STACK_TOP equ LOADER_BASE_ADDR +LOADER_START_SECTOR equ 0x2 + +KERNEL_BIN_BASE_ADDR equ 0x70000 +KERNEL_START_SECTOR equ 0x9 +KERNEL_ENTRY_POINT equ 0xc0001500 + +;------------- 页表配置 ---------------- +PAGE_DIR_TABLE_POS equ 0x100000 + +;-------------- gdt描述符属性 ----------- +DESC_G_4K equ 1_00000000000000000000000b +DESC_D_32 equ 1_0000000000000000000000b +DESC_L equ 0_000000000000000000000b ; 64位代码标记，此处标记为0便可。 +DESC_AVL equ 0_00000000000000000000b ; cpu不用此位，暂置为0 +DESC_LIMIT_CODE2 equ 1111_0000000000000000b +DESC_LIMIT_DATA2 equ DESC_LIMIT_CODE2 +DESC_LIMIT_VIDEO2 equ 0000_000000000000000b +DESC_P equ 1_000000000000000b +DESC_DPL_0 equ 00_0000000000000b +DESC_DPL_1 equ 01_0000000000000b +DESC_DPL_2 equ 10_0000000000000b +DESC_DPL_3 equ 11_0000000000000b +DESC_S_CODE equ 1_000000000000b +DESC_S_DATA equ DESC_S_CODE +DESC_S_sys equ 0_000000000000b +DESC_TYPE_CODE equ 1000_00000000b ;x=1,c=0,r=0,a=0 代码段是可执行的,非依从的,不可读的,已访问位a清0. +DESC_TYPE_DATA equ 0010_00000000b ;x=0,e=0,w=1,a=0 数据段是不可执行的,向上扩展的,可写的,已访问位a清0. + +DESC_CODE_HIGH4 equ (0x00 << 24) + DESC_G_4K + DESC_D_32 + DESC_L + DESC_AVL + DESC_LIMIT_CODE2 + DESC_P + DESC_DPL_0 + DESC_S_CODE + DESC_TYPE_CODE + 0x00 +DESC_DATA_HIGH4 equ (0x00 << 24) + DESC_G_4K + DESC_D_32 + DESC_L + DESC_AVL + DESC_LIMIT_DATA2 + DESC_P + DESC_DPL_0 + DESC_S_DATA + DESC_TYPE_DATA + 0x00 +DESC_VIDEO_HIGH4 equ (0x00 << 24) + DESC_G_4K + DESC_D_32 + DESC_L + DESC_AVL + DESC_LIMIT_VIDEO2 + DESC_P + DESC_DPL_0 + DESC_S_DATA + DESC_TYPE_DATA + 0x0b + +;-------------- 选择子属性 --------------- +RPL0 equ 00b +RPL1 equ 01b +RPL2 equ 10b +RPL3 equ 11b +TI_GDT equ 000b +TI_LDT equ 100b + + +;---------------- 页表相关属性 -------------- +PG_P equ 1b +PG_RW_R equ 00b +PG_RW_W equ 10b +PG_US_S equ 000b +PG_US_U equ 100b + + +;------------- program type 定义 -------------- +PT_NULL equ 0 + diff --git a/c7/timer/kernel/global.h b/c7/timer/kernel/global.h new file mode 100755 index 0000000..73ef849 --- /dev/null +++ b/c7/timer/kernel/global.h @@ -0,0 +1,34 @@ +#ifndef _KERNEL_GLOBAL_H +#define _KERNEL_GLOBAL_H + +#include "stdint.h" + +# define RPL0 0 +# define RPL1 1 +# define RPL2 2 +# define RPL3 3 + +# define TI_GDT 0 +# define TI_LDT 1 + + +# define SELECTOR_K_CODE ((1 << 3) + (TI_GDT << 2) + RPL0) // 指向内核代码段的选择子 +# define SELECTOR_K_DATA ((2 << 3) + (TI_GDT << 2) + RPL0) +# define SELECTOR_K_STACK SELECTOR_K_DATA +# define SELECTOR_K_GS ((3 << 3) + (TI_GDT << 2) + RPL0) + +/* IDT描述符属性 */ +# define IDT_DESC_P 1 +# define IDT_DESC_DPL0 0 +# define IDT_DESC_DPL3 3 +// S 都为 0 +# define IDT_DESC_32_TYPE 0xE // 32 位的门 +# define IDT_DESC_16_TYPE 0x6 // 16 位的门 + +# define IDT_DESC_ATTR_DPL0 \ + ((IDT_DESC_P << 7) + (IDT_DESC_DPL0 << 5) + IDT_DESC_32_TYPE) + +# define IDT_DESC_ATTR_DPL3 \ + ((IDT_DESC_P << 7) + (IDT_DESC_DPL3 << 5) + IDT_DESC_32_TYPE) + +#endif \ No newline at end of file diff --git a/c7/timer/kernel/init.c b/c7/timer/kernel/init.c new file mode 100755 index 0000000..9286b36 --- /dev/null +++ b/c7/timer/kernel/init.c @@ -0,0 +1,11 @@ +#include "init.h" +#include "kernel/print.h" +#include "interrupt.h" +#include "../device/timer.h" + +/*负责初始化所有模块 */ +void init_all() { + put_str("init_all start!\n"); + idt_init(); + timer_init(); +} \ No newline at end of file diff --git a/c7/timer/kernel/init.h b/c7/timer/kernel/init.h new file mode 100755 index 0000000..bf575c9 --- /dev/null +++ b/c7/timer/kernel/init.h @@ -0,0 +1,4 @@ +#ifndef __KERNEL_INIT_H +#define __KERNEL_INIT_H +void init_all(void); +#endif diff --git a/c7/timer/kernel/interrupt.c b/c7/timer/kernel/interrupt.c new file mode 100755 index 0000000..89209fe --- /dev/null +++ b/c7/timer/kernel/interrupt.c @@ -0,0 +1,135 @@ +# include "stdint.h" +# include "global.h" +# include "io.h" +# include "interrupt.h" + +#define IDT_DESC_CNT 0x21 // 现在支持的中断数 33 + +// 这里用的可编程中断控制器是8259A +#define PIC_M_CTRL 0x20 // 主片的控制端口是0x20 +#define PIC_M_DATA 0x21 // 主片的数据端口是0x21 +#define PIC_S_CTRL 0xa0 // 从片的控制端口是0xa0 +#define PIC_S_DATA 0xa1 // 从片的数据端口是0xa1 + +// 中断门描述符结构体 +struct gate_desc{ + uint16_t func_offset_low_word; + uint16_t selector; + uint8_t dcount; // 表示双字计数段门描述符的第 4 字节，为固定值 + + uint8_t attribute; + uint16_t func_offset_high_word; +}; + +// 创建中断门描述符函数，参数：指针、属性、描述符对应的中断函数 +static void make_idt_desc(struct gate_desc* p_gdesc, uint8_t attr, intr_handler function); +static struct gate_desc idt[IDT_DESC_CNT]; // 中断描述符数组 + +/** + * 中断的名称. + */ +char* intr_name[IDT_DESC_CNT]; // 用于保存异常名字的数组 +// 中断处理程序数组.在kernel.S中定义的intrXXentry只是中断处理程序的入口, +// 最终调用的是ide_table中的处理程序 +intr_handler idt_table[IDT_DESC_CNT]; +// 声明引用定义在kernel.S中的中断处理函数入口数组 +extern intr_handler intr_entry_table[IDT_DESC_CNT]; + +/* 初始化可编程中断控制器8259A */ +static void pic_init(void) { + // 初始化主片 + outb(PIC_M_CTRL, 0x11); // ICW1：边沿触发， 级联8259， 需要 ICW4 + outb(PIC_M_DATA, 0x20); // ICW2: 起始中断向量号为 0x20, 也就是IR[0-7] 为 0x20 ~ 0x27. + outb(PIC_M_DATA, 0x04); // ICW3: IR2 接从片 + outb(PIC_M_DATA, 0x01); // ICW4: 8086模式， 正常EOI + + /* 初始化从片 */ + outb(PIC_S_CTRL, 0x11); // ICW1: 边沿触发,级联8259, 需要ICW4. + outb(PIC_S_DATA, 0x28); // ICW2: 起始中断向量号为0x28,也就是IR[8-15] 为 0x28 ~ 0x2F. + outb(PIC_S_DATA, 0x02); // ICW3: 设置从片连接到主片的IR2引脚 + outb(PIC_S_DATA, 0x01); // ICW4: 8086 模式，正常 EOI + + // 打开主片上 IR0 ，也就是目前只接受时钟中断 + outb(PIC_M_DATA, 0xfe); + outb(PIC_S_DATA, 0xff); + + put_str(" pic_init done!\n"); +} + + +/** + * 创建中断门描述符. + */ +static void make_idt_desc(struct gate_desc* p_gdesc, uint8_t attr, intr_handler function) { + p_gdesc->func_offset_low_word = (uint32_t) function & 0x0000FFFF; + p_gdesc->selector = SELECTOR_K_CODE; + p_gdesc->dcount = 0; + p_gdesc->attribute = attr; + p_gdesc->func_offset_high_word = ((uint32_t) function & 0xFFFF0000) >> 16; +} + +/** + * 初始化中断描述符表. + */ +static void idt_desc_init(void) { + int i; + for (i = 0; i < IDT_DESC_CNT; i++){ + make_idt_desc(&idt[i], IDT_DESC_ATTR_DPL0, intr_entry_table[i]); + } + put_str(" idt_desc_init done!\n"); +} + +/* 通用的中断处理函数,一般用在异常出现时的处理 */ +static void general_intr_handler(uint8_t vec_nr) { + if(vec_nr == 0x27 || vec_nr == 0x2f) { + return; + } + put_str("int vector: 0x"); + put_int(vec_nr); + put_char('\n'); +} + +/* 完成一般中断处理函数注册及异常名称注册 */ +static void exception_init(void) { // 完成一般中断处理函数注册及异常名称注册 + int i; + for (i = 0; i < IDT_DESC_CNT; i++){ + // 默认为general_intr_handler。 + // 以后会由register_handler来注册具体处理函数。 + idt_table[i] = general_intr_handler; + intr_name[i] = "unknown"; // 先统一赋值为unknown + } + intr_name[0] = "#DE Divide Error"; + intr_name[1] = "#DB Debug Exception"; + intr_name[2] = "NMI Interrupt"; + intr_name[3] = "#BP Breakpoint Exception"; + intr_name[4] = "#OF Overflow Exception"; + intr_name[5] = "#BR BOUND Range Exceeded Exception"; + intr_name[6] = "#UD Invalid Opcode Exception"; + intr_name[7] = "#NM Device Not Available Exception"; + intr_name[8] = "#DF Double Fault Exception"; + intr_name[9] = "Coprocessor Segment Overrun"; + intr_name[10] = "#TS Invalid TSS Exception"; + intr_name[11] = "#NP Segment Not Present"; + intr_name[12] = "#SS Stack Fault Exception"; + intr_name[13] = "#GP General Protection Exception"; + intr_name[14] = "#PF Page-Fault Exception"; + // intr_name[15] 第15项是intel保留项，未使用 + intr_name[16] = "#MF x87 FPU Floating-Point Error"; + intr_name[17] = "#AC Alignment Check Exception"; + intr_name[18] = "#MC Machine-Check Exception"; + intr_name[19] = "#XF SIMD Floating-Point Exception"; +} +/*完成有关中断的所有初始化工作*/ +void idt_init() { + put_str("idt_init start!\n"); + idt_desc_init(); // 初始化中断描述符表 + exception_init(); + pic_init(); // 初始化 8259A + + // 加载 idt + // 尽管 LDTR 为 48位，我们没有 48 位变量，但是，可以采用 64 位，提取前 48 位即可 + // 指针只能转换为 对应长度 整型，因此需要先转换为 32 位 + uint64_t idt_operand = ((sizeof(idt) - 1) | ((uint64_t)(uint32_t)idt << 16)); + asm volatile("lidt %0" : : "m"(idt_operand));// m 表示 内存约束，实则是将idt_operand 地址传给 lidt + put_str("idt_init done!\n"); +} \ No newline at end of file diff --git a/c7/timer/kernel/interrupt.h b/c7/timer/kernel/interrupt.h new file mode 100755 index 0000000..3400b81 --- /dev/null +++ b/c7/timer/kernel/interrupt.h @@ -0,0 +1 @@ +typedef void* intr_handler; \ No newline at end of file diff --git a/c7/timer/kernel/io.h b/c7/timer/kernel/io.h new file mode 100755 index 0000000..7a30b8f --- /dev/null +++ b/c7/timer/kernel/io.h @@ -0,0 +1,49 @@ +/************** 机器模式 *************** + b -- 输出寄存器QImode名称,即寄存器中的最低8位:[a-d]l。 + w -- 输出寄存器HImode名称,即寄存器中2个字节的部分,如[a-d]x。 + + HImode + “Half-Integer”模式，表示一个两字节的整数。 + QImode + “Quarter-Integer”模式，表示一个一字节的整数。 +*******************************************/ +#ifndef _LIB_IO_H +# define _LIB_IO_H + +#include "stdint.h" + +/** + * 向指定的端口写入一个字节的数据. + * port 为 16 位即可容纳 65535 所有端口号 + * N 为立即数约束 + */ +static inline void outb(uint16_t port, uint8_t data) { + asm volatile("outb %b0, %w1" : : "a"(data), "Nd"(port)); +} +/* + * 将addr处起始的word_cnt个字写入端口port + * insw是将从端口port处读入的16位内容写入es:edi指向的内存, + * 我们在设置段描述符时, 已经将ds,es,ss段的选择子都设置为相同的值了, + * 此时不用担心数据错乱。 + */ +static inline void outsw(uint16_t port, const void* addr, uint32_t word_cnt) { + asm volatile("cld; rep outsw" : "+S"(addr), "+c"(word_cnt) : "d"(port)); +} + +/** + * 将从端口port读入的一个字节返回. + */ +static inline uint8_t inb(uint16_t port) { + uint8_t data; + asm volatile("inb %w1, %b0" : "=a"(data) : "Nd"(port)); + return data; +} + +/** + * 将从port读取的word_cnt字节写入addr. + */ +static inline void insw(uint16_t port, void* addr, uint32_t word_cnt) { + asm volatile("cld; rep insw" : "+D"(addr), "+c"(word_cnt) : "d"(port) : "memory"); +} + +#endif \ No newline at end of file diff --git a/c7/timer/kernel/kernel.S b/c7/timer/kernel/kernel.S new file mode 100755 index 0000000..e5010ca --- /dev/null +++ b/c7/timer/kernel/kernel.S @@ -0,0 +1,90 @@ +[bits 32] +; 对于CPU会自动压入错误码的中断类型，无需额外的操作 +%define ERROR_CODE nop +; 如果CPU没有压入错误码，为了保持处理逻辑的一致性，我们需要手动压入一个0 +%define ZERO push 0 + +# 调用 interrupt 中的函数来中断处理 +# extern put_str ; 声明外部函数 +extern idt_table ; idt_table 是 C 中注册的中断处理程序数组 + +section .data +global intr_entry_table +intr_entry_table: + +; 中断处理程序宏定义 +; 接受两个参数 +%macro VECTOR 2 +section .text +intr%1entry: ; %1 表示中断向量号，用于确定中断位置 + %2 ; 需要首先进行压入操作 nop / push 0 + + ; 保护上下文 + push ds + push es + push fs + push gs +; PUSHAD指令压入32位寄存器,其入栈顺序是: EAX,ECX,EDX,EBX,ESP,EBP,ESI,EDI + pushad + + ; 如果是从片上进入的中断,除了往从片上发送EOI外,还要往主片上发送EOI + mov al, 0x20 ; 中断结束命令 EOI + out 0xa0, al ; 向从片发送 + out 0x20, al ; 向主片发送 + +; 不管idt_table中的目标程序是否需要参数,都一律压入中断向量号,调试时很方便 + push %1 ; 向量号 + call [idt_table + %1*4] ; 调用 idt_table 中的中断处理函数 + jmp intr_exit + +section .data + dd intr%1entry + +%endmacro + +section .text +global intr_exit +intr_exit: +; 以下是恢复上下文环境 + add esp, 4 ; 跳过中断号 + popad + pop gs + pop fs + pop es + pop ds + add esp, 4 ; 跳过error_code + iretd + +VECTOR 0x00, ZERO +VECTOR 0x01, ZERO +VECTOR 0x02, ZERO +VECTOR 0x03, ZERO +VECTOR 0x04, ZERO +VECTOR 0x05, ZERO +VECTOR 0x06, ZERO +VECTOR 0x07, ZERO +VECTOR 0x08, ZERO +VECTOR 0x09, ZERO +VECTOR 0x0a, ZERO +VECTOR 0x0b, ZERO +VECTOR 0x0c, ZERO +VECTOR 0x0d, ZERO +VECTOR 0x0e, ZERO +VECTOR 0x0f, ZERO +VECTOR 0x10, ZERO +VECTOR 0x11, ZERO +VECTOR 0x12, ZERO +VECTOR 0x13, ZERO +VECTOR 0x14, ZERO +VECTOR 0x15, ZERO +VECTOR 0x16, ZERO +VECTOR 0x17, ZERO +VECTOR 0x18, ZERO +VECTOR 0x19, ZERO +VECTOR 0x1a, ZERO +VECTOR 0x1b, ZERO +VECTOR 0x1c, ZERO +VECTOR 0x1d, ZERO +VECTOR 0x1e, ERROR_CODE +VECTOR 0x1f, ZERO +VECTOR 0x20, ZERO \ No newline at end of file diff --git a/c7/timer/kernel/main.c b/c7/timer/kernel/main.c new file mode 100755 index 0000000..98aa677 --- /dev/null +++ b/c7/timer/kernel/main.c @@ -0,0 +1,9 @@ +#include "kernel/print.h" +#include "init.h" + +void main(void) { + put_str("I am kernel!\n"); + init_all(); + asm volatile("sti"); // 打开中断 即将 EFLAGS 的 IF置为 1 + while(1); +} \ No newline at end of file diff --git a/c7/timer/lib/kernel/print.S b/c7/timer/lib/kernel/print.S new file mode 100755 index 0000000..52b9246 --- /dev/null +++ b/c7/timer/lib/kernel/print.S @@ -0,0 +1,217 @@ +TI_GDT equ 0 +RPL0 equ 0 +SELECTOR_VIDEO equ (0x0003<<3) + TI_GDT + RPL0 + +section .data +put_int_buffer dq 0 ; 定义8字节缓冲区用于数字到字符的转换 + +[bits 32] +section .text +;-------------------------------------------- +;put_str 通过put_char来打印以0字符结尾的字符串 +;-------------------------------------------- +;输入：栈中参数为打印的字符串 +;输出：无 + +global put_str +put_str: +;由于本函数中只用到了ebx和ecx,只备份这两个寄存器 + push ebx + push ecx + xor ecx, ecx ; 准备用ecx存储参数,清空 + mov ebx, [esp + 12] ; 从栈中得到待打印的字符串地址 +.goon: + mov cl, [ebx] + cmp cl, 0 ; 如果处理到了字符串尾,跳到结束处返回 + jz .str_over + push ecx ; 为put_char函数传递参数 + call put_char + add esp, 4 ; 回收参数所占的栈空间 + inc ebx ; 使ebx指向下一个字符 + jmp .goon +.str_over: + pop ecx + pop ebx + ret + +;------------------------ put_char ----------------------------- +;功能描述:把栈中的1个字符写入光标所在处 +;------------------------------------------------------------------- +global put_char +put_char: + pushad ;备份32位寄存器环境 + ;需要保证gs中为正确的视频段选择子,为保险起见,每次打印时都为gs赋值 + mov ax, SELECTOR_VIDEO ; 不能直接把立即数送入段寄存器 + mov gs, ax + +;;;;;;;;; 获取当前光标位置 ;;;;;;;;; + ;先获得高8位 + mov dx, 0x03d4 ;索引寄存器 + mov al, 0x0e ;用于提供光标位置的高8位 + out dx, al + mov dx, 0x03d5 ;通过读写数据端口0x3d5来获得或设置光标位置 + in al, dx ;得到了光标位置的高8位 + mov ah, al + + ;再获取低8位 + mov dx, 0x03d4 + mov al, 0x0f + out dx, al + mov dx, 0x03d5 + in al, dx + + ;将光标存入bx + mov bx, ax + ;下面这行是在栈中获取待打印的字符 + mov ecx, [esp + 36] ;pushad压入4×8＝32字节,加上主调函数的返回地址4字节,故esp+36字节 + cmp cl, 0xd ;CR是0x0d,LF是0x0a + jz .is_carriage_return + cmp cl, 0xa + jz .is_line_feed + + cmp cl, 0x8 ;BS(backspace)的asc码是8 + jz .is_backspace + jmp .put_other +;;;;;;;;;;;;;;;;;; + + .is_backspace: +;;;;;;;;;;;; backspace的一点说明 ;;;;;;;;;; +; 当为backspace时,本质上只要将光标移向前一个显存位置即可.后面再输入的字符自然会覆盖此处的字符 +; 但有可能在键入backspace后并不再键入新的字符,这时在光标已经向前移动到待删除的字符位置,但字符还在原处, +; 这就显得好怪异,所以此处添加了空格或空字符0 + dec bx + shl bx,1 + mov byte [gs:bx], 0x20 ;将待删除的字节补为0或空格皆可 + inc bx + mov byte [gs:bx], 0x07 + shr bx,1 + jmp .set_cursor +;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;; + + .put_other: + shl bx, 1 ; 光标位置是用2字节表示,将光标值乘2,表示对应显存中的偏移字节 + mov [gs:bx], cl ; ascii字符本身 + inc bx + mov byte [gs:bx],0x07 ; 字符属性 + shr bx, 1 ; 恢复老的光标值 + inc bx ; 下一个光标值 + cmp bx, 2000 + jl .set_cursor ; 若光标值小于2000,表示未写到显存的最后,则去设置新的光标值 + ; 若超出屏幕字符数大小(2000)则换行处理 + .is_line_feed: ; 是换行符LF(\n) + .is_carriage_return: ; 是回车符CR(\r) + ; 如果是CR(\r),只要把光标移到行首就行了。 + xor dx, dx ; dx是被除数的高16位,清0. + mov ax, bx ; ax是被除数的低16位. + mov si, 80 ; 由于是效仿linux，linux中\n便表示下一行的行首，所以本系统中， + div si ; 把\n和\r都处理为linux中\n的意思，也就是下一行的行首。 + sub bx, dx ; 光标值减去除80的余数便是取整 + ; 以上4行处理\r的代码 + + .is_carriage_return_end: ; 回车符CR处理结束 + add bx, 80 + cmp bx, 2000 + .is_line_feed_end: ; 若是LF(\n),将光标移+80便可。 + jl .set_cursor + +;屏幕行范围是0~24,滚屏的原理是将屏幕的1~24行搬运到0~23行,再将第24行用空格填充 + .roll_screen: ; 若超出屏幕大小，开始滚屏 + cld + mov ecx, 960 ; 一共有2000-80=1920个字符要搬运,共1920*2=3840字节.一次搬4字节,共3840/4=960次 + mov esi, 0xb80a0 ; 第1行行首 + mov edi, 0xb8000 ; 第0行行首 + rep movsd + +;;;;;;;将最后一行填充为空白 + mov ebx, 3840 ; 最后一行首字符的第一个字节偏移= 1920 * 2 + mov ecx, 80 ;一行是80字符(160字节),每次清空1字符(2字节),一行需要移动80次 + .cls: + mov word [gs:ebx], 0x0720 ;0x0720是黑底白字的空格键 + add ebx, 2 + loop .cls + mov bx,1920 ;将光标值重置为1920,最后一行的首字符. + + .set_cursor: + ;将光标设为bx值 +;;;;;;; 1 先设置高8位 ;;;;;;;; + mov dx, 0x03d4 ;索引寄存器 + mov al, 0x0e ;用于提供光标位置的高8位 + out dx, al + mov dx, 0x03d5 ;通过读写数据端口0x3d5来获得或设置光标位置 + mov al, bh + out dx, al + +;;;;;;; 2 再设置低8位 ;;;;;;;;; + mov dx, 0x03d4 + mov al, 0x0f + out dx, al + mov dx, 0x03d5 + mov al, bl + out dx, al + .put_char_done: + popad + ret + +;-------------------- 将小端字节序的数字变成对应的ascii后，倒置 ----------------------- +;输入：栈中参数为待打印的数字 +;输出：在屏幕上打印16进制数字,并不会打印前缀0x,如打印10进制15时，只会直接打印f，不会是0xf +;------------------------------------------------------------------------------------------ +global put_int +put_int: + pushad + mov ebp, esp + mov eax, [ebp+4*9] ; call的返回地址占4字节+pushad的8个4字节 + mov edx, eax + mov edi, 7 ; 指定在put_int_buffer中初始的偏移量 + mov ecx, 8 ; 32位数字中,16进制数字的位数是8个 + mov ebx, put_int_buffer + +;将32位数字按照16进制的形式从低位到高位逐个处理,共处理8个16进制数字 +.16based_4bits: ; 每4位二进制是16进制数字的1位,遍历每一位16进制数字 + and edx, 0x0000000F ; 解析16进制数字的每一位。and与操作后,edx只有低4位有效 + cmp edx, 9 ; 数字0～9和a~f需要分别处理成对应的字符 + jg .is_A2F + add edx, '0' ; ascii码是8位大小。add求和操作后,edx低8位有效。 + jmp .store +.is_A2F: + sub edx, 10 ; A~F 减去10 所得到的差,再加上字符A的ascii码,便是A~F对应的ascii码 + add edx, 'A' + +;将每一位数字转换成对应的字符后,按照类似“大端”的顺序存储到缓冲区put_int_buffer +;高位字符放在低地址,低位字符要放在高地址,这样和大端字节序类似,只不过咱们这里是字符序. +.store: +; 此时dl中应该是数字对应的字符的ascii码 + mov [ebx+edi], dl + dec edi + shr eax, 4 + mov edx, eax + loop .16based_4bits + +;现在put_int_buffer中已全是字符,打印之前, +;把高位连续的字符去掉,比如把字符000123变成123 +.ready_to_print: + inc edi ; 此时edi退减为-1(0xffffffff),加1使其为0 +.skip_prefix_0: + cmp edi,8 ; 若已经比较第9个字符了，表示待打印的字符串为全0 + je .full0 +;找出连续的0字符, edi做为非0的最高位字符的偏移 +.go_on_skip: + mov cl, [put_int_buffer+edi] + inc edi + cmp cl, '0' + je .skip_prefix_0 ; 继续判断下一位字符是否为字符0(不是数字0) + dec edi ;edi在上面的inc操作中指向了下一个字符,若当前字符不为'0',要恢复edi指向当前字符 + jmp .put_each_num + +.full0: + mov cl,'0' ; 输入的数字为全0时，则只打印0 +.put_each_num: + push ecx ; 此时cl中为可打印的字符 + call put_char + add esp, 4 + inc edi ; 使edi指向下一个字符 + mov cl, [put_int_buffer+edi] ; 获取下一个字符到cl寄存器 + cmp edi,8 + jl .put_each_num + popad + ret diff --git a/c7/timer/lib/kernel/print.h b/c7/timer/lib/kernel/print.h new file mode 100755 index 0000000..903039e --- /dev/null +++ b/c7/timer/lib/kernel/print.h @@ -0,0 +1,8 @@ +#ifndef __LIB_KERNEL_PRINT_H +#define __LIB_KERNEL_PRINT_H +#include "stdint.h" +void put_char(uint8_t char_asci); +void put_str(char* message); +void put_int(uint32_t num); // 以16进制打印 +#endif + diff --git a/c7/timer/lib/stdint.h b/c7/timer/lib/stdint.h new file mode 100755 index 0000000..af563e0 --- /dev/null +++ b/c7/timer/lib/stdint.h @@ -0,0 +1,11 @@ +#ifndef __LIB_STDINT_H +#define __LIB_STDINT_H +typedef signed char int8_t; +typedef signed short int int16_t; +typedef signed int int32_t; +typedef signed long long int int64_t; +typedef unsigned char uint8_t; +typedef unsigned short int uint16_t; +typedef unsigned int uint32_t; +typedef unsigned long long int uint64_t; +#endif diff --git a/c7/with_asm/boot/loader.S b/c7/with_asm/boot/loader.S new file mode 100755 index 0000000..a9312c9 --- /dev/null +++ b/c7/with_asm/boot/loader.S @@ -0,0 +1,380 @@ + %include "boot.inc" + section loader vstart=LOADER_BASE_ADDR +;构建gdt及其内部的描述符 + GDT_BASE: dd 0x00000000 + dd 0x00000000 + + CODE_DESC: dd 0x0000FFFF + dd DESC_CODE_HIGH4 + + DATA_STACK_DESC: dd 0x0000FFFF + dd DESC_DATA_HIGH4 + + VIDEO_DESC: dd 0x80000007 ; limit=(0xbffff-0xb8000)/4k=0x7 + dd DESC_VIDEO_HIGH4 ; 此时dpl为0 + + GDT_SIZE equ $ - GDT_BASE + GDT_LIMIT equ GDT_SIZE - 1 + times 60 dq 0 ; 此处预留60个描述符的空位(slot) + SELECTOR_CODE equ (0x0001<<3) + TI_GDT + RPL0 ; 相当于(CODE_DESC - GDT_BASE)/8 + TI_GDT + RPL0 + SELECTOR_DATA equ (0x0002<<3) + TI_GDT + RPL0 ; 同上 + SELECTOR_VIDEO equ (0x0003<<3) + TI_GDT + RPL0 ; 同上 + + ; total_mem_bytes用于保存内存容量,以字节为单位,此位置比较好记。 + ; 当前偏移loader.bin文件头0x200字节,loader.bin的加载地址是0x900, + ; 故total_mem_bytes内存中的地址是0xb00.将来在内核中咱们会引用此地址 + total_mem_bytes dd 0 + ;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;; + + ;以下是定义gdt的指针，前2字节是gdt界限，后4字节是gdt起始地址 + gdt_ptr dw GDT_LIMIT + dd GDT_BASE + + ;人工对齐:total_mem_bytes4字节+gdt_ptr6字节+ards_buf244字节+ards_nr2,共256字节 + ards_buf times 244 db 0 + ards_nr dw 0 ;用于记录ards结构体数量 + + loader_start: + +;------- int 15h eax = 0000E820h ,edx = 534D4150h ('SMAP') 获取内存布局 ------- + + xor ebx, ebx ;第一次调用时，ebx值要为0 + mov edx, 0x534d4150 ;edx只赋值一次，循环体中不会改变 + mov di, ards_buf ;ards结构缓冲区 +.e820_mem_get_loop: ;循环获取每个ARDS内存范围描述结构 + mov eax, 0x0000e820 ;执行int 0x15后,eax值变为0x534d4150,所以每次执行int前都要更新为子功能号。 + mov ecx, 20 ;ARDS地址范围描述符结构大小是20字节 + int 0x15 + jc .e820_failed_so_try_e801 ;若cf位为1则有错误发生，尝试0xe801子功能 + add di, cx ;使di增加20字节指向缓冲区中新的ARDS结构位置 + inc word [ards_nr] ;记录ARDS数量 + cmp ebx, 0 ;若ebx为0且cf不为1,这说明ards全部返回，当前已是最后一个 + jnz .e820_mem_get_loop + +;在所有ards结构中，找出(base_add_low + length_low)的最大值，即内存的容量。 + mov cx, [ards_nr] ;遍历每一个ARDS结构体,循环次数是ARDS的数量 + mov ebx, ards_buf + xor edx, edx ;edx为最大的内存容量,在此先清0 +.find_max_mem_area: ;无须判断type是否为1,最大的内存块一定是可被使用 + mov eax, [ebx] ;base_add_low + add eax, [ebx+8] ;length_low + add ebx, 20 ;指向缓冲区中下一个ARDS结构 + cmp edx, eax ;冒泡排序，找出最大,edx寄存器始终是最大的内存容量 + jge .next_ards + mov edx, eax ;edx为总内存大小 +.next_ards: + loop .find_max_mem_area + jmp .mem_get_ok + +;------ int 15h ax = E801h 获取内存大小,最大支持4G ------ +; 返回后, ax cx 值一样,以KB为单位,bx dx值一样,以64KB为单位 +; 在ax和cx寄存器中为低16M,在bx和dx寄存器中为16MB到4G。 +.e820_failed_so_try_e801: + mov ax,0xe801 + int 0x15 + jc .e801_failed_so_try88 ;若当前e801方法失败,就尝试0x88方法 + +;1 先算出低15M的内存,ax和cx中是以KB为单位的内存数量,将其转换为以byte为单位 + mov cx,0x400 ;cx和ax值一样,cx用做乘数 + mul cx + shl edx,16 + and eax,0x0000FFFF + or edx,eax + add edx, 0x100000 ;ax只是15MB,故要加1MB + mov esi,edx ;先把低15MB的内存容量存入esi寄存器备份 + +;2 再将16MB以上的内存转换为byte为单位,寄存器bx和dx中是以64KB为单位的内存数量 + xor eax,eax + mov ax,bx + mov ecx, 0x10000 ;0x10000十进制为64KB + mul ecx ;32位乘法,默认的被乘数是eax,积为64位,高32位存入edx,低32位存入eax. + add esi,eax ;由于此方法只能测出4G以内的内存,故32位eax足够了,edx肯定为0,只加eax便可 + mov edx,esi ;edx为总内存大小 + jmp .mem_get_ok + +;----------------- int 15h ah = 0x88 获取内存大小,只能获取64M之内 ---------- +.e801_failed_so_try88: + ;int 15后，ax存入的是以kb为单位的内存容量 + mov ah, 0x88 + int 0x15 + jc .error_hlt + and eax,0x0000FFFF + + ;16位乘法，被乘数是ax,积为32位.积的高16位在dx中，积的低16位在ax中 + mov cx, 0x400 ;0x400等于1024,将ax中的内存容量换为以byte为单位 + mul cx + shl edx, 16 ;把dx移到高16位 + or edx, eax ;把积的低16位组合到edx,为32位的积 + add edx,0x100000 ;0x88子功能只会返回1MB以上的内存,故实际内存大小要加上1MB + +.mem_get_ok: + mov [total_mem_bytes], edx ;将内存换为byte单位后存入total_mem_bytes处。 + + +;----------------- 准备进入保护模式 ------------------- +;1 打开A20 +;2 加载gdt +;3 将cr0的pe位置1 + + ;----------------- 打开A20 ---------------- + in al,0x92 + or al,0000_0010B + out 0x92,al + + ;----------------- 加载GDT ---------------- + lgdt [gdt_ptr] + + ;----------------- cr0第0位置1 ---------------- + mov eax, cr0 + or eax, 0x00000001 + mov cr0, eax + + jmp dword SELECTOR_CODE:p_mode_start ; 刷新流水线，避免分支预测的影响,这种cpu优化策略，最怕jmp跳转， + ; 这将导致之前做的预测失效，从而起到了刷新的作用。 +.error_hlt: ;出错则挂起 + hlt + +[bits 32] +p_mode_start: + mov ax, SELECTOR_DATA + mov ds, ax + mov es, ax + mov ss, ax + mov esp,LOADER_STACK_TOP + mov ax, SELECTOR_VIDEO + mov gs, ax + +; ------------------------- 加载kernel ---------------------- + mov eax, KERNEL_START_SECTOR ; kernel.bin所在的扇区号 + mov ebx, KERNEL_BIN_BASE_ADDR ; 从磁盘读出后，写入到ebx指定的地址 + mov ecx, 200 ; 读入的扇区数 + + call rd_disk_m_32 + + ; 创建页目录及页表并初始化页内存位图 + call setup_page + + ;要将描述符表地址及偏移量写入内存gdt_ptr,一会用新地址重新加载 + sgdt [gdt_ptr] ; 存储到原来gdt所有的位置 + + ;将gdt描述符中视频段描述符中的段基址+0xc0000000 + mov ebx, [gdt_ptr + 2] + or dword [ebx + 0x18 + 4], 0xc0000000 ;视频段是第3个段描述符,每个描述符是8字节,故0x18。 + ;段描述符的高4字节的最高位是段基址的31~24位 + + ;将gdt的基址加上0xc0000000使其成为内核所在的高地址 + add dword [gdt_ptr + 2], 0xc0000000 + + add esp, 0xc0000000 ; 将栈指针同样映射到内核地址 + + ; 把页目录地址赋给cr3 + mov eax, PAGE_DIR_TABLE_POS + mov cr3, eax + + ; 打开cr0的pg位(第31位) + mov eax, cr0 + or eax, 0x80000000 + mov cr0, eax + + ;在开启分页后,用gdt新的地址重新加载 + lgdt [gdt_ptr] ; 重新加载 + +;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;; 此时不刷新流水线也没问题 ;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;; +;由于一直处在32位下,原则上不需要强制刷新,经过实际测试没有以下这两句也没问题. +;但以防万一，还是加上啦，免得将来出来莫句奇妙的问题. + jmp SELECTOR_CODE:enter_kernel ;强制刷新流水线,更新gdt +enter_kernel: +;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;; + call kernel_init + mov esp, 0xc009f000 + jmp KERNEL_ENTRY_POINT ; 用地址0x1500访问测试，结果ok + + +;----------------- 将kernel.bin中的segment拷贝到编译的地址 ----------- +kernel_init: + xor eax, eax + xor ebx, ebx ;ebx记录程序头表地址 + xor ecx, ecx ;cx记录程序头表中的program header数量 + xor edx, edx ;dx 记录program header尺寸,即e_phentsize + + mov dx, [KERNEL_BIN_BASE_ADDR + 42] ; 偏移文件42字节处的属性是e_phentsize,表示program header大小 + mov ebx, [KERNEL_BIN_BASE_ADDR + 28] ; 偏移文件开始部分28字节的地方是e_phoff,表示第1 个program header在文件中的偏移量 + ; 其实该值是0x34,不过还是谨慎一点，这里来读取实际值 + add ebx, KERNEL_BIN_BASE_ADDR + mov cx, [KERNEL_BIN_BASE_ADDR + 44] ; 偏移文件开始部分44字节的地方是e_phnum,表示有几个program header +.each_segment: + cmp byte [ebx + 0], PT_NULL ; 若p_type等于 PT_NULL,说明此program header未使用。 + je .PTNULL + + ;为函数memcpy压入参数,参数是从右往左依然压入.函数原型类似于 memcpy(dst,src,size) + push dword [ebx + 16] ; program header中偏移16字节的地方是p_filesz,压入函数memcpy的第三个参数:size + mov eax, [ebx + 4] ; 距程序头偏移量为4字节的位置是p_offset + add eax, KERNEL_BIN_BASE_ADDR ; 加上kernel.bin被加载到的物理地址,eax为该段的物理地址 + push eax ; 压入函数memcpy的第二个参数:源地址 + push dword [ebx + 8] ; 压入函数memcpy的第一个参数:目的地址,偏移程序头8字节的位置是p_vaddr，这就是目的地址 + call mem_cpy ; 调用mem_cpy完成段复制 + add esp,12 ; 清理栈中压入的三个参数 +.PTNULL: + add ebx, edx ; edx为program header大小,即e_phentsize,在此ebx指向下一个program header + loop .each_segment + ret + +;---------- 逐字节拷贝 mem_cpy(dst,src,size) ------------ +;输入:栈中三个参数(dst,src,size) +;输出:无 +;--------------------------------------------------------- +mem_cpy: + cld + push ebp + mov ebp, esp + push ecx ; rep指令用到了ecx，但ecx对于外层段的循环还有用，故先入栈备份 + mov edi, [ebp + 8] ; dst + mov esi, [ebp + 12] ; src + mov ecx, [ebp + 16] ; size + rep movsb ; 逐字节拷贝 + + ;恢复环境 + pop ecx + pop ebp + ret + + +;------------- 创建页目录及页表 --------------- +setup_page: +;先把页目录占用的空间逐字节清0 + mov ecx, 4096 + mov esi, 0 +.clear_page_dir: + mov byte [PAGE_DIR_TABLE_POS + esi], 0 + inc esi + loop .clear_page_dir + +;开始创建页目录项(PDE) +.create_pde: ; 创建Page Directory Entry + mov eax, PAGE_DIR_TABLE_POS + add eax, 0x1000 ; 此时eax为第一个页表的位置及属性 + mov ebx, eax ; 此处为ebx赋值，是为.create_pte做准备，ebx为基址。 + +; 下面将页目录项0和0xc00都存为第一个页表的地址， +; 一个页表可表示4MB内存,这样0xc03fffff以下的地址和0x003fffff以下的地址都指向相同的页表， +; 这是为将地址映射为内核地址做准备 + or eax, PG_US_U | PG_RW_W | PG_P ; 页目录项的属性RW和P位为1,US为1,表示用户属性,所有特权级别都可以访问. + mov [PAGE_DIR_TABLE_POS + 0x0], eax ; 第1个目录项,在页目录表中的第1个目录项写入第一个页表的位置(0x101000)及属性(3) + mov [PAGE_DIR_TABLE_POS + 0xc00], eax ; 一个页表项占用4字节,0xc00表示第768个页表占用的目录项,0xc00以上的目录项用于内核空间, + ; 也就是页表的0xc0000000~0xffffffff共计1G属于内核,0x0~0xbfffffff共计3G属于用户进程. + sub eax, 0x1000 + mov [PAGE_DIR_TABLE_POS + 4092], eax ; 使最后一个目录项指向页目录表自己的地址 + +;下面创建页表项(PTE) + mov ecx, 256 ; 1M低端内存 / 每页大小4k = 256 + mov esi, 0 + mov edx, PG_US_U | PG_RW_W | PG_P ; 属性为7,US=1,RW=1,P=1 +.create_pte: ; 创建Page Table Entry + mov [ebx+esi*4],edx ; 此时的ebx已经在上面通过eax赋值为0x101000,也就是第一个页表的地址 + add edx,4096 + inc esi + loop .create_pte + +;创建内核其它页表的PDE + mov eax, PAGE_DIR_TABLE_POS + add eax, 0x2000 ; 此时eax为第二个页表的位置 + or eax, PG_US_U | PG_RW_W | PG_P ; 页目录项的属性RW和P位为1,US为0 + mov ebx, PAGE_DIR_TABLE_POS + mov ecx, 254 ; 范围为第769~1022的所有目录项数量 + mov esi, 769 +.create_kernel_pde: + mov [ebx+esi*4], eax + inc esi + add eax, 0x1000 + loop .create_kernel_pde + ret + + +;------------------------------------------------------------------------------- + ;功能:读取硬盘n个扇区 +rd_disk_m_32: +;------------------------------------------------------------------------------- + ; eax=LBA扇区号 + ; ebx=将数据写入的内存地址 + ; ecx=读入的扇区数 + mov esi,eax ; 备份eax + mov di,cx ; 备份扇区数到di +;读写硬盘: +;第1步：设置要读取的扇区数 + mov dx,0x1f2 + mov al,cl + out dx,al ;读取的扇区数 + + mov eax,esi ;恢复ax + +;第2步：将LBA地址存入0x1f3 ~ 0x1f6 + + ;LBA地址7~0位写入端口0x1f3 + mov dx,0x1f3 + out dx,al + + ;LBA地址15~8位写入端口0x1f4 + mov cl,8 + shr eax,cl + mov dx,0x1f4 + out dx,al + + ;LBA地址23~16位写入端口0x1f5 + shr eax,cl + mov dx,0x1f5 + out dx,al + + shr eax,cl + and al,0x0f ;lba第24~27位 + or al,0xe0 ; 设置7～4位为1110,表示lba模式 + mov dx,0x1f6 + out dx,al + +;第3步：向0x1f7端口写入读命令，0x20 + mov dx,0x1f7 + mov al,0x20 + out dx,al + +;;;;;;; 至此,硬盘控制器便从指定的lba地址(eax)处,读出连续的cx个扇区,下面检查硬盘状态,不忙就能把这cx个扇区的数据读出来 + +;第4步：检测硬盘状态 + .not_ready: ;测试0x1f7端口(status寄存器)的的BSY位 + ;同一端口,写时表示写入命令字,读时表示读入硬盘状态 + nop + in al,dx + and al,0x88 ;第4位为1表示硬盘控制器已准备好数据传输,第7位为1表示硬盘忙 + cmp al,0x08 + jnz .not_ready ;若未准备好,继续等。 + +;第5步：从0x1f0端口读数据 + mov ax, di ;以下从硬盘端口读数据用insw指令更快捷,不过尽可能多的演示命令使用, + ;在此先用这种方法,在后面内容会用到insw和outsw等 + + mov dx, 256 ;di为要读取的扇区数,一个扇区有512字节,每次读入一个字,共需di*512/2次,所以di*256 + mul dx + mov cx, ax + mov dx, 0x1f0 + .go_on_read: + in ax,dx + mov [ebx], ax + add ebx, 2 + ; 由于在实模式下偏移地址为16位,所以用bx只会访问到0~FFFFh的偏移。 + ; loader的栈指针为0x900,bx为指向的数据输出缓冲区,且为16位， + ; 超过0xffff后,bx部分会从0开始,所以当要读取的扇区数过大,待写入的地址超过bx的范围时， + ; 从硬盘上读出的数据会把0x0000~0xffff的覆盖， + ; 造成栈被破坏,所以ret返回时,返回地址被破坏了,已经不是之前正确的地址, + ; 故程序出会错,不知道会跑到哪里去。 + ; 所以改为ebx代替bx指向缓冲区,这样生成的机器码前面会有0x66和0x67来反转。 + ; 0X66用于反转默认的操作数大小! 0X67用于反转默认的寻址方式. + ; cpu处于16位模式时,会理所当然的认为操作数和寻址都是16位,处于32位模式时, + ; 也会认为要执行的指令是32位. + ; 当我们在其中任意模式下用了另外模式的寻址方式或操作数大小(姑且认为16位模式用16位字节操作数， + ; 32位模式下用32字节的操作数)时,编译器会在指令前帮我们加上0x66或0x67， + ; 临时改变当前cpu模式到另外的模式下. + ; 假设当前运行在16位模式,遇到0X66时,操作数大小变为32位. + ; 假设当前运行在32位模式,遇到0X66时,操作数大小变为16位. + ; 假设当前运行在16位模式,遇到0X67时,寻址方式变为32位寻址 + ; 假设当前运行在32位模式,遇到0X67时,寻址方式变为16位寻址. + + loop .go_on_read + ret diff --git a/c7/with_asm/boot/mbr.S b/c7/with_asm/boot/mbr.S new file mode 100755 index 0000000..7efd523 --- /dev/null +++ b/c7/with_asm/boot/mbr.S @@ -0,0 +1,126 @@ +;���������� +;------------------------------------------------------------ +%include "boot.inc" +SECTION MBR vstart=0x7c00 + mov ax,cs + mov ds,ax + mov es,ax + mov ss,ax + mov fs,ax + mov sp,0x7c00 + mov ax,0xb800 + mov gs,ax + +; ���� +;����0x06�Ź��ܣ��Ͼ�ȫ���У���������� +; ----------------------------------------------------------- +;INT 0x10 ���ܺ�:0x06 ��������:�Ͼ����� +;------------------------------------------------------ +;���룺 +;AH ���ܺ�= 0x06 +;AL = �Ͼ�������(���Ϊ0,��ʾȫ��) +;BH = �Ͼ������� +;(CL,CH) = �������Ͻǵ�(X,Y)λ�� +;(DL,DH) = �������½ǵ�(X,Y)λ�� +;�޷���ֵ�� + mov ax, 0600h + mov bx, 0700h + mov cx, 0 ; ���Ͻ�: (0, 0) + mov dx, 184fh ; ���½�: (80,25), + ; ��ΪVGA�ı�ģʽ�У�һ��ֻ������80���ַ�,��25�С� + ; �±��0��ʼ������0x18=24,0x4f=79 + int 10h ; int 10h + + ; ����ַ���:MBR + mov byte [gs:0x00],'1' + mov byte [gs:0x01],0xA4 + + mov byte [gs:0x02],' ' + mov byte [gs:0x03],0xA4 + + mov byte [gs:0x04],'M' + mov byte [gs:0x05],0xA4 ;A��ʾ��ɫ������˸��4��ʾǰ��ɫΪ��ɫ + + mov byte [gs:0x06],'B' + mov byte [gs:0x07],0xA4 + + mov byte [gs:0x08],'R' + mov byte [gs:0x09],0xA4 + + mov eax,LOADER_START_SECTOR ; ��ʼ����lba��ַ + mov bx,LOADER_BASE_ADDR ; д��ĵ�ַ + mov cx,4 ; ������������� + call rd_disk_m_16 ; ���¶�ȡ�������ʼ���֣�һ�������� + + jmp LOADER_BASE_ADDR + 0x300 + +;------------------------------------------------------------------------------- +;����:��ȡӲ��n������ +rd_disk_m_16: +;------------------------------------------------------------------------------- + ; eax=LBA������ + ; ebx=������д����ڴ��ַ + ; ecx=����������� + mov esi,eax ;����eax + mov di,cx ;����cx +;��дӲ��: +;��1��������Ҫ��ȡ�������� + mov dx,0x1f2 + mov al,cl + out dx,al ;��ȡ�������� + + mov eax,esi ;�ָ�ax + +;��2������LBA��ַ����0x1f3 ~ 0x1f6 + + ;LBA��ַ7~0λд��˿�0x1f3 + mov dx,0x1f3 + out dx,al + + ;LBA��ַ15~8λд��˿�0x1f4 + mov cl,8 + shr eax,cl + mov dx,0x1f4 + out dx,al + + ;LBA��ַ23~16λд��˿�0x1f5 + shr eax,cl + mov dx,0x1f5 + out dx,al + + shr eax,cl + and al,0x0f ;lba��24~27λ + or al,0xe0 ; ����7��4λΪ1110,��ʾlbaģʽ + mov dx,0x1f6 + out dx,al + +;��3������0x1f7�˿�д������0x20 + mov dx,0x1f7 + mov al,0x20 + out dx,al + +;��4�������Ӳ��״̬ + .not_ready: + ;ͬһ�˿ڣ�дʱ��ʾд�������֣���ʱ��ʾ����Ӳ��״̬ + nop + in al,dx + and al,0x88 ;��4λΪ1��ʾӲ�̿�������׼�������ݴ��䣬��7λΪ1��ʾӲ��æ + cmp al,0x08 + jnz .not_ready ;��δ׼���ã������ȡ� + +;��5������0x1f0�˿ڶ����� + mov ax, di + mov dx, 256 + mul dx + mov cx, ax ; diΪҪ��ȡ����������һ��������512�ֽڣ�ÿ�ζ���һ���֣� + ; ����di*512/2�Σ�����di*256 + mov dx, 0x1f0 + .go_on_read: + in ax,dx + mov [bx],ax + add bx,2 + loop .go_on_read + ret + + times 510-($-$$) db 0 + db 0x55,0xaa diff --git a/c7/with_asm/build.sh b/c7/with_asm/build.sh new file mode 100755 index 0000000..645f1c2 --- /dev/null +++ b/c7/with_asm/build.sh @@ -0,0 +1,33 @@ +#!/bin/sh + +# echo "Creating disk.img..." +# bximage -mode=create -hd=10M -q disk.img +rm -rf build +echo "Mkdir build..." +mkdir build + +# 构建一个 build 目录用于放各种生成文件 +echo "Compiling..." +nasm -I include/ -o build/mbr.bin boot/mbr.S +nasm -I include/ -o build/loader.bin boot/loader.S +# 编译 print.S 和 kernel.S +nasm -f elf -o build/print.o lib/kernel/print.S +nasm -f elf -o build/kernel.o kernel/kernel.S +# 编译 main.c interrupt.c init.c +gcc -I lib/ -I kernel/ -m32 -c -fno-builtin -o build/main.o kernel/main.c +gcc -I lib/ -I kernel/ -m32 -c -fno-builtin -o build/interrupt.o kernel/interrupt.c +gcc -I lib/ -I kernel/ -m32 -c -fno-builtin -o build/init.o kernel/init.c +#链接 +ld -m elf_i386 -Ttext 0xc0001500 -e main -o build/kernel.bin build/main.o build/init.o build/interrupt.o build/print.o build/kernel.o + +echo "Writing mbr, loader and kernel to disk..." +dd if=build/mbr.bin of=/home/ahu/install/bochs/hd60M.img bs=512 count=1 conv=notrunc +dd if=build/loader.bin of=/home/ahu/install/bochs/hd60M.img bs=512 count=4 seek=2 conv=notrunc +dd if=build/kernel.bin of=/home/ahu/install/bochs/hd60M.img bs=512 count=200 seek=9 conv=notrunc + + +echo "Now start bochs and have fun!" + +cd /home/ahu/install/bochs/ +bin/bochs -f bochsrc.disk + diff --git a/c7/with_asm/include/boot.inc b/c7/with_asm/include/boot.inc new file mode 100755 index 0000000..6723479 --- /dev/null +++ b/c7/with_asm/include/boot.inc @@ -0,0 +1,56 @@ +;------------- loader和kernel ---------- + +LOADER_BASE_ADDR equ 0x900 +LOADER_STACK_TOP equ LOADER_BASE_ADDR +LOADER_START_SECTOR equ 0x2 + +KERNEL_BIN_BASE_ADDR equ 0x70000 +KERNEL_START_SECTOR equ 0x9 +KERNEL_ENTRY_POINT equ 0xc0001500 + +;------------- 页表配置 ---------------- +PAGE_DIR_TABLE_POS equ 0x100000 + +;-------------- gdt描述符属性 ----------- +DESC_G_4K equ 1_00000000000000000000000b +DESC_D_32 equ 1_0000000000000000000000b +DESC_L equ 0_000000000000000000000b ; 64位代码标记，此处标记为0便可。 +DESC_AVL equ 0_00000000000000000000b ; cpu不用此位，暂置为0 +DESC_LIMIT_CODE2 equ 1111_0000000000000000b +DESC_LIMIT_DATA2 equ DESC_LIMIT_CODE2 +DESC_LIMIT_VIDEO2 equ 0000_000000000000000b +DESC_P equ 1_000000000000000b +DESC_DPL_0 equ 00_0000000000000b +DESC_DPL_1 equ 01_0000000000000b +DESC_DPL_2 equ 10_0000000000000b +DESC_DPL_3 equ 11_0000000000000b +DESC_S_CODE equ 1_000000000000b +DESC_S_DATA equ DESC_S_CODE +DESC_S_sys equ 0_000000000000b +DESC_TYPE_CODE equ 1000_00000000b ;x=1,c=0,r=0,a=0 代码段是可执行的,非依从的,不可读的,已访问位a清0. +DESC_TYPE_DATA equ 0010_00000000b ;x=0,e=0,w=1,a=0 数据段是不可执行的,向上扩展的,可写的,已访问位a清0. + +DESC_CODE_HIGH4 equ (0x00 << 24) + DESC_G_4K + DESC_D_32 + DESC_L + DESC_AVL + DESC_LIMIT_CODE2 + DESC_P + DESC_DPL_0 + DESC_S_CODE + DESC_TYPE_CODE + 0x00 +DESC_DATA_HIGH4 equ (0x00 << 24) + DESC_G_4K + DESC_D_32 + DESC_L + DESC_AVL + DESC_LIMIT_DATA2 + DESC_P + DESC_DPL_0 + DESC_S_DATA + DESC_TYPE_DATA + 0x00 +DESC_VIDEO_HIGH4 equ (0x00 << 24) + DESC_G_4K + DESC_D_32 + DESC_L + DESC_AVL + DESC_LIMIT_VIDEO2 + DESC_P + DESC_DPL_0 + DESC_S_DATA + DESC_TYPE_DATA + 0x0b + +;-------------- 选择子属性 --------------- +RPL0 equ 00b +RPL1 equ 01b +RPL2 equ 10b +RPL3 equ 11b +TI_GDT equ 000b +TI_LDT equ 100b + + +;---------------- 页表相关属性 -------------- +PG_P equ 1b +PG_RW_R equ 00b +PG_RW_W equ 10b +PG_US_S equ 000b +PG_US_U equ 100b + + +;------------- program type 定义 -------------- +PT_NULL equ 0 + diff --git a/c7/with_asm/kernel/global.h b/c7/with_asm/kernel/global.h new file mode 100755 index 0000000..73ef849 --- /dev/null +++ b/c7/with_asm/kernel/global.h @@ -0,0 +1,34 @@ +#ifndef _KERNEL_GLOBAL_H +#define _KERNEL_GLOBAL_H + +#include "stdint.h" + +# define RPL0 0 +# define RPL1 1 +# define RPL2 2 +# define RPL3 3 + +# define TI_GDT 0 +# define TI_LDT 1 + + +# define SELECTOR_K_CODE ((1 << 3) + (TI_GDT << 2) + RPL0) // 指向内核代码段的选择子 +# define SELECTOR_K_DATA ((2 << 3) + (TI_GDT << 2) + RPL0) +# define SELECTOR_K_STACK SELECTOR_K_DATA +# define SELECTOR_K_GS ((3 << 3) + (TI_GDT << 2) + RPL0) + +/* IDT描述符属性 */ +# define IDT_DESC_P 1 +# define IDT_DESC_DPL0 0 +# define IDT_DESC_DPL3 3 +// S 都为 0 +# define IDT_DESC_32_TYPE 0xE // 32 位的门 +# define IDT_DESC_16_TYPE 0x6 // 16 位的门 + +# define IDT_DESC_ATTR_DPL0 \ + ((IDT_DESC_P << 7) + (IDT_DESC_DPL0 << 5) + IDT_DESC_32_TYPE) + +# define IDT_DESC_ATTR_DPL3 \ + ((IDT_DESC_P << 7) + (IDT_DESC_DPL3 << 5) + IDT_DESC_32_TYPE) + +#endif \ No newline at end of file diff --git a/c7/with_asm/kernel/init.c b/c7/with_asm/kernel/init.c new file mode 100755 index 0000000..519ea91 --- /dev/null +++ b/c7/with_asm/kernel/init.c @@ -0,0 +1,9 @@ +#include "init.h" +#include "kernel/print.h" +#include "interrupt.h" + +/*负责初始化所有模块 */ +void init_all() { + put_str("init_all start!\n"); + idt_init(); +} \ No newline at end of file diff --git a/c7/with_asm/kernel/init.h b/c7/with_asm/kernel/init.h new file mode 100755 index 0000000..bf575c9 --- /dev/null +++ b/c7/with_asm/kernel/init.h @@ -0,0 +1,4 @@ +#ifndef __KERNEL_INIT_H +#define __KERNEL_INIT_H +void init_all(void); +#endif diff --git a/c7/with_asm/kernel/interrupt.c b/c7/with_asm/kernel/interrupt.c new file mode 100755 index 0000000..f55ee46 --- /dev/null +++ b/c7/with_asm/kernel/interrupt.c @@ -0,0 +1,86 @@ +# include "stdint.h" +# include "global.h" +# include "io.h" +# include "interrupt.h" + +#define IDT_DESV_CNT 0x21 // 现在支持的中断数 33 + +// 这里用的可编程中断控制器是8259A +#define PIC_M_CTRL 0x20 // 主片的控制端口是0x20 +#define PIC_M_DATA 0x21 // 主片的数据端口是0x21 +#define PIC_S_CTRL 0xa0 // 从片的控制端口是0xa0 +#define PIC_S_DATA 0xa1 // 从片的数据端口是0xa1 + +// 中断门描述符结构体 +struct gate_desc{ + uint16_t func_offset_low_word; + uint16_t selector; + uint8_t dcount; // 表示双字计数段门描述符的第 4 字节，为固定值 + + uint8_t attribute; + uint16_t func_offset_high_word; +}; + +// 创建中断门描述符函数，参数：指针、属性、描述符对应的中断函数 +static void make_idt_desc(struct gate_desc* p_gdesc, uint8_t attr, intr_handler function); +static struct gate_desc idt[IDT_DESV_CNT]; // 中断描述符数组 + +extern intr_handler intr_entry_table[IDT_DESV_CNT]; + +/* 初始化可编程中断控制器8259A */ +static void pic_init(void) { + // 初始化主片 + outb(PIC_M_CTRL, 0x11); // ICW1：边沿触发， 级联8259， 需要 ICW4 + outb(PIC_M_DATA, 0x20); // ICW2: 起始中断向量号为 0x20, 也就是IR[0-7] 为 0x20 ~ 0x27. + outb(PIC_M_DATA, 0x04); // ICW3: IR2 接从片 + outb(PIC_M_DATA, 0x01); // ICW4: 8086模式， 正常EOI + + /* 初始化从片 */ + outb(PIC_S_CTRL, 0x11); // ICW1: 边沿触发,级联8259, 需要ICW4. + outb(PIC_S_DATA, 0x28); // ICW2: 起始中断向量号为0x28,也就是IR[8-15] 为 0x28 ~ 0x2F. + outb(PIC_S_DATA, 0x02); // ICW3: 设置从片连接到主片的IR2引脚 + outb(PIC_S_DATA, 0x01); // ICW4: 8086 模式，正常 EOI + + // 打开主片上 IR0 ，也就是目前只接受时钟中断 + outb(PIC_M_DATA, 0xfe); + outb(PIC_S_DATA, 0xff); + + put_str(" pic_init done!\n"); +} + + +/** + * 创建中断门描述符. + */ +static void make_idt_desc(struct gate_desc* p_gdesc, uint8_t attr, intr_handler function) { + p_gdesc->func_offset_low_word = (uint32_t) function & 0x0000FFFF; + p_gdesc->selector = SELECTOR_K_CODE; + p_gdesc->dcount = 0; + p_gdesc->attribute = attr; + p_gdesc->func_offset_high_word = ((uint32_t) function & 0xFFFF0000) >> 16; +} + +/** + * 初始化中断描述符表. + */ +static void idt_desc_init(void) { + int i; + for (i = 0; i < IDT_DESV_CNT; i++){ + make_idt_desc(&idt[i], IDT_DESC_ATTR_DPL0, intr_entry_table[i]); + } + put_str(" idt_desc_init done!\n"); +} + +/*完成有关中断的所有初始化工作*/ +void idt_init() { + put_str("idt_init start!\n"); + idt_desc_init(); // 初始化中断描述符表 + pic_init(); // 初始化 8259A + + // 加载 idt + // 尽管 LDTR 为 48位，我们没有 48 位变量，但是，可以采用 64 位，提取前 48 位即可 + // 指针只能转换为 对应长度 整型，因此需要先转换为 32 位 + uint64_t idt_operand = ((sizeof(idt) - 1) | ((uint64_t)(uint32_t)idt << 16)); + asm volatile("lidt %0" : : "m"(idt_operand));// m 表示 内存约束，实则是将idt_operand 地址传给 lidt + put_str("idt_init done!\n"); +} \ No newline at end of file diff --git a/c7/with_asm/kernel/interrupt.h b/c7/with_asm/kernel/interrupt.h new file mode 100755 index 0000000..3400b81 --- /dev/null +++ b/c7/with_asm/kernel/interrupt.h @@ -0,0 +1 @@ +typedef void* intr_handler; \ No newline at end of file diff --git a/c7/with_asm/kernel/io.h b/c7/with_asm/kernel/io.h new file mode 100755 index 0000000..7a30b8f --- /dev/null +++ b/c7/with_asm/kernel/io.h @@ -0,0 +1,49 @@ +/************** 机器模式 *************** + b -- 输出寄存器QImode名称,即寄存器中的最低8位:[a-d]l。 + w -- 输出寄存器HImode名称,即寄存器中2个字节的部分,如[a-d]x。 + + HImode + “Half-Integer”模式，表示一个两字节的整数。 + QImode + “Quarter-Integer”模式，表示一个一字节的整数。 +*******************************************/ +#ifndef _LIB_IO_H +# define _LIB_IO_H + +#include "stdint.h" + +/** + * 向指定的端口写入一个字节的数据. + * port 为 16 位即可容纳 65535 所有端口号 + * N 为立即数约束 + */ +static inline void outb(uint16_t port, uint8_t data) { + asm volatile("outb %b0, %w1" : : "a"(data), "Nd"(port)); +} +/* + * 将addr处起始的word_cnt个字写入端口port + * insw是将从端口port处读入的16位内容写入es:edi指向的内存, + * 我们在设置段描述符时, 已经将ds,es,ss段的选择子都设置为相同的值了, + * 此时不用担心数据错乱。 + */ +static inline void outsw(uint16_t port, const void* addr, uint32_t word_cnt) { + asm volatile("cld; rep outsw" : "+S"(addr), "+c"(word_cnt) : "d"(port)); +} + +/** + * 将从端口port读入的一个字节返回. + */ +static inline uint8_t inb(uint16_t port) { + uint8_t data; + asm volatile("inb %w1, %b0" : "=a"(data) : "Nd"(port)); + return data; +} + +/** + * 将从port读取的word_cnt字节写入addr. + */ +static inline void insw(uint16_t port, void* addr, uint32_t word_cnt) { + asm volatile("cld; rep insw" : "+D"(addr), "+c"(word_cnt) : "d"(port) : "memory"); +} + +#endif \ No newline at end of file diff --git a/c7/with_asm/kernel/kernel.S b/c7/with_asm/kernel/kernel.S new file mode 100755 index 0000000..6247620 --- /dev/null +++ b/c7/with_asm/kernel/kernel.S @@ -0,0 +1,69 @@ +[bits 32] +; 对于CPU会自动压入错误码的中断类型，无需额外的操作 +%define ERROR_CODE nop +; 如果CPU没有压入错误码，为了保持处理逻辑的一致性，我们需要手动压入一个0 +%define ZERO push 0 + +extern put_str ; 声明外部函数 + +section .data +intr_str db "interrupt occur!", 0xa, 0 +global intr_entry_table +intr_entry_table: + +; 中断处理程序宏定义 +; 接受两个参数 +%macro VECTOR 2 +section .text +intr%1entry: ; %1 表示中断向量号，用于确定中断位置 + %2 ; 需要首先进行压入操作 nop / push 0 + push intr_str + call put_str + add esp, 4 ; 跳过参数 + + ; 中断结束命令 EOI + mov al, 0x20 + out 0xa0, al + out 0x20, al + + add esp, 4 + iret + +section .data + dd intr%1entry + +%endmacro + +VECTOR 0x00, ZERO +VECTOR 0x01, ZERO +VECTOR 0x02, ZERO +VECTOR 0x03, ZERO +VECTOR 0x04, ZERO +VECTOR 0x05, ZERO +VECTOR 0x06, ZERO +VECTOR 0x07, ZERO +VECTOR 0x08, ZERO +VECTOR 0x09, ZERO +VECTOR 0x0a, ZERO +VECTOR 0x0b, ZERO +VECTOR 0x0c, ZERO +VECTOR 0x0d, ZERO +VECTOR 0x0e, ZERO +VECTOR 0x0f, ZERO +VECTOR 0x10, ZERO +VECTOR 0x11, ZERO +VECTOR 0x12, ZERO +VECTOR 0x13, ZERO +VECTOR 0x14, ZERO +VECTOR 0x15, ZERO +VECTOR 0x16, ZERO +VECTOR 0x17, ZERO +VECTOR 0x18, ZERO +VECTOR 0x19, ZERO +VECTOR 0x1a, ZERO +VECTOR 0x1b, ZERO +VECTOR 0x1c, ZERO +VECTOR 0x1d, ZERO +VECTOR 0x1e, ERROR_CODE +VECTOR 0x1f, ZERO +VECTOR 0x20, ZERO \ No newline at end of file diff --git a/c7/with_asm/kernel/main.c b/c7/with_asm/kernel/main.c new file mode 100755 index 0000000..98aa677 --- /dev/null +++ b/c7/with_asm/kernel/main.c @@ -0,0 +1,9 @@ +#include "kernel/print.h" +#include "init.h" + +void main(void) { + put_str("I am kernel!\n"); + init_all(); + asm volatile("sti"); // 打开中断 即将 EFLAGS 的 IF置为 1 + while(1); +} \ No newline at end of file diff --git a/c7/with_asm/lib/kernel/print.S b/c7/with_asm/lib/kernel/print.S new file mode 100755 index 0000000..52b9246 --- /dev/null +++ b/c7/with_asm/lib/kernel/print.S @@ -0,0 +1,217 @@ +TI_GDT equ 0 +RPL0 equ 0 +SELECTOR_VIDEO equ (0x0003<<3) + TI_GDT + RPL0 + +section .data +put_int_buffer dq 0 ; 定义8字节缓冲区用于数字到字符的转换 + +[bits 32] +section .text +;-------------------------------------------- +;put_str 通过put_char来打印以0字符结尾的字符串 +;-------------------------------------------- +;输入：栈中参数为打印的字符串 +;输出：无 + +global put_str +put_str: +;由于本函数中只用到了ebx和ecx,只备份这两个寄存器 + push ebx + push ecx + xor ecx, ecx ; 准备用ecx存储参数,清空 + mov ebx, [esp + 12] ; 从栈中得到待打印的字符串地址 +.goon: + mov cl, [ebx] + cmp cl, 0 ; 如果处理到了字符串尾,跳到结束处返回 + jz .str_over + push ecx ; 为put_char函数传递参数 + call put_char + add esp, 4 ; 回收参数所占的栈空间 + inc ebx ; 使ebx指向下一个字符 + jmp .goon +.str_over: + pop ecx + pop ebx + ret + +;------------------------ put_char ----------------------------- +;功能描述:把栈中的1个字符写入光标所在处 +;------------------------------------------------------------------- +global put_char +put_char: + pushad ;备份32位寄存器环境 + ;需要保证gs中为正确的视频段选择子,为保险起见,每次打印时都为gs赋值 + mov ax, SELECTOR_VIDEO ; 不能直接把立即数送入段寄存器 + mov gs, ax + +;;;;;;;;; 获取当前光标位置 ;;;;;;;;; + ;先获得高8位 + mov dx, 0x03d4 ;索引寄存器 + mov al, 0x0e ;用于提供光标位置的高8位 + out dx, al + mov dx, 0x03d5 ;通过读写数据端口0x3d5来获得或设置光标位置 + in al, dx ;得到了光标位置的高8位 + mov ah, al + + ;再获取低8位 + mov dx, 0x03d4 + mov al, 0x0f + out dx, al + mov dx, 0x03d5 + in al, dx + + ;将光标存入bx + mov bx, ax + ;下面这行是在栈中获取待打印的字符 + mov ecx, [esp + 36] ;pushad压入4×8＝32字节,加上主调函数的返回地址4字节,故esp+36字节 + cmp cl, 0xd ;CR是0x0d,LF是0x0a + jz .is_carriage_return + cmp cl, 0xa + jz .is_line_feed + + cmp cl, 0x8 ;BS(backspace)的asc码是8 + jz .is_backspace + jmp .put_other +;;;;;;;;;;;;;;;;;; + + .is_backspace: +;;;;;;;;;;;; backspace的一点说明 ;;;;;;;;;; +; 当为backspace时,本质上只要将光标移向前一个显存位置即可.后面再输入的字符自然会覆盖此处的字符 +; 但有可能在键入backspace后并不再键入新的字符,这时在光标已经向前移动到待删除的字符位置,但字符还在原处, +; 这就显得好怪异,所以此处添加了空格或空字符0 + dec bx + shl bx,1 + mov byte [gs:bx], 0x20 ;将待删除的字节补为0或空格皆可 + inc bx + mov byte [gs:bx], 0x07 + shr bx,1 + jmp .set_cursor +;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;; + + .put_other: + shl bx, 1 ; 光标位置是用2字节表示,将光标值乘2,表示对应显存中的偏移字节 + mov [gs:bx], cl ; ascii字符本身 + inc bx + mov byte [gs:bx],0x07 ; 字符属性 + shr bx, 1 ; 恢复老的光标值 + inc bx ; 下一个光标值 + cmp bx, 2000 + jl .set_cursor ; 若光标值小于2000,表示未写到显存的最后,则去设置新的光标值 + ; 若超出屏幕字符数大小(2000)则换行处理 + .is_line_feed: ; 是换行符LF(\n) + .is_carriage_return: ; 是回车符CR(\r) + ; 如果是CR(\r),只要把光标移到行首就行了。 + xor dx, dx ; dx是被除数的高16位,清0. + mov ax, bx ; ax是被除数的低16位. + mov si, 80 ; 由于是效仿linux，linux中\n便表示下一行的行首，所以本系统中， + div si ; 把\n和\r都处理为linux中\n的意思，也就是下一行的行首。 + sub bx, dx ; 光标值减去除80的余数便是取整 + ; 以上4行处理\r的代码 + + .is_carriage_return_end: ; 回车符CR处理结束 + add bx, 80 + cmp bx, 2000 + .is_line_feed_end: ; 若是LF(\n),将光标移+80便可。 + jl .set_cursor + +;屏幕行范围是0~24,滚屏的原理是将屏幕的1~24行搬运到0~23行,再将第24行用空格填充 + .roll_screen: ; 若超出屏幕大小，开始滚屏 + cld + mov ecx, 960 ; 一共有2000-80=1920个字符要搬运,共1920*2=3840字节.一次搬4字节,共3840/4=960次 + mov esi, 0xb80a0 ; 第1行行首 + mov edi, 0xb8000 ; 第0行行首 + rep movsd + +;;;;;;;将最后一行填充为空白 + mov ebx, 3840 ; 最后一行首字符的第一个字节偏移= 1920 * 2 + mov ecx, 80 ;一行是80字符(160字节),每次清空1字符(2字节),一行需要移动80次 + .cls: + mov word [gs:ebx], 0x0720 ;0x0720是黑底白字的空格键 + add ebx, 2 + loop .cls + mov bx,1920 ;将光标值重置为1920,最后一行的首字符. + + .set_cursor: + ;将光标设为bx值 +;;;;;;; 1 先设置高8位 ;;;;;;;; + mov dx, 0x03d4 ;索引寄存器 + mov al, 0x0e ;用于提供光标位置的高8位 + out dx, al + mov dx, 0x03d5 ;通过读写数据端口0x3d5来获得或设置光标位置 + mov al, bh + out dx, al + +;;;;;;; 2 再设置低8位 ;;;;;;;;; + mov dx, 0x03d4 + mov al, 0x0f + out dx, al + mov dx, 0x03d5 + mov al, bl + out dx, al + .put_char_done: + popad + ret + +;-------------------- 将小端字节序的数字变成对应的ascii后，倒置 ----------------------- +;输入：栈中参数为待打印的数字 +;输出：在屏幕上打印16进制数字,并不会打印前缀0x,如打印10进制15时，只会直接打印f，不会是0xf +;------------------------------------------------------------------------------------------ +global put_int +put_int: + pushad + mov ebp, esp + mov eax, [ebp+4*9] ; call的返回地址占4字节+pushad的8个4字节 + mov edx, eax + mov edi, 7 ; 指定在put_int_buffer中初始的偏移量 + mov ecx, 8 ; 32位数字中,16进制数字的位数是8个 + mov ebx, put_int_buffer + +;将32位数字按照16进制的形式从低位到高位逐个处理,共处理8个16进制数字 +.16based_4bits: ; 每4位二进制是16进制数字的1位,遍历每一位16进制数字 + and edx, 0x0000000F ; 解析16进制数字的每一位。and与操作后,edx只有低4位有效 + cmp edx, 9 ; 数字0～9和a~f需要分别处理成对应的字符 + jg .is_A2F + add edx, '0' ; ascii码是8位大小。add求和操作后,edx低8位有效。 + jmp .store +.is_A2F: + sub edx, 10 ; A~F 减去10 所得到的差,再加上字符A的ascii码,便是A~F对应的ascii码 + add edx, 'A' + +;将每一位数字转换成对应的字符后,按照类似“大端”的顺序存储到缓冲区put_int_buffer +;高位字符放在低地址,低位字符要放在高地址,这样和大端字节序类似,只不过咱们这里是字符序. +.store: +; 此时dl中应该是数字对应的字符的ascii码 + mov [ebx+edi], dl + dec edi + shr eax, 4 + mov edx, eax + loop .16based_4bits + +;现在put_int_buffer中已全是字符,打印之前, +;把高位连续的字符去掉,比如把字符000123变成123 +.ready_to_print: + inc edi ; 此时edi退减为-1(0xffffffff),加1使其为0 +.skip_prefix_0: + cmp edi,8 ; 若已经比较第9个字符了，表示待打印的字符串为全0 + je .full0 +;找出连续的0字符, edi做为非0的最高位字符的偏移 +.go_on_skip: + mov cl, [put_int_buffer+edi] + inc edi + cmp cl, '0' + je .skip_prefix_0 ; 继续判断下一位字符是否为字符0(不是数字0) + dec edi ;edi在上面的inc操作中指向了下一个字符,若当前字符不为'0',要恢复edi指向当前字符 + jmp .put_each_num + +.full0: + mov cl,'0' ; 输入的数字为全0时，则只打印0 +.put_each_num: + push ecx ; 此时cl中为可打印的字符 + call put_char + add esp, 4 + inc edi ; 使edi指向下一个字符 + mov cl, [put_int_buffer+edi] ; 获取下一个字符到cl寄存器 + cmp edi,8 + jl .put_each_num + popad + ret diff --git a/c7/with_asm/lib/kernel/print.h b/c7/with_asm/lib/kernel/print.h new file mode 100755 index 0000000..903039e --- /dev/null +++ b/c7/with_asm/lib/kernel/print.h @@ -0,0 +1,8 @@ +#ifndef __LIB_KERNEL_PRINT_H +#define __LIB_KERNEL_PRINT_H +#include "stdint.h" +void put_char(uint8_t char_asci); +void put_str(char* message); +void put_int(uint32_t num); // 以16进制打印 +#endif + diff --git a/c7/with_asm/lib/stdint.h b/c7/with_asm/lib/stdint.h new file mode 100755 index 0000000..af563e0 --- /dev/null +++ b/c7/with_asm/lib/stdint.h @@ -0,0 +1,11 @@ +#ifndef __LIB_STDINT_H +#define __LIB_STDINT_H +typedef signed char int8_t; +typedef signed short int int16_t; +typedef signed int int32_t; +typedef signed long long int int64_t; +typedef unsigned char uint8_t; +typedef unsigned short int uint16_t; +typedef unsigned int uint32_t; +typedef unsigned long long int uint64_t; +#endif diff --git a/c8/assert/boot/loader.S b/c8/assert/boot/loader.S new file mode 100755 index 0000000..a9312c9 --- /dev/null +++ b/c8/assert/boot/loader.S @@ -0,0 +1,380 @@ + %include "boot.inc" + section loader vstart=LOADER_BASE_ADDR +;构建gdt及其内部的描述符 + GDT_BASE: dd 0x00000000 + dd 0x00000000 + + CODE_DESC: dd 0x0000FFFF + dd DESC_CODE_HIGH4 + + DATA_STACK_DESC: dd 0x0000FFFF + dd DESC_DATA_HIGH4 + + VIDEO_DESC: dd 0x80000007 ; limit=(0xbffff-0xb8000)/4k=0x7 + dd DESC_VIDEO_HIGH4 ; 此时dpl为0 + + GDT_SIZE equ $ - GDT_BASE + GDT_LIMIT equ GDT_SIZE - 1 + times 60 dq 0 ; 此处预留60个描述符的空位(slot) + SELECTOR_CODE equ (0x0001<<3) + TI_GDT + RPL0 ; 相当于(CODE_DESC - GDT_BASE)/8 + TI_GDT + RPL0 + SELECTOR_DATA equ (0x0002<<3) + TI_GDT + RPL0 ; 同上 + SELECTOR_VIDEO equ (0x0003<<3) + TI_GDT + RPL0 ; 同上 + + ; total_mem_bytes用于保存内存容量,以字节为单位,此位置比较好记。 + ; 当前偏移loader.bin文件头0x200字节,loader.bin的加载地址是0x900, + ; 故total_mem_bytes内存中的地址是0xb00.将来在内核中咱们会引用此地址 + total_mem_bytes dd 0 + ;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;; + + ;以下是定义gdt的指针，前2字节是gdt界限，后4字节是gdt起始地址 + gdt_ptr dw GDT_LIMIT + dd GDT_BASE + + ;人工对齐:total_mem_bytes4字节+gdt_ptr6字节+ards_buf244字节+ards_nr2,共256字节 + ards_buf times 244 db 0 + ards_nr dw 0 ;用于记录ards结构体数量 + + loader_start: + +;------- int 15h eax = 0000E820h ,edx = 534D4150h ('SMAP') 获取内存布局 ------- + + xor ebx, ebx ;第一次调用时，ebx值要为0 + mov edx, 0x534d4150 ;edx只赋值一次，循环体中不会改变 + mov di, ards_buf ;ards结构缓冲区 +.e820_mem_get_loop: ;循环获取每个ARDS内存范围描述结构 + mov eax, 0x0000e820 ;执行int 0x15后,eax值变为0x534d4150,所以每次执行int前都要更新为子功能号。 + mov ecx, 20 ;ARDS地址范围描述符结构大小是20字节 + int 0x15 + jc .e820_failed_so_try_e801 ;若cf位为1则有错误发生，尝试0xe801子功能 + add di, cx ;使di增加20字节指向缓冲区中新的ARDS结构位置 + inc word [ards_nr] ;记录ARDS数量 + cmp ebx, 0 ;若ebx为0且cf不为1,这说明ards全部返回，当前已是最后一个 + jnz .e820_mem_get_loop + +;在所有ards结构中，找出(base_add_low + length_low)的最大值，即内存的容量。 + mov cx, [ards_nr] ;遍历每一个ARDS结构体,循环次数是ARDS的数量 + mov ebx, ards_buf + xor edx, edx ;edx为最大的内存容量,在此先清0 +.find_max_mem_area: ;无须判断type是否为1,最大的内存块一定是可被使用 + mov eax, [ebx] ;base_add_low + add eax, [ebx+8] ;length_low + add ebx, 20 ;指向缓冲区中下一个ARDS结构 + cmp edx, eax ;冒泡排序，找出最大,edx寄存器始终是最大的内存容量 + jge .next_ards + mov edx, eax ;edx为总内存大小 +.next_ards: + loop .find_max_mem_area + jmp .mem_get_ok + +;------ int 15h ax = E801h 获取内存大小,最大支持4G ------ +; 返回后, ax cx 值一样,以KB为单位,bx dx值一样,以64KB为单位 +; 在ax和cx寄存器中为低16M,在bx和dx寄存器中为16MB到4G。 +.e820_failed_so_try_e801: + mov ax,0xe801 + int 0x15 + jc .e801_failed_so_try88 ;若当前e801方法失败,就尝试0x88方法 + +;1 先算出低15M的内存,ax和cx中是以KB为单位的内存数量,将其转换为以byte为单位 + mov cx,0x400 ;cx和ax值一样,cx用做乘数 + mul cx + shl edx,16 + and eax,0x0000FFFF + or edx,eax + add edx, 0x100000 ;ax只是15MB,故要加1MB + mov esi,edx ;先把低15MB的内存容量存入esi寄存器备份 + +;2 再将16MB以上的内存转换为byte为单位,寄存器bx和dx中是以64KB为单位的内存数量 + xor eax,eax + mov ax,bx + mov ecx, 0x10000 ;0x10000十进制为64KB + mul ecx ;32位乘法,默认的被乘数是eax,积为64位,高32位存入edx,低32位存入eax. + add esi,eax ;由于此方法只能测出4G以内的内存,故32位eax足够了,edx肯定为0,只加eax便可 + mov edx,esi ;edx为总内存大小 + jmp .mem_get_ok + +;----------------- int 15h ah = 0x88 获取内存大小,只能获取64M之内 ---------- +.e801_failed_so_try88: + ;int 15后，ax存入的是以kb为单位的内存容量 + mov ah, 0x88 + int 0x15 + jc .error_hlt + and eax,0x0000FFFF + + ;16位乘法，被乘数是ax,积为32位.积的高16位在dx中，积的低16位在ax中 + mov cx, 0x400 ;0x400等于1024,将ax中的内存容量换为以byte为单位 + mul cx + shl edx, 16 ;把dx移到高16位 + or edx, eax ;把积的低16位组合到edx,为32位的积 + add edx,0x100000 ;0x88子功能只会返回1MB以上的内存,故实际内存大小要加上1MB + +.mem_get_ok: + mov [total_mem_bytes], edx ;将内存换为byte单位后存入total_mem_bytes处。 + + +;----------------- 准备进入保护模式 ------------------- +;1 打开A20 +;2 加载gdt +;3 将cr0的pe位置1 + + ;----------------- 打开A20 ---------------- + in al,0x92 + or al,0000_0010B + out 0x92,al + + ;----------------- 加载GDT ---------------- + lgdt [gdt_ptr] + + ;----------------- cr0第0位置1 ---------------- + mov eax, cr0 + or eax, 0x00000001 + mov cr0, eax + + jmp dword SELECTOR_CODE:p_mode_start ; 刷新流水线，避免分支预测的影响,这种cpu优化策略，最怕jmp跳转， + ; 这将导致之前做的预测失效，从而起到了刷新的作用。 +.error_hlt: ;出错则挂起 + hlt + +[bits 32] +p_mode_start: + mov ax, SELECTOR_DATA + mov ds, ax + mov es, ax + mov ss, ax + mov esp,LOADER_STACK_TOP + mov ax, SELECTOR_VIDEO + mov gs, ax + +; ------------------------- 加载kernel ---------------------- + mov eax, KERNEL_START_SECTOR ; kernel.bin所在的扇区号 + mov ebx, KERNEL_BIN_BASE_ADDR ; 从磁盘读出后，写入到ebx指定的地址 + mov ecx, 200 ; 读入的扇区数 + + call rd_disk_m_32 + + ; 创建页目录及页表并初始化页内存位图 + call setup_page + + ;要将描述符表地址及偏移量写入内存gdt_ptr,一会用新地址重新加载 + sgdt [gdt_ptr] ; 存储到原来gdt所有的位置 + + ;将gdt描述符中视频段描述符中的段基址+0xc0000000 + mov ebx, [gdt_ptr + 2] + or dword [ebx + 0x18 + 4], 0xc0000000 ;视频段是第3个段描述符,每个描述符是8字节,故0x18。 + ;段描述符的高4字节的最高位是段基址的31~24位 + + ;将gdt的基址加上0xc0000000使其成为内核所在的高地址 + add dword [gdt_ptr + 2], 0xc0000000 + + add esp, 0xc0000000 ; 将栈指针同样映射到内核地址 + + ; 把页目录地址赋给cr3 + mov eax, PAGE_DIR_TABLE_POS + mov cr3, eax + + ; 打开cr0的pg位(第31位) + mov eax, cr0 + or eax, 0x80000000 + mov cr0, eax + + ;在开启分页后,用gdt新的地址重新加载 + lgdt [gdt_ptr] ; 重新加载 + +;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;; 此时不刷新流水线也没问题 ;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;; +;由于一直处在32位下,原则上不需要强制刷新,经过实际测试没有以下这两句也没问题. +;但以防万一，还是加上啦，免得将来出来莫句奇妙的问题. + jmp SELECTOR_CODE:enter_kernel ;强制刷新流水线,更新gdt +enter_kernel: +;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;; + call kernel_init + mov esp, 0xc009f000 + jmp KERNEL_ENTRY_POINT ; 用地址0x1500访问测试，结果ok + + +;----------------- 将kernel.bin中的segment拷贝到编译的地址 ----------- +kernel_init: + xor eax, eax + xor ebx, ebx ;ebx记录程序头表地址 + xor ecx, ecx ;cx记录程序头表中的program header数量 + xor edx, edx ;dx 记录program header尺寸,即e_phentsize + + mov dx, [KERNEL_BIN_BASE_ADDR + 42] ; 偏移文件42字节处的属性是e_phentsize,表示program header大小 + mov ebx, [KERNEL_BIN_BASE_ADDR + 28] ; 偏移文件开始部分28字节的地方是e_phoff,表示第1 个program header在文件中的偏移量 + ; 其实该值是0x34,不过还是谨慎一点，这里来读取实际值 + add ebx, KERNEL_BIN_BASE_ADDR + mov cx, [KERNEL_BIN_BASE_ADDR + 44] ; 偏移文件开始部分44字节的地方是e_phnum,表示有几个program header +.each_segment: + cmp byte [ebx + 0], PT_NULL ; 若p_type等于 PT_NULL,说明此program header未使用。 + je .PTNULL + + ;为函数memcpy压入参数,参数是从右往左依然压入.函数原型类似于 memcpy(dst,src,size) + push dword [ebx + 16] ; program header中偏移16字节的地方是p_filesz,压入函数memcpy的第三个参数:size + mov eax, [ebx + 4] ; 距程序头偏移量为4字节的位置是p_offset + add eax, KERNEL_BIN_BASE_ADDR ; 加上kernel.bin被加载到的物理地址,eax为该段的物理地址 + push eax ; 压入函数memcpy的第二个参数:源地址 + push dword [ebx + 8] ; 压入函数memcpy的第一个参数:目的地址,偏移程序头8字节的位置是p_vaddr，这就是目的地址 + call mem_cpy ; 调用mem_cpy完成段复制 + add esp,12 ; 清理栈中压入的三个参数 +.PTNULL: + add ebx, edx ; edx为program header大小,即e_phentsize,在此ebx指向下一个program header + loop .each_segment + ret + +;---------- 逐字节拷贝 mem_cpy(dst,src,size) ------------ +;输入:栈中三个参数(dst,src,size) +;输出:无 +;--------------------------------------------------------- +mem_cpy: + cld + push ebp + mov ebp, esp + push ecx ; rep指令用到了ecx，但ecx对于外层段的循环还有用，故先入栈备份 + mov edi, [ebp + 8] ; dst + mov esi, [ebp + 12] ; src + mov ecx, [ebp + 16] ; size + rep movsb ; 逐字节拷贝 + + ;恢复环境 + pop ecx + pop ebp + ret + + +;------------- 创建页目录及页表 --------------- +setup_page: +;先把页目录占用的空间逐字节清0 + mov ecx, 4096 + mov esi, 0 +.clear_page_dir: + mov byte [PAGE_DIR_TABLE_POS + esi], 0 + inc esi + loop .clear_page_dir + +;开始创建页目录项(PDE) +.create_pde: ; 创建Page Directory Entry + mov eax, PAGE_DIR_TABLE_POS + add eax, 0x1000 ; 此时eax为第一个页表的位置及属性 + mov ebx, eax ; 此处为ebx赋值，是为.create_pte做准备，ebx为基址。 + +; 下面将页目录项0和0xc00都存为第一个页表的地址， +; 一个页表可表示4MB内存,这样0xc03fffff以下的地址和0x003fffff以下的地址都指向相同的页表， +; 这是为将地址映射为内核地址做准备 + or eax, PG_US_U | PG_RW_W | PG_P ; 页目录项的属性RW和P位为1,US为1,表示用户属性,所有特权级别都可以访问. + mov [PAGE_DIR_TABLE_POS + 0x0], eax ; 第1个目录项,在页目录表中的第1个目录项写入第一个页表的位置(0x101000)及属性(3) + mov [PAGE_DIR_TABLE_POS + 0xc00], eax ; 一个页表项占用4字节,0xc00表示第768个页表占用的目录项,0xc00以上的目录项用于内核空间, + ; 也就是页表的0xc0000000~0xffffffff共计1G属于内核,0x0~0xbfffffff共计3G属于用户进程. + sub eax, 0x1000 + mov [PAGE_DIR_TABLE_POS + 4092], eax ; 使最后一个目录项指向页目录表自己的地址 + +;下面创建页表项(PTE) + mov ecx, 256 ; 1M低端内存 / 每页大小4k = 256 + mov esi, 0 + mov edx, PG_US_U | PG_RW_W | PG_P ; 属性为7,US=1,RW=1,P=1 +.create_pte: ; 创建Page Table Entry + mov [ebx+esi*4],edx ; 此时的ebx已经在上面通过eax赋值为0x101000,也就是第一个页表的地址 + add edx,4096 + inc esi + loop .create_pte + +;创建内核其它页表的PDE + mov eax, PAGE_DIR_TABLE_POS + add eax, 0x2000 ; 此时eax为第二个页表的位置 + or eax, PG_US_U | PG_RW_W | PG_P ; 页目录项的属性RW和P位为1,US为0 + mov ebx, PAGE_DIR_TABLE_POS + mov ecx, 254 ; 范围为第769~1022的所有目录项数量 + mov esi, 769 +.create_kernel_pde: + mov [ebx+esi*4], eax + inc esi + add eax, 0x1000 + loop .create_kernel_pde + ret + + +;------------------------------------------------------------------------------- + ;功能:读取硬盘n个扇区 +rd_disk_m_32: +;------------------------------------------------------------------------------- + ; eax=LBA扇区号 + ; ebx=将数据写入的内存地址 + ; ecx=读入的扇区数 + mov esi,eax ; 备份eax + mov di,cx ; 备份扇区数到di +;读写硬盘: +;第1步：设置要读取的扇区数 + mov dx,0x1f2 + mov al,cl + out dx,al ;读取的扇区数 + + mov eax,esi ;恢复ax + +;第2步：将LBA地址存入0x1f3 ~ 0x1f6 + + ;LBA地址7~0位写入端口0x1f3 + mov dx,0x1f3 + out dx,al + + ;LBA地址15~8位写入端口0x1f4 + mov cl,8 + shr eax,cl + mov dx,0x1f4 + out dx,al + + ;LBA地址23~16位写入端口0x1f5 + shr eax,cl + mov dx,0x1f5 + out dx,al + + shr eax,cl + and al,0x0f ;lba第24~27位 + or al,0xe0 ; 设置7～4位为1110,表示lba模式 + mov dx,0x1f6 + out dx,al + +;第3步：向0x1f7端口写入读命令，0x20 + mov dx,0x1f7 + mov al,0x20 + out dx,al + +;;;;;;; 至此,硬盘控制器便从指定的lba地址(eax)处,读出连续的cx个扇区,下面检查硬盘状态,不忙就能把这cx个扇区的数据读出来 + +;第4步：检测硬盘状态 + .not_ready: ;测试0x1f7端口(status寄存器)的的BSY位 + ;同一端口,写时表示写入命令字,读时表示读入硬盘状态 + nop + in al,dx + and al,0x88 ;第4位为1表示硬盘控制器已准备好数据传输,第7位为1表示硬盘忙 + cmp al,0x08 + jnz .not_ready ;若未准备好,继续等。 + +;第5步：从0x1f0端口读数据 + mov ax, di ;以下从硬盘端口读数据用insw指令更快捷,不过尽可能多的演示命令使用, + ;在此先用这种方法,在后面内容会用到insw和outsw等 + + mov dx, 256 ;di为要读取的扇区数,一个扇区有512字节,每次读入一个字,共需di*512/2次,所以di*256 + mul dx + mov cx, ax + mov dx, 0x1f0 + .go_on_read: + in ax,dx + mov [ebx], ax + add ebx, 2 + ; 由于在实模式下偏移地址为16位,所以用bx只会访问到0~FFFFh的偏移。 + ; loader的栈指针为0x900,bx为指向的数据输出缓冲区,且为16位， + ; 超过0xffff后,bx部分会从0开始,所以当要读取的扇区数过大,待写入的地址超过bx的范围时， + ; 从硬盘上读出的数据会把0x0000~0xffff的覆盖， + ; 造成栈被破坏,所以ret返回时,返回地址被破坏了,已经不是之前正确的地址, + ; 故程序出会错,不知道会跑到哪里去。 + ; 所以改为ebx代替bx指向缓冲区,这样生成的机器码前面会有0x66和0x67来反转。 + ; 0X66用于反转默认的操作数大小! 0X67用于反转默认的寻址方式. + ; cpu处于16位模式时,会理所当然的认为操作数和寻址都是16位,处于32位模式时, + ; 也会认为要执行的指令是32位. + ; 当我们在其中任意模式下用了另外模式的寻址方式或操作数大小(姑且认为16位模式用16位字节操作数， + ; 32位模式下用32字节的操作数)时,编译器会在指令前帮我们加上0x66或0x67， + ; 临时改变当前cpu模式到另外的模式下. + ; 假设当前运行在16位模式,遇到0X66时,操作数大小变为32位. + ; 假设当前运行在32位模式,遇到0X66时,操作数大小变为16位. + ; 假设当前运行在16位模式,遇到0X67时,寻址方式变为32位寻址 + ; 假设当前运行在32位模式,遇到0X67时,寻址方式变为16位寻址. + + loop .go_on_read + ret diff --git a/c8/assert/boot/mbr.S b/c8/assert/boot/mbr.S new file mode 100755 index 0000000..7efd523 --- /dev/null +++ b/c8/assert/boot/mbr.S @@ -0,0 +1,126 @@ +;���������� +;------------------------------------------------------------ +%include "boot.inc" +SECTION MBR vstart=0x7c00 + mov ax,cs + mov ds,ax + mov es,ax + mov ss,ax + mov fs,ax + mov sp,0x7c00 + mov ax,0xb800 + mov gs,ax + +; ���� +;����0x06�Ź��ܣ��Ͼ�ȫ���У���������� +; ----------------------------------------------------------- +;INT 0x10 ���ܺ�:0x06 ��������:�Ͼ����� +;------------------------------------------------------ +;���룺 +;AH ���ܺ�= 0x06 +;AL = �Ͼ�������(���Ϊ0,��ʾȫ��) +;BH = �Ͼ������� +;(CL,CH) = �������Ͻǵ�(X,Y)λ�� +;(DL,DH) = �������½ǵ�(X,Y)λ�� +;�޷���ֵ�� + mov ax, 0600h + mov bx, 0700h + mov cx, 0 ; ���Ͻ�: (0, 0) + mov dx, 184fh ; ���½�: (80,25), + ; ��ΪVGA�ı�ģʽ�У�һ��ֻ������80���ַ�,��25�С� + ; �±��0��ʼ������0x18=24,0x4f=79 + int 10h ; int 10h + + ; ����ַ���:MBR + mov byte [gs:0x00],'1' + mov byte [gs:0x01],0xA4 + + mov byte [gs:0x02],' ' + mov byte [gs:0x03],0xA4 + + mov byte [gs:0x04],'M' + mov byte [gs:0x05],0xA4 ;A��ʾ��ɫ������˸��4��ʾǰ��ɫΪ��ɫ + + mov byte [gs:0x06],'B' + mov byte [gs:0x07],0xA4 + + mov byte [gs:0x08],'R' + mov byte [gs:0x09],0xA4 + + mov eax,LOADER_START_SECTOR ; ��ʼ����lba��ַ + mov bx,LOADER_BASE_ADDR ; д��ĵ�ַ + mov cx,4 ; ������������� + call rd_disk_m_16 ; ���¶�ȡ�������ʼ���֣�һ�������� + + jmp LOADER_BASE_ADDR + 0x300 + +;------------------------------------------------------------------------------- +;����:��ȡӲ��n������ +rd_disk_m_16: +;------------------------------------------------------------------------------- + ; eax=LBA������ + ; ebx=������д����ڴ��ַ + ; ecx=����������� + mov esi,eax ;����eax + mov di,cx ;����cx +;��дӲ��: +;��1��������Ҫ��ȡ�������� + mov dx,0x1f2 + mov al,cl + out dx,al ;��ȡ�������� + + mov eax,esi ;�ָ�ax + +;��2������LBA��ַ����0x1f3 ~ 0x1f6 + + ;LBA��ַ7~0λд��˿�0x1f3 + mov dx,0x1f3 + out dx,al + + ;LBA��ַ15~8λд��˿�0x1f4 + mov cl,8 + shr eax,cl + mov dx,0x1f4 + out dx,al + + ;LBA��ַ23~16λд��˿�0x1f5 + shr eax,cl + mov dx,0x1f5 + out dx,al + + shr eax,cl + and al,0x0f ;lba��24~27λ + or al,0xe0 ; ����7��4λΪ1110,��ʾlbaģʽ + mov dx,0x1f6 + out dx,al + +;��3������0x1f7�˿�д������0x20 + mov dx,0x1f7 + mov al,0x20 + out dx,al + +;��4�������Ӳ��״̬ + .not_ready: + ;ͬһ�˿ڣ�дʱ��ʾд�������֣���ʱ��ʾ����Ӳ��״̬ + nop + in al,dx + and al,0x88 ;��4λΪ1��ʾӲ�̿�������׼�������ݴ��䣬��7λΪ1��ʾӲ��æ + cmp al,0x08 + jnz .not_ready ;��δ׼���ã������ȡ� + +;��5������0x1f0�˿ڶ����� + mov ax, di + mov dx, 256 + mul dx + mov cx, ax ; diΪҪ��ȡ����������һ��������512�ֽڣ�ÿ�ζ���һ���֣� + ; ����di*512/2�Σ�����di*256 + mov dx, 0x1f0 + .go_on_read: + in ax,dx + mov [bx],ax + add bx,2 + loop .go_on_read + ret + + times 510-($-$$) db 0 + db 0x55,0xaa diff --git a/c8/assert/build.sh b/c8/assert/build.sh new file mode 100755 index 0000000..c979273 --- /dev/null +++ b/c8/assert/build.sh @@ -0,0 +1,34 @@ +#!/bin/sh + +# echo "Creating disk.img..." +# bximage -mode=create -hd=10M -q disk.img +rm -rf build +echo "Mkdir build..." +mkdir build + +# 构建一个 build 目录用于放各种生成文件 +echo "Compiling..." +nasm -I include/ -o build/mbr.bin boot/mbr.S +nasm -I include/ -o build/loader.bin boot/loader.S +# 编译 print.S 和 kernel.S +nasm -f elf -o build/print.o lib/kernel/print.S +nasm -f elf -o build/kernel.o kernel/kernel.S +# 编译 timer.c main.c interrupt.c init.c +gcc -I lib/ -I kernel/ -m32 -c -fno-builtin -o build/timer.o device/timer.c +gcc -I lib/ -I kernel/ -m32 -c -fno-builtin -o build/main.o kernel/main.c +gcc -I lib/ -I kernel/ -m32 -c -fno-builtin -o build/interrupt.o kernel/interrupt.c +gcc -I lib/ -I kernel/ -m32 -c -fno-builtin -o build/init.o kernel/init.c +#链接 +ld -m elf_i386 -Ttext 0xc0001500 -e main -o build/kernel.bin build/main.o build/init.o build/interrupt.o build/print.o build/kernel.o build/timer.o + +echo "Writing mbr, loader and kernel to disk..." +dd if=build/mbr.bin of=/home/ahu/install/bochs/hd60M.img bs=512 count=1 conv=notrunc +dd if=build/loader.bin of=/home/ahu/install/bochs/hd60M.img bs=512 count=4 seek=2 conv=notrunc +dd if=build/kernel.bin of=/home/ahu/install/bochs/hd60M.img bs=512 count=200 seek=9 conv=notrunc + + +echo "Now start bochs and have fun!" + +cd /home/ahu/install/bochs/ +bin/bochs -f bochsrc.disk + diff --git a/c8/assert/build/init.o b/c8/assert/build/init.o new file mode 100644 index 0000000000000000000000000000000000000000..cf1f278d4e9a0ff68a1cb2c19e5c545221eb6461 GIT binary patch literal 1416 zcma)5+iDY06y1|aZ?TtH1Rq*4f?`#ANU>@Vg{E!Vm(Uj5KKM|EBput(TH!Oz)ukLAEFO_h~PtCd@sbcCUeLz6m-MM+Lv|q?7h#<+gyIdvMe!Ti7kCgByIO1 z^FGYTgpB*~A=uj=er>i-@nv02m2)B|--rDyLpeQWN`Tt=nmZ}q$)mzW)5y?i3p z>tSnZG#-DCf>ZEKGXU{x&5jQr#}>y1mfLpaM+YpCBw`CBKwzFL;ojr&ryC~O!XEo# zN3z&5&<{ehWiVoMYJIU~q;Ej8B@wZQBeo^R!yYG5&&3d9GBzYPLpJ+;9I;6!*9d)V*hC0Kiof_t2o>_vnh|D`}+%|n0=gr&TU!1p;R!J zG?4kYmCVKboFVT7e_M&xZ1UX+`2XVZ8@$7BP?#^=m&uobpZZ`xJc7=ej2PY)9MqYY za*V_GHo_RsPJqV$)hGd)e9r@(sqY)?jS$z=P=zl%zt6akgpc#%zs}5$c}*^;elbZn kv959fhdkb6E;Bo*lEkH_R01*eaaLj87x3O0643De0*ZB)@Bjb+ literal 0 HcmV?d00001 diff --git a/c8/assert/build/interrupt.o b/c8/assert/build/interrupt.o new file mode 100644 index 0000000000000000000000000000000000000000..1b0a6f0e7057416e687db7ff845e2e2ec33d2fb2 GIT binary patch literal 4812 zcma)=e{5S<700g~r*+b_ak|0^3+#3YEG5JwT1TsPecR1ZEdZVbfsZ$Db#SRIJ`O=T4{U*{ng>szs;5Sa{7hUplg?maSK9Utg$UHnds_`HGiIA@8xGkAAOqyS)N~E8QLv zjj!P9Beih4RMvix4V69E=GcR)p=FwMsjH+WFAXo3JoEUSYxoW6=e|zAt~Vp8uRK zkJan_SaMZ%1gU*Wt+wQ9Xaz~cQd?=BWNBb!?(FlZg<|uw4$WSepeck_u=Evq`d7AX zZZ<%MdQDNHevigcg_FPJu`)y z+t+v6z7;F3d;{tRc~ET2OPjccZUeYp?-jC{L*AvBdX8BSaX!K!Z(-5(^hIl`EtSA45@x%kV?8)>_)6tB%(7sac^{9^IcpBi097FEK-&V=)G#`59M z$Brye4!cPyC)0^oI+M0!GMh1W)C;K6Nh_8#a(C*}8B0zX2`g*vm7UWfpBc|&Ph><( zFeHQNsdUniA=Av7Py}Sq7|D;y&~(C>w9?s(I5^NJ`!becn)yjfv;-nDU>fo9$t)#Z zcWW68%fTtbJT{R%;ZS3#ErCNaFgScLC=bOmqnHY*jiixuc(n`%F~?MVBAt|jlZh-X zsIq{Tg9BL9R61eEgIP=VOvTd^@sWu;T!LX4%;rfMj^`(w>*~!;n%RVr%VkX&HAasc zST(KF%;WlpqLpcfqR~6%j8wd7(uir~5Gh*V6}94t@w?{1b?%SI{YJ(x;}h`DTG(&w zpEGGBEFt;I5I556WO?x&Wv_M>@BwMOi!=unMjXj)CKgW3@pL1 zMFYKZAf8C2Ge$?XO|(27meIa};9ZF;J4`jB$|z^WO$&8YQE*+AJgp0*=GFzVzqfa< zY#ScQXRN&3?SItY+3`qTQP=6NJ^s#JJ8dmh=r+4dh3m;f!u6Eb^+1EiGmCm}hMqdL zo%GYQ#rw27u({TF9UekRs2)Qn+pFjmd$3UB{?6+QTBq?;4_Zy^r;zfE%ew+R_l2O<|8#iJOWwq z%i0dKULWG;|A)O3_66A6obk!^_z3Jvus`gyCu}>#Ov1hu`#0mXhre9&jHgiR&Mov@ z>A9+wOP@XG;7bkes*&zOm5xmn!DhuC@elgOsI(e%;B*WUr_XR*NyhOgf7v~pf`zIYtL2j3t-*0y6eObG(b}PPpbImReYn0 ze-GC6xfLs10_%Drz75v(Nlf=e*CX+Eu&ys+ffs=NR`4f8HgAp4u_5#;NgR)l8!`Ph zQYT8~wIoLEV-kmsWyVtROmf07g`v+Qbry+OY__T=aKQI{R zIS?BRhohmP*icX4Kqy8lF=LtdaYM~x(c9r(@gvh>GH=ClmT5=eL^n^yYKXPA$BwW46+VRzlQXD zK#0GP9sW1j{wVgG{P#gpd_QFS2ZcBaS%-)B3`xX43rX=WK$8ErAj$tC+pnWoji^Q4AL@fnbITEnDAT1v?ct>xD^-vkz7vr&8!V%@Zb9g zP(k;y;qmq-vd8HQN%%AP0Q2uZINX6pHZhLGn9WGVj+t~y_(#obeiF<3f7|nLY;rj7 z!kFG5bcwjV>OG3B71e(99i#nln<{>|l>%E-dFur+{u(9VMmB1ARMnfQn*i+$4wAFj zf0`F1pz=}vkDyZw>8Ras3Qd%q_JN54E!!? zBlLQ$MU3eSpc|c9b0hvhfuwz=vzz>A-<-LCq8mXH$>Cn910TkeOYbp;;wU~Rb~xtM SL#ipK-x(zOCIxWQe*Xb$Q5!=5 literal 0 HcmV?d00001 diff --git a/c8/assert/build/loader.bin b/c8/assert/build/loader.bin new file mode 100644 index 0000000000000000000000000000000000000000..4d87964e24bab684927d92d726def67fa3c95f9d GIT binary patch literal 1396 zcmeHHziSgw9RI#1X)d{|cSBMgS{h0n6dle@+C>Uoq)-t-2iI?RYsNytf#h)zB$Iob zoRliuT}!>@O1Taau^@pi^{8@fHH0=z3YMPVmlW#cA5gsE`|Eu^@B52)0R1nDNWZE> zPgm-Y1SrTA_x$v~y37+814v!w{{Gb)>f7kd-J5;*F)gE&3jxs15aCny*&SAo2G3+P zenWoOyh7G;TBdXT3(lJ{oR3XQXm}aCTU(4FuLXMtk1ZAoq7CuxH(U!eye{4orfOKM z0ce2yE9x$9pbfwP3B)##A0CXoFA;CD55Hjl#Ty2Bx1tREsHki>E~_~g4WFswF79tC z01~v((xBWZyXDU-Vw-4PgK}tzy)Fa2X4@w#yunDkAxmY6IQ3$V4w5Y1AEA(2ObDlE ztqW<1iq-K3B^x5YK-pB56}0^+3P=#9DZB!$l)LvK39jzy+xjL=$IRZOjOOSF$)YE+ zqd9boRACaHUyT+tb2^?7;kjr*3MIP4SXbCqu;ZOR;@=;bi;|gF%vtT|^^>QbO+~;e zVPNBhCnCYA z1U@6kDvJ>=zBJRjI5_q=t)`C7AuIV!-a_YyHQz~FAv$f=6zW*0302uar^A})blKZn h^X1Qp(v*}xL4JY`Fzg1%*U)J({DnMbcmqMl`vWZ_D6_CIZCu#Q zd5-HD*Tke49U1q0Huhv}N{mhn2UemJ{33|Z;hbTv^UbcgJ&fMXp9NlU<#k%gWVsdVOg_Zp_VRmn4-vS61B$ z6`X=A&0>+trc=nvYMF;1=u7Mv(J9t@c)HFqc5}hbGsgRfMu2?y@z6dU;zEea@E<2K z7-QU`n?RISR3F-|nPYS-0q!WRVikpJ)m#$yP1humt5!)=N&$gG{QZ6+U$Sk>;eAfY zwM1rRbEN8;`CZ=38Lb_;RWWUg#CE0RmH7z&D~~ylukc&&t)kmWUR)Y~(lBkP4Q5nL z(hTeV%ripN{0^{=X}ZA+@*%7X@?naR3;9uF>fSVcxI@?|{7F zHSBA_Lwzw*OcB=^2EJom`4FkzyAkTh3wh7$qOS!H#9`eFF|ZPSQA&s^-(DD}&UeTh z?@*%7V6!1wzXV@A#WvIrU!|%a@~T{{(hM66Ug#NO5r=)qrE142-Q`U=D50qHVFsdc MrpSBHg?AI)sC3wHl>X@a iv5SH6`=ic-yFM_!?PPC0%=GBTVW9D&fPxSRT?GJ}(N%c> literal 0 HcmV?d00001 diff --git a/c8/assert/device/timer.c b/c8/assert/device/timer.c new file mode 100755 index 0000000..af7221c --- /dev/null +++ b/c8/assert/device/timer.c @@ -0,0 +1,39 @@ +#include "time.h" +#include "io.h" +#include "kernel/print.h" + + +#define IRQ0_FREQUENCY 100 // 时钟频率 +#define INPUT_FREQUENCY 1193180 // 计数器原本的工作频率 +#define COUNTER0_VALUE INPUT_FREQUENCY / IRQ0_FREQUENCY //计数器 0 初始值 +#define COUNTRER0_PORT 0x40 // 计数器 0 的接口 +#define COUNTER0_NO 0 // 计数器号码 +#define COUNTER_MODE 2 // 模式 2 +#define READ_WRITE_LATCH 3 // 读写方式，先读写低 8 位，再读写高 8 位 +#define PIT_CONTROL_PORT 0x43 // 控制器寄存器接口 + +/* + * 把操作的计数器counter_no、读写锁属性rwl、计数器模式counter_mode + * 写入模式控制寄存器 + * 并赋予初始值counter_value + * */ +static void frequency_set(uint8_t counter_port, \ + uint8_t counter_no, \ + uint8_t rwl, \ + uint8_t counter_mode, \ + uint16_t counter_value) { +/* 往控制字寄存器端口0x43中写入控制字 */ +// 最后一位为 0 ，即选择二进制 + outb(PIT_CONTROL_PORT, (uint8_t)(counter_no << 6 | rwl << 4 | counter_mode << 1)); +/* 先写入counter_value的低8位 */ + outb(counter_port, (uint8_t)counter_value); +/* 后写入counter_value的高8位 */ + outb(counter_port, (uint8_t)counter_port >> 8); +} + +// 初始化 8253 +void timer_init() { + put_str("timer_init start!\n"); + frequency_set(COUNTRER0_PORT, COUNTER0_NO, READ_WRITE_LATCH, COUNTER_MODE, COUNTER0_VALUE); + put_str("timer_init done!\n"); +} diff --git a/c8/assert/device/timer.h b/c8/assert/device/timer.h new file mode 100755 index 0000000..b83ed74 --- /dev/null +++ b/c8/assert/device/timer.h @@ -0,0 +1,6 @@ +#ifndef __DEVICE_TIME_H +#define __DEVICE_TIME_H +#include "stdint.h" +void timer_init(void); +#endif + diff --git a/c8/assert/include/boot.inc b/c8/assert/include/boot.inc new file mode 100755 index 0000000..6723479 --- /dev/null +++ b/c8/assert/include/boot.inc @@ -0,0 +1,56 @@ +;------------- loader和kernel ---------- + +LOADER_BASE_ADDR equ 0x900 +LOADER_STACK_TOP equ LOADER_BASE_ADDR +LOADER_START_SECTOR equ 0x2 + +KERNEL_BIN_BASE_ADDR equ 0x70000 +KERNEL_START_SECTOR equ 0x9 +KERNEL_ENTRY_POINT equ 0xc0001500 + +;------------- 页表配置 ---------------- +PAGE_DIR_TABLE_POS equ 0x100000 + +;-------------- gdt描述符属性 ----------- +DESC_G_4K equ 1_00000000000000000000000b +DESC_D_32 equ 1_0000000000000000000000b +DESC_L equ 0_000000000000000000000b ; 64位代码标记，此处标记为0便可。 +DESC_AVL equ 0_00000000000000000000b ; cpu不用此位，暂置为0 +DESC_LIMIT_CODE2 equ 1111_0000000000000000b +DESC_LIMIT_DATA2 equ DESC_LIMIT_CODE2 +DESC_LIMIT_VIDEO2 equ 0000_000000000000000b +DESC_P equ 1_000000000000000b +DESC_DPL_0 equ 00_0000000000000b +DESC_DPL_1 equ 01_0000000000000b +DESC_DPL_2 equ 10_0000000000000b +DESC_DPL_3 equ 11_0000000000000b +DESC_S_CODE equ 1_000000000000b +DESC_S_DATA equ DESC_S_CODE +DESC_S_sys equ 0_000000000000b +DESC_TYPE_CODE equ 1000_00000000b ;x=1,c=0,r=0,a=0 代码段是可执行的,非依从的,不可读的,已访问位a清0. +DESC_TYPE_DATA equ 0010_00000000b ;x=0,e=0,w=1,a=0 数据段是不可执行的,向上扩展的,可写的,已访问位a清0. + +DESC_CODE_HIGH4 equ (0x00 << 24) + DESC_G_4K + DESC_D_32 + DESC_L + DESC_AVL + DESC_LIMIT_CODE2 + DESC_P + DESC_DPL_0 + DESC_S_CODE + DESC_TYPE_CODE + 0x00 +DESC_DATA_HIGH4 equ (0x00 << 24) + DESC_G_4K + DESC_D_32 + DESC_L + DESC_AVL + DESC_LIMIT_DATA2 + DESC_P + DESC_DPL_0 + DESC_S_DATA + DESC_TYPE_DATA + 0x00 +DESC_VIDEO_HIGH4 equ (0x00 << 24) + DESC_G_4K + DESC_D_32 + DESC_L + DESC_AVL + DESC_LIMIT_VIDEO2 + DESC_P + DESC_DPL_0 + DESC_S_DATA + DESC_TYPE_DATA + 0x0b + +;-------------- 选择子属性 --------------- +RPL0 equ 00b +RPL1 equ 01b +RPL2 equ 10b +RPL3 equ 11b +TI_GDT equ 000b +TI_LDT equ 100b + + +;---------------- 页表相关属性 -------------- +PG_P equ 1b +PG_RW_R equ 00b +PG_RW_W equ 10b +PG_US_S equ 000b +PG_US_U equ 100b + + +;------------- program type 定义 -------------- +PT_NULL equ 0 + diff --git a/c8/assert/kernel/debug.c b/c8/assert/kernel/debug.c new file mode 100755 index 0000000..bef6acf --- /dev/null +++ b/c8/assert/kernel/debug.c @@ -0,0 +1,18 @@ +#include "debug.h" +#include "kernel/print.h" +#include "interrupt.h" + +/* 打印文件名,行号,函数名,条件并使程序悬停 */ +void panic_spin(char* filename, \ + int line, \ + const char* func, \ + const char* condition) \ +{ + intr_disable(); /* 打印文件名,行号,函数名,条件并使程序悬停 */ + put_str("\n\n\n!!!!! error !!!!!\n"); + put_str("filename:");put_str(filename);put_str("\n"); + put_str("line:0x");put_int(line);put_str("\n"); + put_str("function:");put_str((char*)func);put_str("\n"); + put_str("condition:");put_str((char*)condition);put_str("\n"); + while(1); +} \ No newline at end of file diff --git a/c8/assert/kernel/debug.h b/c8/assert/kernel/debug.h new file mode 100755 index 0000000..d4df982 --- /dev/null +++ b/c8/assert/kernel/debug.h @@ -0,0 +1,24 @@ +#ifndef __KERNEL_DEBUG_H +#define __KERNEL_DEBUG_H + +void panic_spin(char* filename, int line, const char* func, const char* condition); + +/*************************** __VA_ARGS__ ******************************* + * __VA_ARGS__ 是预处理器所支持的专用标识符。 + * 代表所有与省略号相对应的参数. + * "..."表示定义的宏其参数可变. + */ +#define PANIC(...) panic_spin (__FILE__, __LINE__, __func__, __VA_ARGS__) +/***********************************************************************/ + +#ifdef NDEBUG + #define ASSERT(CONDITION) ((void)0) +#else + #define ASSERT(CONDITION) \ + if (CONDITION) {} else { \ + /* 符号#让编译器将宏的参数转化为字符串字面量 */ \ + PANIC(#CONDITION); \ + } +#endif // __NDEBUG + +#endif // __KERNEL_DEBUG_H \ No newline at end of file diff --git a/c8/assert/kernel/global.h b/c8/assert/kernel/global.h new file mode 100755 index 0000000..73ef849 --- /dev/null +++ b/c8/assert/kernel/global.h @@ -0,0 +1,34 @@ +#ifndef _KERNEL_GLOBAL_H +#define _KERNEL_GLOBAL_H + +#include "stdint.h" + +# define RPL0 0 +# define RPL1 1 +# define RPL2 2 +# define RPL3 3 + +# define TI_GDT 0 +# define TI_LDT 1 + + +# define SELECTOR_K_CODE ((1 << 3) + (TI_GDT << 2) + RPL0) // 指向内核代码段的选择子 +# define SELECTOR_K_DATA ((2 << 3) + (TI_GDT << 2) + RPL0) +# define SELECTOR_K_STACK SELECTOR_K_DATA +# define SELECTOR_K_GS ((3 << 3) + (TI_GDT << 2) + RPL0) + +/* IDT描述符属性 */ +# define IDT_DESC_P 1 +# define IDT_DESC_DPL0 0 +# define IDT_DESC_DPL3 3 +// S 都为 0 +# define IDT_DESC_32_TYPE 0xE // 32 位的门 +# define IDT_DESC_16_TYPE 0x6 // 16 位的门 + +# define IDT_DESC_ATTR_DPL0 \ + ((IDT_DESC_P << 7) + (IDT_DESC_DPL0 << 5) + IDT_DESC_32_TYPE) + +# define IDT_DESC_ATTR_DPL3 \ + ((IDT_DESC_P << 7) + (IDT_DESC_DPL3 << 5) + IDT_DESC_32_TYPE) + +#endif \ No newline at end of file diff --git a/c8/assert/kernel/init.c b/c8/assert/kernel/init.c new file mode 100755 index 0000000..9286b36 --- /dev/null +++ b/c8/assert/kernel/init.c @@ -0,0 +1,11 @@ +#include "init.h" +#include "kernel/print.h" +#include "interrupt.h" +#include "../device/timer.h" + +/*负责初始化所有模块 */ +void init_all() { + put_str("init_all start!\n"); + idt_init(); + timer_init(); +} \ No newline at end of file diff --git a/c8/assert/kernel/init.h b/c8/assert/kernel/init.h new file mode 100755 index 0000000..bf575c9 --- /dev/null +++ b/c8/assert/kernel/init.h @@ -0,0 +1,4 @@ +#ifndef __KERNEL_INIT_H +#define __KERNEL_INIT_H +void init_all(void); +#endif diff --git a/c8/assert/kernel/interrupt.c b/c8/assert/kernel/interrupt.c new file mode 100755 index 0000000..8416d53 --- /dev/null +++ b/c8/assert/kernel/interrupt.c @@ -0,0 +1,178 @@ +# include "stdint.h" +# include "global.h" +# include "io.h" +# include "interrupt.h" + +#define IDT_DESC_CNT 0x21 // 现在支持的中断数 33 + +// 这里用的可编程中断控制器是8259A +#define PIC_M_CTRL 0x20 // 主片的控制端口是0x20 +#define PIC_M_DATA 0x21 // 主片的数据端口是0x21 +#define PIC_S_CTRL 0xa0 // 从片的控制端口是0xa0 +#define PIC_S_DATA 0xa1 // 从片的数据端口是0xa1 + +#define EFLAGS_IF 0x00000200 // eflags 寄存器的 if 位为 1 +#define GET_EFLAGS(EFLAG_VAR) asm volatile("pushfl; popl %0" : "=g" (EFLAG_VAR)) + +// 中断门描述符结构体 +struct gate_desc{ + uint16_t func_offset_low_word; + uint16_t selector; + uint8_t dcount; // 表示双字计数段门描述符的第 4 字节，为固定值 + + uint8_t attribute; + uint16_t func_offset_high_word; +}; + +// 创建中断门描述符函数，参数：指针、属性、描述符对应的中断函数 +static void make_idt_desc(struct gate_desc* p_gdesc, uint8_t attr, intr_handler function); +static struct gate_desc idt[IDT_DESC_CNT]; // 中断描述符数组 + +/** + * 中断的名称. + */ +char* intr_name[IDT_DESC_CNT]; // 用于保存异常名字的数组 +// 中断处理程序数组.在kernel.S中定义的intrXXentry只是中断处理程序的入口, +// 最终调用的是ide_table中的处理程序 +intr_handler idt_table[IDT_DESC_CNT]; +// 声明引用定义在kernel.S中的中断处理函数入口数组 +extern intr_handler intr_entry_table[IDT_DESC_CNT]; + +/* 初始化可编程中断控制器8259A */ +static void pic_init(void) { + // 初始化主片 + outb(PIC_M_CTRL, 0x11); // ICW1：边沿触发， 级联8259， 需要 ICW4 + outb(PIC_M_DATA, 0x20); // ICW2: 起始中断向量号为 0x20, 也就是IR[0-7] 为 0x20 ~ 0x27. + outb(PIC_M_DATA, 0x04); // ICW3: IR2 接从片 + outb(PIC_M_DATA, 0x01); // ICW4: 8086模式， 正常EOI + + /* 初始化从片 */ + outb(PIC_S_CTRL, 0x11); // ICW1: 边沿触发,级联8259, 需要ICW4. + outb(PIC_S_DATA, 0x28); // ICW2: 起始中断向量号为0x28,也就是IR[8-15] 为 0x28 ~ 0x2F. + outb(PIC_S_DATA, 0x02); // ICW3: 设置从片连接到主片的IR2引脚 + outb(PIC_S_DATA, 0x01); // ICW4: 8086 模式，正常 EOI + + // 打开主片上 IR0 ，也就是目前只接受时钟中断 + outb(PIC_M_DATA, 0xfe); + outb(PIC_S_DATA, 0xff); + + put_str(" pic_init done!\n"); +} + +/** + * 创建中断门描述符. + */ +static void make_idt_desc(struct gate_desc* p_gdesc, uint8_t attr, intr_handler function) { + p_gdesc->func_offset_low_word = (uint32_t) function & 0x0000FFFF; + p_gdesc->selector = SELECTOR_K_CODE; + p_gdesc->dcount = 0; + p_gdesc->attribute = attr; + p_gdesc->func_offset_high_word = ((uint32_t) function & 0xFFFF0000) >> 16; +} + +/** + * 初始化中断描述符表. + */ +static void idt_desc_init(void) { + int i; + for (i = 0; i < IDT_DESC_CNT; i++){ + make_idt_desc(&idt[i], IDT_DESC_ATTR_DPL0, intr_entry_table[i]); + } + put_str(" idt_desc_init done!\n"); +} + +/* 通用的中断处理函数,一般用在异常出现时的处理 */ +static void general_intr_handler(uint8_t vec_nr) { + if(vec_nr == 0x27 || vec_nr == 0x2f) { + return; + } + put_str("int vector: 0x"); + put_int(vec_nr); + put_char('\n'); +} + +/* 完成一般中断处理函数注册及异常名称注册 */ +static void exception_init(void) { // 完成一般中断处理函数注册及异常名称注册 + int i; + for (i = 0; i < IDT_DESC_CNT; i++){ + // 默认为general_intr_handler。 + // 以后会由register_handler来注册具体处理函数。 + idt_table[i] = general_intr_handler; + intr_name[i] = "unknown"; // 先统一赋值为unknown + } + intr_name[0] = "#DE Divide Error"; + intr_name[1] = "#DB Debug Exception"; + intr_name[2] = "NMI Interrupt"; + intr_name[3] = "#BP Breakpoint Exception"; + intr_name[4] = "#OF Overflow Exception"; + intr_name[5] = "#BR BOUND Range Exceeded Exception"; + intr_name[6] = "#UD Invalid Opcode Exception"; + intr_name[7] = "#NM Device Not Available Exception"; + intr_name[8] = "#DF Double Fault Exception"; + intr_name[9] = "Coprocessor Segment Overrun"; + intr_name[10] = "#TS Invalid TSS Exception"; + intr_name[11] = "#NP Segment Not Present"; + intr_name[12] = "#SS Stack Fault Exception"; + intr_name[13] = "#GP General Protection Exception"; + intr_name[14] = "#PF Page-Fault Exception"; + // intr_name[15] 第15项是intel保留项，未使用 + intr_name[16] = "#MF x87 FPU Floating-Point Error"; + intr_name[17] = "#AC Alignment Check Exception"; + intr_name[18] = "#MC Machine-Check Exception"; + intr_name[19] = "#XF SIMD Floating-Point Exception"; +} + +/* 开中断并返回开中断前的状态*/ +enum intr_status intr_enable() { + enum intr_status old_status; + if(INTR_ON == intr_get_status()) { + old_status = INTR_ON; + return old_status; + } else { + old_status = INTR_OFF; + asm volatile("sti"); // 开中断， sti 指令将 IF 位 置 1 + return old_status; + } +} + +/* 关中断,并且返回关中断前的状态 */ +enum intr_status intr_disable() { + enum intr_status old_status; + if(INTR_ON == intr_get_status()) { + old_status = INTR_ON; + asm volatile("cli" : : : "memory"); // 关中断，cli 指令将 IF 位 置 0 + return old_status; + } else { + old_status = INTR_OFF; + return old_status; + } +} + + +/* 将中断状态设置为status */ +enum intr_status intr_set_status(enum intr_status status) { + return status & INTR_ON ? intr_enable() : intr_disable(); +} + +/* 获取当前中断状态 */ +enum intr_status intr_get_status() { + uint32_t eflags = 0; + GET_EFLAGS(eflags); + // 判断 IF 位的值是否为 1 + return (EFLAGS_IF & eflags) ? INTR_ON : INTR_OFF; +} + +/*完成有关中断的所有初始化工作*/ +void idt_init() { + put_str("idt_init start!\n"); + idt_desc_init(); // 初始化中断描述符表 + exception_init(); + pic_init(); // 初始化 8259A + + // 加载 idt + // 尽管 LDTR 为 48位，我们没有 48 位变量，但是，可以采用 64 位，提取前 48 位即可 + // 指针只能转换为 对应长度 整型，因此需要先转换为 32 位 + uint64_t idt_operand = ((sizeof(idt) - 1) | ((uint64_t)(uint32_t)idt << 16)); + asm volatile("lidt %0" : : "m"(idt_operand));// m 表示 内存约束，实则是将idt_operand 地址传给 lidt + put_str("idt_init done!\n"); +} \ No newline at end of file diff --git a/c8/assert/kernel/interrupt.h b/c8/assert/kernel/interrupt.h new file mode 100755 index 0000000..f2882d6 --- /dev/null +++ b/c8/assert/kernel/interrupt.h @@ -0,0 +1,21 @@ +#ifndef __KERNEL_INTERRUPT_H +#define __KERNEL_INTERRUPT_H +#include "stdint.h" + +typedef void* intr_handler; +void idt_init(void); + +/* 定义中断的两种状态: + * INTR_OFF值为0,表示关中断, + * INTR_ON值为1,表示开中断 */ +enum intr_status { // 中断状态 + INTR_OFF, // 中断关闭 + INTR_ON // 中断打开 +}; + +enum intr_status intr_get_status(void); +enum intr_status intr_set_status (enum intr_status); +enum intr_status intr_enable (void); +enum intr_status intr_disable (void); + +#endif \ No newline at end of file diff --git a/c8/assert/kernel/kernel.S b/c8/assert/kernel/kernel.S new file mode 100755 index 0000000..e5010ca --- /dev/null +++ b/c8/assert/kernel/kernel.S @@ -0,0 +1,90 @@ +[bits 32] +; 对于CPU会自动压入错误码的中断类型，无需额外的操作 +%define ERROR_CODE nop +; 如果CPU没有压入错误码，为了保持处理逻辑的一致性，我们需要手动压入一个0 +%define ZERO push 0 + +# 调用 interrupt 中的函数来中断处理 +# extern put_str ; 声明外部函数 +extern idt_table ; idt_table 是 C 中注册的中断处理程序数组 + +section .data +global intr_entry_table +intr_entry_table: + +; 中断处理程序宏定义 +; 接受两个参数 +%macro VECTOR 2 +section .text +intr%1entry: ; %1 表示中断向量号，用于确定中断位置 + %2 ; 需要首先进行压入操作 nop / push 0 + + ; 保护上下文 + push ds + push es + push fs + push gs +; PUSHAD指令压入32位寄存器,其入栈顺序是: EAX,ECX,EDX,EBX,ESP,EBP,ESI,EDI + pushad + + ; 如果是从片上进入的中断,除了往从片上发送EOI外,还要往主片上发送EOI + mov al, 0x20 ; 中断结束命令 EOI + out 0xa0, al ; 向从片发送 + out 0x20, al ; 向主片发送 + +; 不管idt_table中的目标程序是否需要参数,都一律压入中断向量号,调试时很方便 + push %1 ; 向量号 + call [idt_table + %1*4] ; 调用 idt_table 中的中断处理函数 + jmp intr_exit + +section .data + dd intr%1entry + +%endmacro + +section .text +global intr_exit +intr_exit: +; 以下是恢复上下文环境 + add esp, 4 ; 跳过中断号 + popad + pop gs + pop fs + pop es + pop ds + add esp, 4 ; 跳过error_code + iretd + +VECTOR 0x00, ZERO +VECTOR 0x01, ZERO +VECTOR 0x02, ZERO +VECTOR 0x03, ZERO +VECTOR 0x04, ZERO +VECTOR 0x05, ZERO +VECTOR 0x06, ZERO +VECTOR 0x07, ZERO +VECTOR 0x08, ZERO +VECTOR 0x09, ZERO +VECTOR 0x0a, ZERO +VECTOR 0x0b, ZERO +VECTOR 0x0c, ZERO +VECTOR 0x0d, ZERO +VECTOR 0x0e, ZERO +VECTOR 0x0f, ZERO +VECTOR 0x10, ZERO +VECTOR 0x11, ZERO +VECTOR 0x12, ZERO +VECTOR 0x13, ZERO +VECTOR 0x14, ZERO +VECTOR 0x15, ZERO +VECTOR 0x16, ZERO +VECTOR 0x17, ZERO +VECTOR 0x18, ZERO +VECTOR 0x19, ZERO +VECTOR 0x1a, ZERO +VECTOR 0x1b, ZERO +VECTOR 0x1c, ZERO +VECTOR 0x1d, ZERO +VECTOR 0x1e, ERROR_CODE +VECTOR 0x1f, ZERO +VECTOR 0x20, ZERO \ No newline at end of file diff --git a/c8/assert/kernel/main.c b/c8/assert/kernel/main.c new file mode 100755 index 0000000..7fdeb02 --- /dev/null +++ b/c8/assert/kernel/main.c @@ -0,0 +1,12 @@ +#include "kernel/print.h" +#include "init.h" +#include "debug.h" + +int main(void) { + put_str("I am kernel!\n"); + init_all(); + ASSERT(1 == 2); + // asm volatile("sti"); // 打开中断 即将 EFLAGS 的 IF置为 1 + while(1); + return 0; +} \ No newline at end of file diff --git a/c8/assert/lib/kernel/io.h b/c8/assert/lib/kernel/io.h new file mode 100755 index 0000000..7a30b8f --- /dev/null +++ b/c8/assert/lib/kernel/io.h @@ -0,0 +1,49 @@ +/************** 机器模式 *************** + b -- 输出寄存器QImode名称,即寄存器中的最低8位:[a-d]l。 + w -- 输出寄存器HImode名称,即寄存器中2个字节的部分,如[a-d]x。 + + HImode + “Half-Integer”模式，表示一个两字节的整数。 + QImode + “Quarter-Integer”模式，表示一个一字节的整数。 +*******************************************/ +#ifndef _LIB_IO_H +# define _LIB_IO_H + +#include "stdint.h" + +/** + * 向指定的端口写入一个字节的数据. + * port 为 16 位即可容纳 65535 所有端口号 + * N 为立即数约束 + */ +static inline void outb(uint16_t port, uint8_t data) { + asm volatile("outb %b0, %w1" : : "a"(data), "Nd"(port)); +} +/* + * 将addr处起始的word_cnt个字写入端口port + * insw是将从端口port处读入的16位内容写入es:edi指向的内存, + * 我们在设置段描述符时, 已经将ds,es,ss段的选择子都设置为相同的值了, + * 此时不用担心数据错乱。 + */ +static inline void outsw(uint16_t port, const void* addr, uint32_t word_cnt) { + asm volatile("cld; rep outsw" : "+S"(addr), "+c"(word_cnt) : "d"(port)); +} + +/** + * 将从端口port读入的一个字节返回. + */ +static inline uint8_t inb(uint16_t port) { + uint8_t data; + asm volatile("inb %w1, %b0" : "=a"(data) : "Nd"(port)); + return data; +} + +/** + * 将从port读取的word_cnt字节写入addr. + */ +static inline void insw(uint16_t port, void* addr, uint32_t word_cnt) { + asm volatile("cld; rep insw" : "+D"(addr), "+c"(word_cnt) : "d"(port) : "memory"); +} + +#endif \ No newline at end of file diff --git a/c8/assert/lib/kernel/print.S b/c8/assert/lib/kernel/print.S new file mode 100755 index 0000000..52b9246 --- /dev/null +++ b/c8/assert/lib/kernel/print.S @@ -0,0 +1,217 @@ +TI_GDT equ 0 +RPL0 equ 0 +SELECTOR_VIDEO equ (0x0003<<3) + TI_GDT + RPL0 + +section .data +put_int_buffer dq 0 ; 定义8字节缓冲区用于数字到字符的转换 + +[bits 32] +section .text +;-------------------------------------------- +;put_str 通过put_char来打印以0字符结尾的字符串 +;-------------------------------------------- +;输入：栈中参数为打印的字符串 +;输出：无 + +global put_str +put_str: +;由于本函数中只用到了ebx和ecx,只备份这两个寄存器 + push ebx + push ecx + xor ecx, ecx ; 准备用ecx存储参数,清空 + mov ebx, [esp + 12] ; 从栈中得到待打印的字符串地址 +.goon: + mov cl, [ebx] + cmp cl, 0 ; 如果处理到了字符串尾,跳到结束处返回 + jz .str_over + push ecx ; 为put_char函数传递参数 + call put_char + add esp, 4 ; 回收参数所占的栈空间 + inc ebx ; 使ebx指向下一个字符 + jmp .goon +.str_over: + pop ecx + pop ebx + ret + +;------------------------ put_char ----------------------------- +;功能描述:把栈中的1个字符写入光标所在处 +;------------------------------------------------------------------- +global put_char +put_char: + pushad ;备份32位寄存器环境 + ;需要保证gs中为正确的视频段选择子,为保险起见,每次打印时都为gs赋值 + mov ax, SELECTOR_VIDEO ; 不能直接把立即数送入段寄存器 + mov gs, ax + +;;;;;;;;; 获取当前光标位置 ;;;;;;;;; + ;先获得高8位 + mov dx, 0x03d4 ;索引寄存器 + mov al, 0x0e ;用于提供光标位置的高8位 + out dx, al + mov dx, 0x03d5 ;通过读写数据端口0x3d5来获得或设置光标位置 + in al, dx ;得到了光标位置的高8位 + mov ah, al + + ;再获取低8位 + mov dx, 0x03d4 + mov al, 0x0f + out dx, al + mov dx, 0x03d5 + in al, dx + + ;将光标存入bx + mov bx, ax + ;下面这行是在栈中获取待打印的字符 + mov ecx, [esp + 36] ;pushad压入4×8＝32字节,加上主调函数的返回地址4字节,故esp+36字节 + cmp cl, 0xd ;CR是0x0d,LF是0x0a + jz .is_carriage_return + cmp cl, 0xa + jz .is_line_feed + + cmp cl, 0x8 ;BS(backspace)的asc码是8 + jz .is_backspace + jmp .put_other +;;;;;;;;;;;;;;;;;; + + .is_backspace: +;;;;;;;;;;;; backspace的一点说明 ;;;;;;;;;; +; 当为backspace时,本质上只要将光标移向前一个显存位置即可.后面再输入的字符自然会覆盖此处的字符 +; 但有可能在键入backspace后并不再键入新的字符,这时在光标已经向前移动到待删除的字符位置,但字符还在原处, +; 这就显得好怪异,所以此处添加了空格或空字符0 + dec bx + shl bx,1 + mov byte [gs:bx], 0x20 ;将待删除的字节补为0或空格皆可 + inc bx + mov byte [gs:bx], 0x07 + shr bx,1 + jmp .set_cursor +;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;; + + .put_other: + shl bx, 1 ; 光标位置是用2字节表示,将光标值乘2,表示对应显存中的偏移字节 + mov [gs:bx], cl ; ascii字符本身 + inc bx + mov byte [gs:bx],0x07 ; 字符属性 + shr bx, 1 ; 恢复老的光标值 + inc bx ; 下一个光标值 + cmp bx, 2000 + jl .set_cursor ; 若光标值小于2000,表示未写到显存的最后,则去设置新的光标值 + ; 若超出屏幕字符数大小(2000)则换行处理 + .is_line_feed: ; 是换行符LF(\n) + .is_carriage_return: ; 是回车符CR(\r) + ; 如果是CR(\r),只要把光标移到行首就行了。 + xor dx, dx ; dx是被除数的高16位,清0. + mov ax, bx ; ax是被除数的低16位. + mov si, 80 ; 由于是效仿linux，linux中\n便表示下一行的行首，所以本系统中， + div si ; 把\n和\r都处理为linux中\n的意思，也就是下一行的行首。 + sub bx, dx ; 光标值减去除80的余数便是取整 + ; 以上4行处理\r的代码 + + .is_carriage_return_end: ; 回车符CR处理结束 + add bx, 80 + cmp bx, 2000 + .is_line_feed_end: ; 若是LF(\n),将光标移+80便可。 + jl .set_cursor + +;屏幕行范围是0~24,滚屏的原理是将屏幕的1~24行搬运到0~23行,再将第24行用空格填充 + .roll_screen: ; 若超出屏幕大小，开始滚屏 + cld + mov ecx, 960 ; 一共有2000-80=1920个字符要搬运,共1920*2=3840字节.一次搬4字节,共3840/4=960次 + mov esi, 0xb80a0 ; 第1行行首 + mov edi, 0xb8000 ; 第0行行首 + rep movsd + +;;;;;;;将最后一行填充为空白 + mov ebx, 3840 ; 最后一行首字符的第一个字节偏移= 1920 * 2 + mov ecx, 80 ;一行是80字符(160字节),每次清空1字符(2字节),一行需要移动80次 + .cls: + mov word [gs:ebx], 0x0720 ;0x0720是黑底白字的空格键 + add ebx, 2 + loop .cls + mov bx,1920 ;将光标值重置为1920,最后一行的首字符. + + .set_cursor: + ;将光标设为bx值 +;;;;;;; 1 先设置高8位 ;;;;;;;; + mov dx, 0x03d4 ;索引寄存器 + mov al, 0x0e ;用于提供光标位置的高8位 + out dx, al + mov dx, 0x03d5 ;通过读写数据端口0x3d5来获得或设置光标位置 + mov al, bh + out dx, al + +;;;;;;; 2 再设置低8位 ;;;;;;;;; + mov dx, 0x03d4 + mov al, 0x0f + out dx, al + mov dx, 0x03d5 + mov al, bl + out dx, al + .put_char_done: + popad + ret + +;-------------------- 将小端字节序的数字变成对应的ascii后，倒置 ----------------------- +;输入：栈中参数为待打印的数字 +;输出：在屏幕上打印16进制数字,并不会打印前缀0x,如打印10进制15时，只会直接打印f，不会是0xf +;------------------------------------------------------------------------------------------ +global put_int +put_int: + pushad + mov ebp, esp + mov eax, [ebp+4*9] ; call的返回地址占4字节+pushad的8个4字节 + mov edx, eax + mov edi, 7 ; 指定在put_int_buffer中初始的偏移量 + mov ecx, 8 ; 32位数字中,16进制数字的位数是8个 + mov ebx, put_int_buffer + +;将32位数字按照16进制的形式从低位到高位逐个处理,共处理8个16进制数字 +.16based_4bits: ; 每4位二进制是16进制数字的1位,遍历每一位16进制数字 + and edx, 0x0000000F ; 解析16进制数字的每一位。and与操作后,edx只有低4位有效 + cmp edx, 9 ; 数字0～9和a~f需要分别处理成对应的字符 + jg .is_A2F + add edx, '0' ; ascii码是8位大小。add求和操作后,edx低8位有效。 + jmp .store +.is_A2F: + sub edx, 10 ; A~F 减去10 所得到的差,再加上字符A的ascii码,便是A~F对应的ascii码 + add edx, 'A' + +;将每一位数字转换成对应的字符后,按照类似“大端”的顺序存储到缓冲区put_int_buffer +;高位字符放在低地址,低位字符要放在高地址,这样和大端字节序类似,只不过咱们这里是字符序. +.store: +; 此时dl中应该是数字对应的字符的ascii码 + mov [ebx+edi], dl + dec edi + shr eax, 4 + mov edx, eax + loop .16based_4bits + +;现在put_int_buffer中已全是字符,打印之前, +;把高位连续的字符去掉,比如把字符000123变成123 +.ready_to_print: + inc edi ; 此时edi退减为-1(0xffffffff),加1使其为0 +.skip_prefix_0: + cmp edi,8 ; 若已经比较第9个字符了，表示待打印的字符串为全0 + je .full0 +;找出连续的0字符, edi做为非0的最高位字符的偏移 +.go_on_skip: + mov cl, [put_int_buffer+edi] + inc edi + cmp cl, '0' + je .skip_prefix_0 ; 继续判断下一位字符是否为字符0(不是数字0) + dec edi ;edi在上面的inc操作中指向了下一个字符,若当前字符不为'0',要恢复edi指向当前字符 + jmp .put_each_num + +.full0: + mov cl,'0' ; 输入的数字为全0时，则只打印0 +.put_each_num: + push ecx ; 此时cl中为可打印的字符 + call put_char + add esp, 4 + inc edi ; 使edi指向下一个字符 + mov cl, [put_int_buffer+edi] ; 获取下一个字符到cl寄存器 + cmp edi,8 + jl .put_each_num + popad + ret diff --git a/c8/assert/lib/kernel/print.h b/c8/assert/lib/kernel/print.h new file mode 100755 index 0000000..903039e --- /dev/null +++ b/c8/assert/lib/kernel/print.h @@ -0,0 +1,8 @@ +#ifndef __LIB_KERNEL_PRINT_H +#define __LIB_KERNEL_PRINT_H +#include "stdint.h" +void put_char(uint8_t char_asci); +void put_str(char* message); +void put_int(uint32_t num); // 以16进制打印 +#endif + diff --git a/c8/assert/lib/stdint.h b/c8/assert/lib/stdint.h new file mode 100755 index 0000000..af563e0 --- /dev/null +++ b/c8/assert/lib/stdint.h @@ -0,0 +1,11 @@ +#ifndef __LIB_STDINT_H +#define __LIB_STDINT_H +typedef signed char int8_t; +typedef signed short int int16_t; +typedef signed int int32_t; +typedef signed long long int int64_t; +typedef unsigned char uint8_t; +typedef unsigned short int uint16_t; +typedef unsigned int uint32_t; +typedef unsigned long long int uint64_t; +#endif diff --git a/c8/assert/lib/string.c b/c8/assert/lib/string.c new file mode 100755 index 0000000..0eda36c --- /dev/null +++ b/c8/assert/lib/string.c @@ -0,0 +1,121 @@ +#include "string.h" +#include "kernel/global.h" +#include "kernel/debug.h" + +/* 进行初始化 将dst_起始的size个字节置为value */ +// 通常用于内存分配时的数据清 0 +void memset(void* dst_, uint8_t value, uint32_t size) { + ASSERT(dst_ != NULL); + uint8_t* dst = (uint8_t*)dst_; + while (size-- > 0){ + *dst++ = value; + } +} + +/* 将src_起始的size个字节复制到dst_ */ +void memcpy(void* dst_, const void* src_, uint32_t size) { + ASSERT(dst_ != NULL && src_ != NULL); + uint8_t* dst = dst_; + const uint8_t* src = src_; + while(size-- > 0) { + *dst++ = *src++; + } +} + +/* 连续比较以地址a_和地址b_开头的size个字节, + 若相等则返回0,若a_大于b_返回+1,否则返回-1 */ +int memcmp(const void* a_, const void* b_, uint32_t size) { + const char* a = a_; + const char* b = b_; + ASSERT(a != NULL && b != NULL); + while(size-- > 0) { + if(*a != *b) { + return *a > *b ? 1 : -1; + } + a++; + b++; + } + // 至此说明相等 + return 0; +} + +/* 将字符串从src_复制到dst_ */ +char* strcpy(char* dst_, const char* src_) { + ASSERT(dst_ != NULL && src_ != NULL); + char* temp = dst_; // 暂存地址 + // 以 字符串结尾 '0' 作为终止条件 + while((*dst_++ = *src_++)); + return temp; +} + + +/* 返回字符串长度 */ +uint32_t strlen(const char* str) { + ASSERT(str != NULL); + const char* end = str;// 标记结尾处位置 + // 和strcpy 函数一样，遇到 '0'停止 + while(*end++); + return (end - str - 1); +} +/* 比较两个字符串,若a_中的字符大于b_中的字符返回1,相等时返回0,否则返回-1. */ +int8_t strcmp (const char* a, const char* b) { + ASSERT(a != NULL && b != NULL); + while(*a != 0 && *a == *b) { + a++; + b++; + } + // 如果 < 就返回 -1 + // 如果 >= 就前往 布尔式 + // 该布尔式表示，要是 > 就 返回 1, 否则只可能是 = ，布尔值刚好是 0 + return *a < *b ? -1 : *a > *b; +} + +/* 从左到右查找字符串str中首次出现字符ch的地址(不是下标,是地址) */ +char* strchr(const char* str, const uint8_t ch) { + ASSERT(str != NULL); + while(*str != 0) { + if(*str == ch) { + return (char*) str;// 强制转换 + } + str++; + } + return NULL; +} + +/* 从右往左查找字符串str中首次出现字符ch的地址(不是下标,是地址) */ +char* strrchr(const char* str, const uint8_t ch) { + ASSERT(str != NULL); + const char* last = NULL; + // 从左往右遍历，将 last 更新即可，这样便不用手动判断 '0' + while(*str != 0) { + if(*str == ch) { + last = str; + } + str++; + } + return (char*)last; +} + +/* 将字符串src_拼接到dst_后,将回拼接的串地址 */ +char* strcat(char* dst_, const char* src_) { + ASSERT(dst_ != NULL && src_ != NULL); + char* str = dst_; + while(*str++);// 循环到末尾 + --str;//得到拼接位置 + while((*str++ = *src_++)); + return dst_; +} + +/* 在字符串str中查找指定字符ch出现的次数 */ +uint32_t strchrs(const char* str, uint8_t ch) { + ASSERT(str != NULL); + uint32_t cnt = 0; + const char* temp = str; + while(*temp != 0) { + if(*temp == ch) { + cnt++; + } + temp++; + } + return cnt; +} \ No newline at end of file diff --git a/c8/assert/lib/string.h b/c8/assert/lib/string.h new file mode 100755 index 0000000..e69de29 diff --git a/c8/assert/makefile b/c8/assert/makefile new file mode 100755 index 0000000..ebbc06c --- /dev/null +++ b/c8/assert/makefile @@ -0,0 +1,79 @@ +BUILD_DIR = ./build +# 存储编译的所有文件 +ENTRY_POINT = 0xc0001500 +# ld 链接 -Ttext参数 +# 编译器及编译参数 +AS = nasm +CC = gcc +LD = ld +LIB = -I lib/ -I lib/kernel/ -I lib/user/ -I kernel/ -I device/ +ASFLAGS = -f elf +ASIB = -I include/ +CFLAGS = -Wall -m32 -fno-stack-protector $(LIB) -c -fno-builtin \ + -W -Wstrict-prototypes -Wmissing-prototypes +LDFLAGS = -m elf_i386 -Ttext $(ENTRY_POINT) -e main -Map $(BUILD_DIR)/kernel.map +OBJS = $(BUILD_DIR)/main.o $(BUILD_DIR)/init.o $(BUILD_DIR)/interrupt.o \ + $(BUILD_DIR)/timer.o $(BUILD_DIR)/kernel.o $(BUILD_DIR)/print.o \ + $(BUILD_DIR)/debug.o + + +############## c代码编译 ############### +$(BUILD_DIR)/main.o: kernel/main.c lib/kernel/print.h \ + lib/stdint.h kernel/init.h + $(CC) $(CFLAGS) $< -o $@ + +$(BUILD_DIR)/init.o: kernel/init.c kernel/init.h lib/kernel/print.h \ + lib/stdint.h kernel/interrupt.h device/timer.h + $(CC) $(CFLAGS) $< -o $@ + +$(BUILD_DIR)/interrupt.o: kernel/interrupt.c kernel/interrupt.h \ + lib/stdint.h kernel/global.h lib/kernel/io.h lib/kernel/print.h + $(CC) $(CFLAGS) $< -o $@ + +$(BUILD_DIR)/timer.o: device/timer.c device/timer.h lib/stdint.h\ + lib/kernel/io.h lib/kernel/print.h + $(CC) $(CFLAGS) $< -o $@ + +$(BUILD_DIR)/debug.o: kernel/debug.c kernel/debug.h \ + lib/kernel/print.h lib/stdint.h kernel/interrupt.h + $(CC) $(CFLAGS) $< -o $@ + +# 编译loader和mbr +$(BUILD_DIR)/mbr.bin: boot/mbr.S + $(AS) $(ASIB) $< -o $@ + +$(BUILD_DIR)/loader.bin: boot/loader.S + $(AS) $(ASIB) $< -o $@ + +############## 汇编代码编译 ############### +$(BUILD_DIR)/kernel.o: kernel/kernel.S + $(AS) $(ASFLAGS) $< -o $@ +$(BUILD_DIR)/print.o: lib/kernel/print.S + $(AS) $(ASFLAGS) $< -o $@ + +############## 链接所有目标文件 ############# +$(BUILD_DIR)/kernel.bin: $(OBJS) + $(LD) $(LDFLAGS) $^ -o $@ + +.PHONY : mk_dir hd clean tran all + +mk_dir: + #if [[ ! -d $(BUILD_DIR) ]];then mkdir $(BUILD_DIR);fi + mkdir $(BUILD_DIR); +hd: + # echo ".....Writing mbr, loader and kernel to disk....." + dd if=$(BUILD_DIR)/mbr.bin of=/home/husharp/bochs_hu/bochs/hd60M.img bs=512 count=1 conv=notrunc + dd if=$(BUILD_DIR)/loader.bin of=/home/husharp/bochs_hu/bochs/hd60M.img bs=512 count=4 seek=2 conv=notrunc + dd if=$(BUILD_DIR)/kernel.bin of=/home/husharp/bochs_hu/bochs/hd60M.img bs=512 count=200 seek=9 conv=notrunc + + +clean: + cd $(BUILD_DIR) && rm -f ./* + +build: $(BUILD_DIR)/mbr.bin $(BUILD_DIR)/loader.bin $(BUILD_DIR)/kernel.bin + # echo ".....build kernel now....." + +all: mk_dir build hd tran + +tran: + cd /home/husharp/bochs_hu/bochs/ && bin/bochs -f bochsrc.disk \ No newline at end of file diff --git a/c8/assert/makefile_2 b/c8/assert/makefile_2 new file mode 100755 index 0000000..8cb9fa7 --- /dev/null +++ b/c8/assert/makefile_2 @@ -0,0 +1,64 @@ +BUILD_DIR = build +ENTRY_POINT = 0xc0001500 +AS = nasm +CC = gcc +LD = ld +LIB = -I lib/ -I kernel/ -I device/ +ASFLAGS = -f elf +ASIB = -I include/ +CFLAGS = -Wall -m32 -fno-stack-protector $(LIB) -c -fno-builtin -W -Wstrict-prototypes -Wmissing-prototypes +LDFLAGS = -m elf_i386 -Ttext $(ENTRY_POINT) -e main -Map $(BUILD_DIR)/kernel.map +OBJS = $(BUILD_DIR)/main.o $(BUILD_DIR)/init.o $(BUILD_DIR)/interrupt.o $(BUILD_DIR)/timer.o $(BUILD_DIR)/kernel.o $(BUILD_DIR)/print.o $(BUILD_DIR)/debug.o + +# C代码编译 +$(BUILD_DIR)/main.o: kernel/main.c lib/kernel/print.h lib/stdint.h kernel/init.h + $(CC) $(CFLAGS) $< -o $@ + +$(BUILD_DIR)/init.o: kernel/init.c kernel/init.h lib/kernel/print.h lib/stdint.h kernel/interrupt.h device/timer.h + $(CC) $(CFLAGS) $< -o $@ + +$(BUILD_DIR)/interrupt.o: kernel/interrupt.c kernel/interrupt.h lib/stdint.h kernel/global.h kernel/io.h lib/kernel/print.h + $(CC) $(CFLAGS) $< -o $@ + +$(BUILD_DIR)/timer.o: device/timer.c device/timer.h lib/stdint.h kernel/io.h lib/kernel/print.h + $(CC) $(CFLAGS) $< -o $@ + +$(BUILD_DIR)/debug.o: kernel/debug.c kernel/debug.h lib/kernel/print.h lib/stdint.h kernel/interrupt.h + $(CC) $(CFLAGS) $< -o $@ + +# 编译loader和mbr +$(BUILD_DIR)/mbr.bin: mbr.asm + $(AS) $(ASIB) $< -o $@ + +$(BUILD_DIR)/loader.bin: loader.asm + $(AS) $(ASIB) $< -o $@ + +# 编译汇编 +$(BUILD_DIR)/kernel.o: kernel/kernel.asm + $(AS) $(ASFLAGS) $< -o $@ + +$(BUILD_DIR)/print.o: lib/kernel/print.asm + $(AS) $(ASFLAGS) $< -o $@ + +# 链接 +$(BUILD_DIR)/kernel.bin: $(OBJS) + $(LD) $(LDFLAGS) $^ -o $@ + +.PHONY: mk_dir hd clean all + +mk_dir: + if [ ! -d $(BUILD_DIR) ]; then mkdir $(BUILD_DIR); fi + bximage -hd -mode=flat -size=10 -q disk.img + echo "Create image done." + +hd: + dd if=$(BUILD_DIR)/mbr.bin of=disk.img bs=512 count=1 conv=notrunc + dd if=$(BUILD_DIR)/loader.bin of=disk.img bs=512 count=4 seek=2 conv=notrunc + dd if=$(BUILD_DIR)/kernel.bin of=disk.img bs=512 count=200 seek=9 conv=notrunc + +clean: + rm -rf disk.img $(BUILD_DIR) + +build: $(BUILD_DIR)/mbr.bin $(BUILD_DIR)/loader.bin $(BUILD_DIR)/kernel.bin + +all: mk_dir build hd \ No newline at end of file diff --git a/c8/memory_manager/boot/loader.S b/c8/memory_manager/boot/loader.S new file mode 100755 index 0000000..d247cf5 --- /dev/null +++ b/c8/memory_manager/boot/loader.S @@ -0,0 +1,380 @@ + %include "boot.inc" + section loader vstart=LOADER_BASE_ADDR +;构建gdt及其内部的描述符 + GDT_BASE: dd 0x00000000 + dd 0x00000000 + + CODE_DESC: dd 0x0000FFFF + dd DESC_CODE_HIGH4 + + DATA_STACK_DESC: dd 0x0000FFFF + dd DESC_DATA_HIGH4 + + VIDEO_DESC: dd 0x80000007 ; limit=(0xbffff-0xb8000)/4k=0x7 + dd DESC_VIDEO_HIGH4 ; 此时dpl为0 + + GDT_SIZE equ $ - GDT_BASE + GDT_LIMIT equ GDT_SIZE - 1 + times 60 dq 0 ; 此处预留60个描述符的空位(slot) + SELECTOR_CODE equ (0x0001<<3) + TI_GDT + RPL0 ; 相当于(CODE_DESC - GDT_BASE)/8 + TI_GDT + RPL0 + SELECTOR_DATA equ (0x0002<<3) + TI_GDT + RPL0 ; 同上 + SELECTOR_VIDEO equ (0x0003<<3) + TI_GDT + RPL0 ; 同上 + + ; total_mem_bytes用于保存内存容量,以字节为单位,此位置比较好记。 + ; 当前偏移loader.bin文件头0x200字节,loader.bin的加载地址是0x900, + ; 故total_mem_bytes内存中的地址是0xb00.将来在内核中咱们会引用此地址 + total_mem_bytes dd 0 + ;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;; + + ;以下是定义gdt的指针，前2字节是gdt界限，后4字节是gdt起始地址 + gdt_ptr dw GDT_LIMIT + dd GDT_BASE + + ;人工对齐:total_mem_bytes4字节+gdt_ptr6字节+ards_buf244字节+ards_nr2,共256字节 + ards_buf times 244 db 0 + ards_nr dw 0 ;用于记录ards结构体数量 + + loader_start: + +;------- int 15h eax = 0000E820h ,edx = 534D4150h ('SMAP') 获取内存布局 ------- + + xor ebx, ebx ;第一次调用时，ebx值要为0 + mov edx, 0x534d4150 ;edx只赋值一次，循环体中不会改变 + mov di, ards_buf ;ards结构缓冲区 +.e820_mem_get_loop: ;循环获取每个ARDS内存范围描述结构 + mov eax, 0x0000e820 ;执行int 0x15后,eax值变为0x534d4150,所以每次执行int前都要更新为子功能号。 + mov ecx, 20 ;ARDS地址范围描述符结构大小是20字节 + int 0x15 + jc .e820_failed_so_try_e801 ;若cf位为1则有错误发生，尝试0xe801子功能 + add di, cx ;使di增加20字节指向缓冲区中新的ARDS结构位置 + inc word [ards_nr] ;记录ARDS数量 + cmp ebx, 0 ;若ebx为0且cf不为1,这说明ards全部返回，当前已是最后一个 + jnz .e820_mem_get_loop + +;在所有ards结构中，找出(base_add_low + length_low)的最大值，即内存的容量。 + mov cx, [ards_nr] ;遍历每一个ARDS结构体,循环次数是ARDS的数量 + mov ebx, ards_buf + xor edx, edx ;edx为最大的内存容量,在此先清0 +.find_max_mem_area: ;无须判断type是否为1,最大的内存块一定是可被使用 + mov eax, [ebx] ;base_add_low + add eax, [ebx+8] ;length_low + add ebx, 20 ;指向缓冲区中下一个ARDS结构 + cmp edx, eax ;冒泡排序，找出最大,edx寄存器始终是最大的内存容量 + jge .next_ards + mov edx, eax ;edx为总内存大小 +.next_ards: + loop .find_max_mem_area + jmp .mem_get_ok + +;------ int 15h ax = E801h 获取内存大小,最大支持4G ------ +; 返回后, ax cx 值一样,以KB为单位,bx dx值一样,以64KB为单位 +; 在ax和cx寄存器中为低16M,在bx和dx寄存器中为16MB到4G。 +.e820_failed_so_try_e801: + mov ax,0xe801 + int 0x15 + jc .e801_failed_so_try88 ;若当前e801方法失败,就尝试0x88方法 + +;1 先算出低15M的内存,ax和cx中是以KB为单位的内存数量,将其转换为以byte为单位 + mov cx,0x400 ;cx和ax值一样,cx用做乘数 + mul cx + shl edx,16 + and eax,0x0000FFFF + or edx,eax + add edx, 0x100000 ;ax只是15MB,故要加1MB + mov esi,edx ;先把低15MB的内存容量存入esi寄存器备份 + +;2 再将16MB以上的内存转换为byte为单位,寄存器bx和dx中是以64KB为单位的内存数量 + xor eax,eax + mov ax,bx + mov ecx, 0x10000 ;0x10000十进制为64KB + mul ecx ;32位乘法,默认的被乘数是eax,积为64位,高32位存入edx,低32位存入eax. + add esi,eax ;由于此方法只能测出4G以内的内存,故32位eax足够了,edx肯定为0,只加eax便可 + mov edx,esi ;edx为总内存大小 + jmp .mem_get_ok + +;----------------- int 15h ah = 0x88 获取内存大小,只能获取64M之内 ---------- +.e801_failed_so_try88: + ;int 15后，ax存入的是以kb为单位的内存容量 + mov ah, 0x88 + int 0x15 + jc .error_hlt + and eax,0x0000FFFF + + ;16位乘法，被乘数是ax,积为32位.积的高16位在dx中，积的低16位在ax中 + mov cx, 0x400 ;0x400等于1024,将ax中的内存容量换为以byte为单位 + mul cx + shl edx, 16 ;把dx移到高16位 + or edx, eax ;把积的低16位组合到edx,为32位的积 + add edx,0x100000 ;0x88子功能只会返回1MB以上的内存,故实际内存大小要加上1MB + +.mem_get_ok: + mov [total_mem_bytes], edx ;将内存换为byte单位后存入total_mem_bytes处。 + + +;----------------- 准备进入保护模式 ------------------- +;1 打开A20 +;2 加载gdt +;3 将cr0的pe位置1 + + ;----------------- 打开A20 ---------------- + in al,0x92 + or al,0000_0010B + out 0x92,al + + ;----------------- 加载GDT ---------------- + lgdt [gdt_ptr] + + ;----------------- cr0第0位置1 ---------------- + mov eax, cr0 + or eax, 0x00000001 + mov cr0, eax + + jmp dword SELECTOR_CODE:p_mode_start ; 刷新流水线，避免分支预测的影响,这种cpu优化策略，最怕jmp跳转， + ; 这将导致之前做的预测失效，从而起到了刷新的作用。 +.error_hlt: ;出错则挂起 + hlt + +[bits 32] +p_mode_start: + mov ax, SELECTOR_DATA + mov ds, ax + mov es, ax + mov ss, ax + mov esp,LOADER_STACK_TOP + mov ax, SELECTOR_VIDEO + mov gs, ax + +; ------------------------- 加载kernel ---------------------- + mov eax, KERNEL_START_SECTOR ; kernel.bin所在的扇区号 + mov ebx, KERNEL_BIN_BASE_ADDR ; 从磁盘读出后，写入到ebx指定的地址 + mov ecx, 200 ; 读入的扇区数 + + call rd_disk_m_32 + + ; 创建页目录及页表并初始化页内存位图 + call setup_page + + ;要将描述符表地址及偏移量写入内存gdt_ptr,一会用新地址重新加载 + sgdt [gdt_ptr] ; 存储到原来gdt所有的位置 + + ;将gdt描述符中视频段描述符中的段基址+0xc0000000 + mov ebx, [gdt_ptr + 2] + or dword [ebx + 0x18 + 4], 0xc0000000 ;视频段是第3个段描述符,每个描述符是8字节,故0x18。 + ;段描述符的高4字节的最高位是段基址的31~24位 + + ;将gdt的基址加上0xc0000000使其成为内核所在的高地址 + add dword [gdt_ptr + 2], 0xc0000000 + + add esp, 0xc0000000 ; 将栈指针同样映射到内核地址 + + ; 把页目录地址赋给cr3 + mov eax, PAGE_DIR_TABLE_POS + mov cr3, eax + + ; 打开cr0的pg位(第31位) + mov eax, cr0 + or eax, 0x80000000 + mov cr0, eax + + ;在开启分页后,用gdt新的地址重新加载 + lgdt [gdt_ptr] ; 重新加载 + +;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;; 此时不刷新流水线也没问题 ;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;; +;由于一直处在32位下,原则上不需要强制刷新,经过实际测试没有以下这两句也没问题. +;但以防万一，还是加上啦，免得将来出来莫句奇妙的问题. + jmp SELECTOR_CODE:enter_kernel ;强制刷新流水线,更新gdt +enter_kernel: +;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;; + call kernel_init + mov esp, 0xc009f000 + jmp KERNEL_ENTRY_POINT ; 用地址0x1500访问测试，结果ok + + +;----------------- 将kernel.bin中的segment拷贝到编译的地址 ----------- +kernel_init: + xor eax, eax + xor ebx, ebx ;ebx记录程序头表地址 + xor ecx, ecx ;cx记录程序头表中的program header数量 + xor edx, edx ;dx 记录program header尺寸,即e_phentsize + + mov dx, [KERNEL_BIN_BASE_ADDR + 42] ; 偏移文件42字节处的属性是e_phentsize,表示program header大小 + mov ebx, [KERNEL_BIN_BASE_ADDR + 28] ; 偏移文件开始部分28字节的地方是e_phoff,表示第1 个program header在文件中的偏移量 + ; 其实该值是0x34,不过还是谨慎一点，这里来读取实际值 + add ebx, KERNEL_BIN_BASE_ADDR + mov cx, [KERNEL_BIN_BASE_ADDR + 44] ; 偏移文件开始部分44字节的地方是e_phnum,表示有几个program header +.each_segment: + cmp byte [ebx + 0], PT_NULL ; 若p_type等于 PT_NULL,说明此program header未使用。 + je .PTNULL + + ;为函数memcpy压入参数,参数是从右往左依然压入.函数原型类似于 memcpy(dst,src,size) + push dword [ebx + 16] ; program header中偏移16字节的地方是p_filesz,压入函数memcpy的第三个参数:size + mov eax, [ebx + 4] ; 距程序头偏移量为4字节的位置是p_offset + add eax, KERNEL_BIN_BASE_ADDR ; 加上kernel.bin被加载到的物理地址,eax为该段的物理地址 + push eax ; 压入函数memcpy的第二个参数:源地址 + push dword [ebx + 8] ; 压入函数memcpy的第一个参数:目的地址,偏移程序头8字节的位置是p_vaddr，这就是目的地址 + call mem_cpy ; 调用mem_cpy完成段复制 + add esp,12 ; 清理栈中压入的三个参数 +.PTNULL: + add ebx, edx ; edx为program header大小,即e_phentsize,在此ebx指向下一个program header + loop .each_segment + ret + +;---------- 逐字节拷贝 mem_cpy(dst,src,size) ------------ +;输入:栈中三个参数(dst,src,size) +;输出:无 +;--------------------------------------------------------- +mem_cpy: + cld + push ebp + mov ebp, esp + push ecx ; rep指令用到了ecx，但ecx对于外层段的循环还有用，故先入栈备份 + mov edi, [ebp + 8] ; dst + mov esi, [ebp + 12] ; src + mov ecx, [ebp + 16] ; size + rep movsb ; 逐字节拷贝 + + ;恢复环境 + pop ecx + pop ebp + ret + + +;------------- 创建页目录及页表 --------------- +setup_page: +;先把页目录占用的空间逐字节清0 + mov ecx, 4096 + mov esi, 0 +.clear_page_dir: + mov byte [PAGE_DIR_TABLE_POS + esi], 0 + inc esi + loop .clear_page_dir + +;开始创建页目录项(PDE) +.create_pde: ; 创建Page Directory Entry + mov eax, PAGE_DIR_TABLE_POS + add eax, 0x1000 ; 此时eax为第一个页表的位置及属性 + mov ebx, eax ; 此处为ebx赋值，是为.create_pte做准备，ebx为基址。 + +; 下面将页目录项0和0xc00都存为第一个页表的地址， +; 一个页表可表示4MB内存,这样0xc03fffff以下的地址和0x003fffff以下的地址都指向相同的页表， +; 这是为将地址映射为内核地址做准备 + or eax, PG_US_U | PG_RW_W | PG_P ; 页目录项的属性RW和P位为1,US为1,表示用户属性,所有特权级别都可以访问. + mov [PAGE_DIR_TABLE_POS + 0x0], eax ; 第1个目录项,在页目录表中的第1个目录项写入第一个页表的位置(0x101000)及属性(3) + mov [PAGE_DIR_TABLE_POS + 0xc00], eax ; 一个页表项占用4字节,0xc00表示第768个页表占用的目录项,0xc00以上的目录项用于内核空间, + ; 也就是页表的0xc0000000~0xffffffff共计1G属于内核,0x0~0xbfffffff共计3G属于用户进程. + sub eax, 0x1000 + mov [PAGE_DIR_TABLE_POS + 4092], eax ; 使最后一个目录项指向页目录表自己的地址 + +;下面创建页表项(PTE) + mov ecx, 256 ; 1M低端内存 / 每页大小4k = 256 + mov esi, 0 + mov edx, PG_US_U | PG_RW_W | PG_P ; 属性为7,US=1,RW=1,P=1 +.create_pte: ; 创建Page Table Entry + mov [ebx+esi*4],edx ; 此时的ebx已经在上面通过eax赋值为0x101000,也就是第一个页表的地址 + add edx,4096 + inc esi + loop .create_pte + +;创建内核其它页表的PDE + mov eax, PAGE_DIR_TABLE_POS + add eax, 0x2000 ; 此时eax为第二个页表的位置 + or eax, PG_US_U | PG_RW_W | PG_P ; 页目录项的属性RW和P位为1,US为0 + mov ebx, PAGE_DIR_TABLE_POS + mov ecx, 254 ; 范围为第769~1022的所有目录项数量 + mov esi, 769 +.create_kernel_pde: + mov [ebx+esi*4], eax + inc esi + add eax, 0x1000 + loop .create_kernel_pde + ret + + +;------------------------------------------------------------------------------- + ;功能:读取硬盘n个扇区 +rd_disk_m_32: +;------------------------------------------------------------------------------- + ; eax=LBA扇区号 + ; ebx=将数据写入的内存地址 + ; ecx=读入的扇区数 + mov esi,eax ; 备份eax + mov di,cx ; 备份扇区数到di +;读写硬盘: +;第1步：设置要读取的扇区数 + mov dx,0x1f2 + mov al,cl + out dx,al ;读取的扇区数 + + mov eax,esi ;恢复ax + +;第2步：将LBA地址存入0x1f3 ~ 0x1f6 + + ;LBA地址7~0位写入端口0x1f3 + mov dx,0x1f3 + out dx,al + + ;LBA地址15~8位写入端口0x1f4 + mov cl,8 + shr eax,cl + mov dx,0x1f4 + out dx,al + + ;LBA地址23~16位写入端口0x1f5 + shr eax,cl + mov dx,0x1f5 + out dx,al + + shr eax,cl + and al,0x0f ;lba第24~27位 + or al,0xe0 ; 设置7～4位为1110,表示lba模式 + mov dx,0x1f6 + out dx,al + +;第3步：向0x1f7端口写入读命令，0x20 + mov dx,0x1f7 + mov al,0x20 + out dx,al + +;;;;;;; 至此,硬盘控制器便从指定的lba地址(eax)处,读出连续的cx个扇区,下面检查硬盘状态,不忙就能把这cx个扇区的数据读出来 + +;第4步：检测硬盘状态 + .not_ready: ;测试0x1f7端口(status寄存器)的的BSY位 + ;同一端口,写时表示写入命令字,读时表示读入硬盘状态 + nop + in al,dx + and al,0x88 ;第4位为1表示硬盘控制器已准备好数据传输,第7位为1表示硬盘忙 + cmp al,0x08 + jnz .not_ready ;若未准备好,继续等。 + +;第5步：从0x1f0端口读数据 + mov ax, di ;以下从硬盘端口读数据用insw指令更快捷,不过尽可能多的演示命令使用, + ;在此先用这种方法,在后面内容会用到insw和outsw等 + + mov dx, 256 ;di为要读取的扇区数,一个扇区有512字节,每次读入一个字,共需di*512/2次,所以di*256 + mul dx + mov cx, ax + mov dx, 0x1f0 + .go_on_read: + in ax,dx + mov [ebx], ax + add ebx, 2 + ; 由于在实模式下偏移地址为16位,所以用bx只会访问到0~FFFFh的偏移。 + ; loader的栈指针为0x900,bx为指向的数据输出缓冲区,且为16位， + ; 超过0xffff后,bx部分会从0开始,所以当要读取的扇区数过大,待写入的地址超过bx的范围时， + ; 从硬盘上读出的数据会把0x0000~0xffff的覆盖， + ; 造成栈被破坏,所以ret返回时,返回地址被破坏了,已经不是之前正确的地址, + ; 故程序出会错,不知道会跑到哪里去。 + ; 所以改为ebx代替bx指向缓冲区,这样生成的机器码前面会有0x66和0x67来反转。 + ; 0X66用于反转默认的操作数大小! 0X67用于反转默认的寻址方式. + ; cpu处于16位模式时,会理所当然的认为操作数和寻址都是16位,处于32位模式时, + ; 也会认为要执行的指令是32位. + ; 当我们在其中任意模式下用了另外模式的寻址方式或操作数大小(姑且认为16位模式用16位字节操作数， + ; 32位模式下用32字节的操作数)时,编译器会在指令前帮我们加上0x66或0x67， + ; 临时改变当前cpu模式到另外的模式下. + ; 假设当前运行在16位模式,遇到0X66时,操作数大小变为32位. + ; 假设当前运行在32位模式,遇到0X66时,操作数大小变为16位. + ; 假设当前运行在16位模式,遇到0X67时,寻址方式变为32位寻址 + ; 假设当前运行在32位模式,遇到0X67时,寻址方式变为16位寻址. + + loop .go_on_read + ret diff --git a/c8/memory_manager/boot/mbr.S b/c8/memory_manager/boot/mbr.S new file mode 100755 index 0000000..7efd523 --- /dev/null +++ b/c8/memory_manager/boot/mbr.S @@ -0,0 +1,126 @@ +;���������� +;------------------------------------------------------------ +%include "boot.inc" +SECTION MBR vstart=0x7c00 + mov ax,cs + mov ds,ax + mov es,ax + mov ss,ax + mov fs,ax + mov sp,0x7c00 + mov ax,0xb800 + mov gs,ax + +; ���� +;����0x06�Ź��ܣ��Ͼ�ȫ���У���������� +; ----------------------------------------------------------- +;INT 0x10 ���ܺ�:0x06 ��������:�Ͼ����� +;------------------------------------------------------ +;���룺 +;AH ���ܺ�= 0x06 +;AL = �Ͼ�������(���Ϊ0,��ʾȫ��) +;BH = �Ͼ������� +;(CL,CH) = �������Ͻǵ�(X,Y)λ�� +;(DL,DH) = �������½ǵ�(X,Y)λ�� +;�޷���ֵ�� + mov ax, 0600h + mov bx, 0700h + mov cx, 0 ; ���Ͻ�: (0, 0) + mov dx, 184fh ; ���½�: (80,25), + ; ��ΪVGA�ı�ģʽ�У�һ��ֻ������80���ַ�,��25�С� + ; �±��0��ʼ������0x18=24,0x4f=79 + int 10h ; int 10h + + ; ����ַ���:MBR + mov byte [gs:0x00],'1' + mov byte [gs:0x01],0xA4 + + mov byte [gs:0x02],' ' + mov byte [gs:0x03],0xA4 + + mov byte [gs:0x04],'M' + mov byte [gs:0x05],0xA4 ;A��ʾ��ɫ������˸��4��ʾǰ��ɫΪ��ɫ + + mov byte [gs:0x06],'B' + mov byte [gs:0x07],0xA4 + + mov byte [gs:0x08],'R' + mov byte [gs:0x09],0xA4 + + mov eax,LOADER_START_SECTOR ; ��ʼ����lba��ַ + mov bx,LOADER_BASE_ADDR ; д��ĵ�ַ + mov cx,4 ; ������������� + call rd_disk_m_16 ; ���¶�ȡ�������ʼ���֣�һ�������� + + jmp LOADER_BASE_ADDR + 0x300 + +;------------------------------------------------------------------------------- +;����:��ȡӲ��n������ +rd_disk_m_16: +;------------------------------------------------------------------------------- + ; eax=LBA������ + ; ebx=������д����ڴ��ַ + ; ecx=����������� + mov esi,eax ;����eax + mov di,cx ;����cx +;��дӲ��: +;��1��������Ҫ��ȡ�������� + mov dx,0x1f2 + mov al,cl + out dx,al ;��ȡ�������� + + mov eax,esi ;�ָ�ax + +;��2������LBA��ַ����0x1f3 ~ 0x1f6 + + ;LBA��ַ7~0λд��˿�0x1f3 + mov dx,0x1f3 + out dx,al + + ;LBA��ַ15~8λд��˿�0x1f4 + mov cl,8 + shr eax,cl + mov dx,0x1f4 + out dx,al + + ;LBA��ַ23~16λд��˿�0x1f5 + shr eax,cl + mov dx,0x1f5 + out dx,al + + shr eax,cl + and al,0x0f ;lba��24~27λ + or al,0xe0 ; ����7��4λΪ1110,��ʾlbaģʽ + mov dx,0x1f6 + out dx,al + +;��3������0x1f7�˿�д������0x20 + mov dx,0x1f7 + mov al,0x20 + out dx,al + +;��4�������Ӳ��״̬ + .not_ready: + ;ͬһ�˿ڣ�дʱ��ʾд�������֣���ʱ��ʾ����Ӳ��״̬ + nop + in al,dx + and al,0x88 ;��4λΪ1��ʾӲ�̿�������׼�������ݴ��䣬��7λΪ1��ʾӲ��æ + cmp al,0x08 + jnz .not_ready ;��δ׼���ã������ȡ� + +;��5������0x1f0�˿ڶ����� + mov ax, di + mov dx, 256 + mul dx + mov cx, ax ; diΪҪ��ȡ����������һ��������512�ֽڣ�ÿ�ζ���һ���֣� + ; ����di*512/2�Σ�����di*256 + mov dx, 0x1f0 + .go_on_read: + in ax,dx + mov [bx],ax + add bx,2 + loop .go_on_read + ret + + times 510-($-$$) db 0 + db 0x55,0xaa diff --git a/c8/memory_manager/build.sh b/c8/memory_manager/build.sh new file mode 100755 index 0000000..c979273 --- /dev/null +++ b/c8/memory_manager/build.sh @@ -0,0 +1,34 @@ +#!/bin/sh + +# echo "Creating disk.img..." +# bximage -mode=create -hd=10M -q disk.img +rm -rf build +echo "Mkdir build..." +mkdir build + +# 构建一个 build 目录用于放各种生成文件 +echo "Compiling..." +nasm -I include/ -o build/mbr.bin boot/mbr.S +nasm -I include/ -o build/loader.bin boot/loader.S +# 编译 print.S 和 kernel.S +nasm -f elf -o build/print.o lib/kernel/print.S +nasm -f elf -o build/kernel.o kernel/kernel.S +# 编译 timer.c main.c interrupt.c init.c +gcc -I lib/ -I kernel/ -m32 -c -fno-builtin -o build/timer.o device/timer.c +gcc -I lib/ -I kernel/ -m32 -c -fno-builtin -o build/main.o kernel/main.c +gcc -I lib/ -I kernel/ -m32 -c -fno-builtin -o build/interrupt.o kernel/interrupt.c +gcc -I lib/ -I kernel/ -m32 -c -fno-builtin -o build/init.o kernel/init.c +#链接 +ld -m elf_i386 -Ttext 0xc0001500 -e main -o build/kernel.bin build/main.o build/init.o build/interrupt.o build/print.o build/kernel.o build/timer.o + +echo "Writing mbr, loader and kernel to disk..." +dd if=build/mbr.bin of=/home/ahu/install/bochs/hd60M.img bs=512 count=1 conv=notrunc +dd if=build/loader.bin of=/home/ahu/install/bochs/hd60M.img bs=512 count=4 seek=2 conv=notrunc +dd if=build/kernel.bin of=/home/ahu/install/bochs/hd60M.img bs=512 count=200 seek=9 conv=notrunc + + +echo "Now start bochs and have fun!" + +cd /home/ahu/install/bochs/ +bin/bochs -f bochsrc.disk + diff --git a/c8/memory_manager/device/timer.c b/c8/memory_manager/device/timer.c new file mode 100755 index 0000000..af7221c --- /dev/null +++ b/c8/memory_manager/device/timer.c @@ -0,0 +1,39 @@ +#include "time.h" +#include "io.h" +#include "kernel/print.h" + + +#define IRQ0_FREQUENCY 100 // 时钟频率 +#define INPUT_FREQUENCY 1193180 // 计数器原本的工作频率 +#define COUNTER0_VALUE INPUT_FREQUENCY / IRQ0_FREQUENCY //计数器 0 初始值 +#define COUNTRER0_PORT 0x40 // 计数器 0 的接口 +#define COUNTER0_NO 0 // 计数器号码 +#define COUNTER_MODE 2 // 模式 2 +#define READ_WRITE_LATCH 3 // 读写方式，先读写低 8 位，再读写高 8 位 +#define PIT_CONTROL_PORT 0x43 // 控制器寄存器接口 + +/* + * 把操作的计数器counter_no、读写锁属性rwl、计数器模式counter_mode + * 写入模式控制寄存器 + * 并赋予初始值counter_value + * */ +static void frequency_set(uint8_t counter_port, \ + uint8_t counter_no, \ + uint8_t rwl, \ + uint8_t counter_mode, \ + uint16_t counter_value) { +/* 往控制字寄存器端口0x43中写入控制字 */ +// 最后一位为 0 ，即选择二进制 + outb(PIT_CONTROL_PORT, (uint8_t)(counter_no << 6 | rwl << 4 | counter_mode << 1)); +/* 先写入counter_value的低8位 */ + outb(counter_port, (uint8_t)counter_value); +/* 后写入counter_value的高8位 */ + outb(counter_port, (uint8_t)counter_port >> 8); +} + +// 初始化 8253 +void timer_init() { + put_str("timer_init start!\n"); + frequency_set(COUNTRER0_PORT, COUNTER0_NO, READ_WRITE_LATCH, COUNTER_MODE, COUNTER0_VALUE); + put_str("timer_init done!\n"); +} diff --git a/c8/memory_manager/device/timer.h b/c8/memory_manager/device/timer.h new file mode 100755 index 0000000..b83ed74 --- /dev/null +++ b/c8/memory_manager/device/timer.h @@ -0,0 +1,6 @@ +#ifndef __DEVICE_TIME_H +#define __DEVICE_TIME_H +#include "stdint.h" +void timer_init(void); +#endif + diff --git a/c8/memory_manager/include/boot.inc b/c8/memory_manager/include/boot.inc new file mode 100755 index 0000000..6723479 --- /dev/null +++ b/c8/memory_manager/include/boot.inc @@ -0,0 +1,56 @@ +;------------- loader和kernel ---------- + +LOADER_BASE_ADDR equ 0x900 +LOADER_STACK_TOP equ LOADER_BASE_ADDR +LOADER_START_SECTOR equ 0x2 + +KERNEL_BIN_BASE_ADDR equ 0x70000 +KERNEL_START_SECTOR equ 0x9 +KERNEL_ENTRY_POINT equ 0xc0001500 + +;------------- 页表配置 ---------------- +PAGE_DIR_TABLE_POS equ 0x100000 + +;-------------- gdt描述符属性 ----------- +DESC_G_4K equ 1_00000000000000000000000b +DESC_D_32 equ 1_0000000000000000000000b +DESC_L equ 0_000000000000000000000b ; 64位代码标记，此处标记为0便可。 +DESC_AVL equ 0_00000000000000000000b ; cpu不用此位，暂置为0 +DESC_LIMIT_CODE2 equ 1111_0000000000000000b +DESC_LIMIT_DATA2 equ DESC_LIMIT_CODE2 +DESC_LIMIT_VIDEO2 equ 0000_000000000000000b +DESC_P equ 1_000000000000000b +DESC_DPL_0 equ 00_0000000000000b +DESC_DPL_1 equ 01_0000000000000b +DESC_DPL_2 equ 10_0000000000000b +DESC_DPL_3 equ 11_0000000000000b +DESC_S_CODE equ 1_000000000000b +DESC_S_DATA equ DESC_S_CODE +DESC_S_sys equ 0_000000000000b +DESC_TYPE_CODE equ 1000_00000000b ;x=1,c=0,r=0,a=0 代码段是可执行的,非依从的,不可读的,已访问位a清0. +DESC_TYPE_DATA equ 0010_00000000b ;x=0,e=0,w=1,a=0 数据段是不可执行的,向上扩展的,可写的,已访问位a清0. + +DESC_CODE_HIGH4 equ (0x00 << 24) + DESC_G_4K + DESC_D_32 + DESC_L + DESC_AVL + DESC_LIMIT_CODE2 + DESC_P + DESC_DPL_0 + DESC_S_CODE + DESC_TYPE_CODE + 0x00 +DESC_DATA_HIGH4 equ (0x00 << 24) + DESC_G_4K + DESC_D_32 + DESC_L + DESC_AVL + DESC_LIMIT_DATA2 + DESC_P + DESC_DPL_0 + DESC_S_DATA + DESC_TYPE_DATA + 0x00 +DESC_VIDEO_HIGH4 equ (0x00 << 24) + DESC_G_4K + DESC_D_32 + DESC_L + DESC_AVL + DESC_LIMIT_VIDEO2 + DESC_P + DESC_DPL_0 + DESC_S_DATA + DESC_TYPE_DATA + 0x0b + +;-------------- 选择子属性 --------------- +RPL0 equ 00b +RPL1 equ 01b +RPL2 equ 10b +RPL3 equ 11b +TI_GDT equ 000b +TI_LDT equ 100b + + +;---------------- 页表相关属性 -------------- +PG_P equ 1b +PG_RW_R equ 00b +PG_RW_W equ 10b +PG_US_S equ 000b +PG_US_U equ 100b + + +;------------- program type 定义 -------------- +PT_NULL equ 0 + diff --git a/c8/memory_manager/kernel/debug.c b/c8/memory_manager/kernel/debug.c new file mode 100755 index 0000000..bef6acf --- /dev/null +++ b/c8/memory_manager/kernel/debug.c @@ -0,0 +1,18 @@ +#include "debug.h" +#include "kernel/print.h" +#include "interrupt.h" + +/* 打印文件名,行号,函数名,条件并使程序悬停 */ +void panic_spin(char* filename, \ + int line, \ + const char* func, \ + const char* condition) \ +{ + intr_disable(); /* 打印文件名,行号,函数名,条件并使程序悬停 */ + put_str("\n\n\n!!!!! error !!!!!\n"); + put_str("filename:");put_str(filename);put_str("\n"); + put_str("line:0x");put_int(line);put_str("\n"); + put_str("function:");put_str((char*)func);put_str("\n"); + put_str("condition:");put_str((char*)condition);put_str("\n"); + while(1); +} \ No newline at end of file diff --git a/c8/memory_manager/kernel/debug.h b/c8/memory_manager/kernel/debug.h new file mode 100755 index 0000000..d4df982 --- /dev/null +++ b/c8/memory_manager/kernel/debug.h @@ -0,0 +1,24 @@ +#ifndef __KERNEL_DEBUG_H +#define __KERNEL_DEBUG_H + +void panic_spin(char* filename, int line, const char* func, const char* condition); + +/*************************** __VA_ARGS__ ******************************* + * __VA_ARGS__ 是预处理器所支持的专用标识符。 + * 代表所有与省略号相对应的参数. + * "..."表示定义的宏其参数可变. + */ +#define PANIC(...) panic_spin (__FILE__, __LINE__, __func__, __VA_ARGS__) +/***********************************************************************/ + +#ifdef NDEBUG + #define ASSERT(CONDITION) ((void)0) +#else + #define ASSERT(CONDITION) \ + if (CONDITION) {} else { \ + /* 符号#让编译器将宏的参数转化为字符串字面量 */ \ + PANIC(#CONDITION); \ + } +#endif // __NDEBUG + +#endif // __KERNEL_DEBUG_H \ No newline at end of file diff --git a/c8/memory_manager/kernel/global.h b/c8/memory_manager/kernel/global.h new file mode 100755 index 0000000..7330902 --- /dev/null +++ b/c8/memory_manager/kernel/global.h @@ -0,0 +1,39 @@ +#ifndef _KERNEL_GLOBAL_H +#define _KERNEL_GLOBAL_H + +#include "stdint.h" + +# define RPL0 0 +# define RPL1 1 +# define RPL2 2 +# define RPL3 3 + +# define TI_GDT 0 +# define TI_LDT 1 + + +# define SELECTOR_K_CODE ((1 << 3) + (TI_GDT << 2) + RPL0) // 指向内核代码段的选择子 +# define SELECTOR_K_DATA ((2 << 3) + (TI_GDT << 2) + RPL0) +# define SELECTOR_K_STACK SELECTOR_K_DATA +# define SELECTOR_K_GS ((3 << 3) + (TI_GDT << 2) + RPL0) + +/* IDT描述符属性 */ +# define IDT_DESC_P 1 +# define IDT_DESC_DPL0 0 +# define IDT_DESC_DPL3 3 +// S 都为 0 +# define IDT_DESC_32_TYPE 0xE // 32 位的门 +# define IDT_DESC_16_TYPE 0x6 // 16 位的门 + +# define IDT_DESC_ATTR_DPL0 \ + ((IDT_DESC_P << 7) + (IDT_DESC_DPL0 << 5) + IDT_DESC_32_TYPE) + +# define IDT_DESC_ATTR_DPL3 \ + ((IDT_DESC_P << 7) + (IDT_DESC_DPL3 << 5) + IDT_DESC_32_TYPE) + +#define NULL ((void*)0) +#define bool int +#define true 1 +#define false 0 + +#endif \ No newline at end of file diff --git a/c8/memory_manager/kernel/init.c b/c8/memory_manager/kernel/init.c new file mode 100755 index 0000000..995b338 --- /dev/null +++ b/c8/memory_manager/kernel/init.c @@ -0,0 +1,13 @@ +#include "init.h" +#include "kernel/print.h" +#include "interrupt.h" +#include "../device/timer.h" +#include "memory.h" + +/*负责初始化所有模块 */ +void init_all() { + put_str("init_all start!\n"); + idt_init(); + timer_init(); + mem_init();//初始化内存管理系统 +} \ No newline at end of file diff --git a/c8/memory_manager/kernel/init.h b/c8/memory_manager/kernel/init.h new file mode 100755 index 0000000..bf575c9 --- /dev/null +++ b/c8/memory_manager/kernel/init.h @@ -0,0 +1,4 @@ +#ifndef __KERNEL_INIT_H +#define __KERNEL_INIT_H +void init_all(void); +#endif diff --git a/c8/memory_manager/kernel/interrupt.c b/c8/memory_manager/kernel/interrupt.c new file mode 100755 index 0000000..882dbac --- /dev/null +++ b/c8/memory_manager/kernel/interrupt.c @@ -0,0 +1,179 @@ +# include "stdint.h" +# include "global.h" +# include "io.h" +# include "interrupt.h" + +#define IDT_DESC_CNT 0x21 // 现在支持的中断数 33 + +// 这里用的可编程中断控制器是8259A +#define PIC_M_CTRL 0x20 // 主片的控制端口是0x20 +#define PIC_M_DATA 0x21 // 主片的数据端口是0x21 +#define PIC_S_CTRL 0xa0 // 从片的控制端口是0xa0 +#define PIC_S_DATA 0xa1 // 从片的数据端口是0xa1 + +#define EFLAGS_IF 0x00000200 // eflags 寄存器的 if 位为 1 +#define GET_EFLAGS(EFLAG_VAR) asm volatile("pushfl; popl %0" : "=g" (EFLAG_VAR)) + +// 中断门描述符结构体 +struct gate_desc{ + uint16_t func_offset_low_word; + uint16_t selector; + uint8_t dcount; // 表示双字计数段门描述符的第 4 字节，为固定值 + + uint8_t attribute; + uint16_t func_offset_high_word; +}; + +// 创建中断门描述符函数，参数：指针、属性、描述符对应的中断函数 +static void make_idt_desc(struct gate_desc* p_gdesc, uint8_t attr, intr_handler function); +static struct gate_desc idt[IDT_DESC_CNT]; // 中断描述符数组 + +/** + * 中断的名称. + */ +char* intr_name[IDT_DESC_CNT]; // 用于保存异常名字的数组 +// 中断处理程序数组.在kernel.S中定义的intrXXentry只是中断处理程序的入口, +// 最终调用的是ide_table中的处理程序 +intr_handler idt_table[IDT_DESC_CNT]; +// 声明引用定义在kernel.S中的中断处理函数入口数组 +extern intr_handler intr_entry_table[IDT_DESC_CNT]; + +/* 初始化可编程中断控制器8259A */ +static void pic_init(void) { + // 初始化主片 + outb(PIC_M_CTRL, 0x11); // ICW1：边沿触发， 级联8259， 需要 ICW4 + outb(PIC_M_DATA, 0x20); // ICW2: 起始中断向量号为 0x20, 也就是IR[0-7] 为 0x20 ~ 0x27. + outb(PIC_M_DATA, 0x04); // ICW3: IR2 接从片 + outb(PIC_M_DATA, 0x01); // ICW4: 8086模式， 正常EOI + + /* 初始化从片 */ + outb(PIC_S_CTRL, 0x11); // ICW1: 边沿触发,级联8259, 需要ICW4. + outb(PIC_S_DATA, 0x28); // ICW2: 起始中断向量号为0x28,也就是IR[8-15] 为 0x28 ~ 0x2F. + outb(PIC_S_DATA, 0x02); // ICW3: 设置从片连接到主片的IR2引脚 + outb(PIC_S_DATA, 0x01); // ICW4: 8086 模式，正常 EOI + + // 打开主片上 IR0 ，也就是目前只接受时钟中断 + outb(PIC_M_DATA, 0xfe); + outb(PIC_S_DATA, 0xff); + + put_str(" pic_init done!\n"); +} + +/** + * 创建中断门描述符. + */ +static void make_idt_desc(struct gate_desc* p_gdesc, uint8_t attr, intr_handler function) { + p_gdesc->func_offset_low_word = (uint32_t) function & 0x0000FFFF; + p_gdesc->selector = SELECTOR_K_CODE; + p_gdesc->dcount = 0; + p_gdesc->attribute = attr; + p_gdesc->func_offset_high_word = ((uint32_t) function & 0xFFFF0000) >> 16; +} + +/** + * 初始化中断描述符表. + */ +static void idt_desc_init(void) { + int i; + for (i = 0; i < IDT_DESC_CNT; i++){ + make_idt_desc(&idt[i], IDT_DESC_ATTR_DPL0, intr_entry_table[i]); + } + put_str(" idt_desc_init done!\n"); +} + +/* 通用的中断处理函数,一般用在异常出现时的处理 */ +static void general_intr_handler(uint8_t vec_nr) { + if(vec_nr == 0x27 || vec_nr == 0x2f) { + return; + } + put_str("int vector: 0x"); + put_int(vec_nr); + put_char('\n'); +} + +/* 完成一般中断处理函数注册及异常名称注册 */ +static void +exception_init(void) { // 完成一般中断处理函数注册及异常名称注册 + int i; + for (i = 0; i < IDT_DESC_CNT; i++){ + // 默认为general_intr_handler。 + // 以后会由register_handler来注册具体处理函数。 + idt_table[i] = general_intr_handler; + intr_name[i] = "unknown"; // 先统一赋值为unknown + } + intr_name[0] = "#DE Divide Error"; + intr_name[1] = "#DB Debug Exception"; + intr_name[2] = "NMI Interrupt"; + intr_name[3] = "#BP Breakpoint Exception"; + intr_name[4] = "#OF Overflow Exception"; + intr_name[5] = "#BR BOUND Range Exceeded Exception"; + intr_name[6] = "#UD Invalid Opcode Exception"; + intr_name[7] = "#NM Device Not Available Exception"; + intr_name[8] = "#DF Double Fault Exception"; + intr_name[9] = "Coprocessor Segment Overrun"; + intr_name[10] = "#TS Invalid TSS Exception"; + intr_name[11] = "#NP Segment Not Present"; + intr_name[12] = "#SS Stack Fault Exception"; + intr_name[13] = "#GP General Protection Exception"; + intr_name[14] = "#PF Page-Fault Exception"; + // intr_name[15] 第15项是intel保留项，未使用 + intr_name[16] = "#MF x87 FPU Floating-Point Error"; + intr_name[17] = "#AC Alignment Check Exception"; + intr_name[18] = "#MC Machine-Check Exception"; + intr_name[19] = "#XF SIMD Floating-Point Exception"; +} + +/* 开中断并返回开中断前的状态*/ +enum intr_status intr_enable() { + enum intr_status old_status; + if(INTR_ON == intr_get_status()) { + old_status = INTR_ON; + return old_status; + } else { + old_status = INTR_OFF; + asm volatile("sti"); // 开中断， sti 指令将 IF 位 置 1 + return old_status; + } +} + +/* 关中断,并且返回关中断前的状态 */ +enum intr_status intr_disable() { + enum intr_status old_status; + if(INTR_ON == intr_get_status()) { + old_status = INTR_ON; + asm volatile("cli" : : : "memory"); // 关中断，cli 指令将 IF 位 置 0 + return old_status; + } else { + old_status = INTR_OFF; + return old_status; + } +} + + +/* 将中断状态设置为status */ +enum intr_status intr_set_status(enum intr_status status) { + return status & INTR_ON ? intr_enable() : intr_disable(); +} + +/* 获取当前中断状态 */ +enum intr_status intr_get_status() { + uint32_t eflags = 0; + GET_EFLAGS(eflags); + // 判断 IF 位的值是否为 1 + return (EFLAGS_IF & eflags) ? INTR_ON : INTR_OFF; +} + +/*完成有关中断的所有初始化工作*/ +void idt_init() { + put_str("idt_init start!\n"); + idt_desc_init(); // 初始化中断描述符表 + exception_init(); + pic_init(); // 初始化 8259A + + // 加载 idt + // 尽管 LDTR 为 48位，我们没有 48 位变量，但是，可以采用 64 位，提取前 48 位即可 + // 指针只能转换为 对应长度 整型，因此需要先转换为 32 位 + uint64_t idt_operand = ((sizeof(idt) - 1) | ((uint64_t)(uint32_t)idt << 16)); + asm volatile("lidt %0" : : "m"(idt_operand));// m 表示 内存约束，实则是将idt_operand 地址传给 lidt + put_str("idt_init done!\n"); +} \ No newline at end of file diff --git a/c8/memory_manager/kernel/interrupt.h b/c8/memory_manager/kernel/interrupt.h new file mode 100755 index 0000000..f2882d6 --- /dev/null +++ b/c8/memory_manager/kernel/interrupt.h @@ -0,0 +1,21 @@ +#ifndef __KERNEL_INTERRUPT_H +#define __KERNEL_INTERRUPT_H +#include "stdint.h" + +typedef void* intr_handler; +void idt_init(void); + +/* 定义中断的两种状态: + * INTR_OFF值为0,表示关中断, + * INTR_ON值为1,表示开中断 */ +enum intr_status { // 中断状态 + INTR_OFF, // 中断关闭 + INTR_ON // 中断打开 +}; + +enum intr_status intr_get_status(void); +enum intr_status intr_set_status (enum intr_status); +enum intr_status intr_enable (void); +enum intr_status intr_disable (void); + +#endif \ No newline at end of file diff --git a/c8/memory_manager/kernel/kernel.S b/c8/memory_manager/kernel/kernel.S new file mode 100755 index 0000000..e5010ca --- /dev/null +++ b/c8/memory_manager/kernel/kernel.S @@ -0,0 +1,90 @@ +[bits 32] +; 对于CPU会自动压入错误码的中断类型，无需额外的操作 +%define ERROR_CODE nop +; 如果CPU没有压入错误码，为了保持处理逻辑的一致性，我们需要手动压入一个0 +%define ZERO push 0 + +# 调用 interrupt 中的函数来中断处理 +# extern put_str ; 声明外部函数 +extern idt_table ; idt_table 是 C 中注册的中断处理程序数组 + +section .data +global intr_entry_table +intr_entry_table: + +; 中断处理程序宏定义 +; 接受两个参数 +%macro VECTOR 2 +section .text +intr%1entry: ; %1 表示中断向量号，用于确定中断位置 + %2 ; 需要首先进行压入操作 nop / push 0 + + ; 保护上下文 + push ds + push es + push fs + push gs +; PUSHAD指令压入32位寄存器,其入栈顺序是: EAX,ECX,EDX,EBX,ESP,EBP,ESI,EDI + pushad + + ; 如果是从片上进入的中断,除了往从片上发送EOI外,还要往主片上发送EOI + mov al, 0x20 ; 中断结束命令 EOI + out 0xa0, al ; 向从片发送 + out 0x20, al ; 向主片发送 + +; 不管idt_table中的目标程序是否需要参数,都一律压入中断向量号,调试时很方便 + push %1 ; 向量号 + call [idt_table + %1*4] ; 调用 idt_table 中的中断处理函数 + jmp intr_exit + +section .data + dd intr%1entry + +%endmacro + +section .text +global intr_exit +intr_exit: +; 以下是恢复上下文环境 + add esp, 4 ; 跳过中断号 + popad + pop gs + pop fs + pop es + pop ds + add esp, 4 ; 跳过error_code + iretd + +VECTOR 0x00, ZERO +VECTOR 0x01, ZERO +VECTOR 0x02, ZERO +VECTOR 0x03, ZERO +VECTOR 0x04, ZERO +VECTOR 0x05, ZERO +VECTOR 0x06, ZERO +VECTOR 0x07, ZERO +VECTOR 0x08, ZERO +VECTOR 0x09, ZERO +VECTOR 0x0a, ZERO +VECTOR 0x0b, ZERO +VECTOR 0x0c, ZERO +VECTOR 0x0d, ZERO +VECTOR 0x0e, ZERO +VECTOR 0x0f, ZERO +VECTOR 0x10, ZERO +VECTOR 0x11, ZERO +VECTOR 0x12, ZERO +VECTOR 0x13, ZERO +VECTOR 0x14, ZERO +VECTOR 0x15, ZERO +VECTOR 0x16, ZERO +VECTOR 0x17, ZERO +VECTOR 0x18, ZERO +VECTOR 0x19, ZERO +VECTOR 0x1a, ZERO +VECTOR 0x1b, ZERO +VECTOR 0x1c, ZERO +VECTOR 0x1d, ZERO +VECTOR 0x1e, ERROR_CODE +VECTOR 0x1f, ZERO +VECTOR 0x20, ZERO \ No newline at end of file diff --git a/c8/memory_manager/kernel/main.c b/c8/memory_manager/kernel/main.c new file mode 100755 index 0000000..7949f47 --- /dev/null +++ b/c8/memory_manager/kernel/main.c @@ -0,0 +1,20 @@ +#include "kernel/print.h" +#include "init.h" +#include "debug.h" +#include "memory.h" + +int main(void) { + put_str("I am kernel!\n"); + init_all(); + //ASSERT(1 == 2); + // asm volatile("sti"); // 打开中断 即将 EFLAGS 的 IF置为 1 + + // 进行内存分配 + void* addr = get_kernel_pages(3); + put_str("\n get_kernel_page start vaddr is: "); + put_int((uint32_t) addr); + put_str("\n"); + + while(1); + return 0; +} \ No newline at end of file diff --git a/c8/memory_manager/kernel/memory.c b/c8/memory_manager/kernel/memory.c new file mode 100755 index 0000000..afbb653 --- /dev/null +++ b/c8/memory_manager/kernel/memory.c @@ -0,0 +1,257 @@ +#include "memory.h" +#include "stdint.h" +#include "kernel/print.h" +#include "kernel/bitmap.h" +#include "global.h" +#include "debug.h" +#include "kernel/print.h" +#include "string.h" + +#define PG_SIZE 4096 + +/*************** 位图地址 ******************** + * 因为0xc009f000是内核主线程栈顶，0xc009e000是内核主线程的pcb. + * 一个页框大小的位图可表示128M内存, 位图位置安排在地址0xc009a000, + * 这样本系统最大支持4个页框的位图,即512M */ +#define MEM_BITMAP_BASE 0xc009a000 + +// 返回虚拟地址的 高 10 位(即pde)，与中间 10 位(即pte) +#define PDE_IDX(addr) ((addr & 0xffc00000) >> 22) +#define PTE_IDX(addr) ((addr & 0x003ff000) >> 12) + +/* 0xc0000000是内核从虚拟地址3G起. 0x100000意指跨过低端1M内存, + * 使虚拟地址在逻辑上连续 */ +#define K_HEAP_START 0xc0100000 + +// 内存池结构,生成两个实例用于管理内核内存池和用户内存池 +struct pool { + // 本内存池用到的位图结构,用于管理物理内存 + struct bitmap pool_bitmap; + uint32_t phy_addr_start;// 本内存池所管理物理内存起始地址 + uint32_t pool_size; //本内存池字节容量 +}; + +struct pool kernel_pool, user_pool; // 生成全局内核内存池， 用户内存地址 +struct virtual_addr kernel_addr; // 给内核分配虚拟地址 + + +/* 在pf表示的虚拟内存池中申请pg_cnt个虚拟页, + * 成功则返回虚拟页的起始地址, 失败则返回NULL + */ +static void* vaddr_get(enum pool_flags pf, uint32_t pg_cnt) { + int vaddr_start = 0;//用于存储分配的虚拟地址 + int bit_idx_start = -1;// 存储位图扫描函数的返回值 + uint32_t cnt = 0; + if(pf == PF_KERNEL) {// 说明在内核虚拟池中 + bit_idx_start = bitmap_scan(&kernel_addr.vaddr_bitmap, pg_cnt); + if(bit_idx_start == -1) {//说明没找到 + return NULL; + } + // 将已经选出的内存置为 1 ，表示已经使用 + while(cnt < pg_cnt) { + bitmap_set(&kernel_addr.vaddr_bitmap, bit_idx_start + cnt++, 1); + } + // 虚拟地址应当加上 页表所占的内存 + vaddr_start = kernel_addr.vaddr_start + bit_idx_start * PG_SIZE; + } else {// 用户进程池 还未完善 + + } + return (void*)vaddr_start; +} + +/********* 以下两个获取虚拟地址 addr 的 pde & pte 地址，为建立映射做准备 ********/ +// 得到虚拟地址 vaddr 对应的 pte 指针 +// 构造一个 访问该 pte 的32位地址，欺骗处理器 +uint32_t* pte_ptr(uint32_t vaddr) { + /* 先访问到页目录表自己（位于1023项目录项中） + \ + * 再用页目录项 pde (页目录内页表的索引)做为pte的索引访问到页表 + \ + * 再用 pte 的索引做为页内偏移 + */ + uint32_t* pte = (uint32_t*) (0xffc00000 + \ + ((vaddr & 0xffc00000) >> 10) + PTE_IDX(vaddr) * 4); + return pte;// 得到物理页的虚拟地址，即通过这个虚拟地址，可以访问到该物理页（保护模式下必须通过 vaddr） +} + +// 得到虚拟地址 vaddr 对应的 pde 指针 +// 构造一个 访问该 pde 的32位地址，欺骗处理器 +uint32_t* pde_ptr(uint32_t vaddr) { + uint32_t* pde = (uint32_t*) (0xfffff000 + PDE_IDX(vaddr) * 4); + return pde; +} + +/* 在m_pool指向的物理内存池中分配1个物理页, + * 成功则返回页框的物理地址,失败则返回NULL + */ +static void* palloc(struct pool* m_pool) { + // 扫描或设置位图要保证原子操作 + int bit_idx = bitmap_scan(&m_pool->pool_bitmap, 1); //找一个空闲物理页面 + if(bit_idx == -1) { + return NULL; + } + bitmap_set(&m_pool->pool_bitmap, bit_idx, 1); //表示已经占用 + // 成功则返回页框的物理地址 + uint32_t page_phyaddr = (m_pool->phy_addr_start + (bit_idx * PG_SIZE)); + return (void*)page_phyaddr; +} + +/********使用 pde_ptr 和 pte_ptr 来建立虚拟地址和物理地址的映射 ********/ +// 本质上便是将 pte 写入到 获取的 pde 项中，将 物理地址写入到 pte 中 +static void page_table_add(void* _vaddr, void* _page_phyaddr) { + uint32_t vaddr = (uint32_t)_vaddr; + uint32_t page_phyaddr = (uint32_t)_page_phyaddr; + // 以下两个函数都是通过 虚拟地址来获取 + uint32_t* pde = pde_ptr(vaddr); + uint32_t* pte = pte_ptr(vaddr); + +/************************ 注意 ************************* + * 执行*pte,会访问到空的pde。所以确保pde创建完成后才能执行*pte, + * 否则会引发page_fault。因此在*pde为0时,*pte只能出现在下面else语句块中的*pde后面。 + * *********************************************************/ + // 先在页目录内判断目录项的P位，若为1,则表示该表(pte)已存在 + if(*pde & 0x00000001) {// 通过 P 位来判断目录项是否存在 + ASSERT(!(*pte & 0x00000001)); // 表示 pte 不存在 + + // 再判断 pte 是否存在 + if(!(*pte & 0x00000001)) { + *pte = (page_phyaddr | PG_US_U | PG_RW_W | PG_P_1); + } else { // 并不会执行到此处，因为此处意思是：pde存在，pte也存在 + // 但是之前的 ASSERT 已经判断了 pde 不存在 + PANIC("pte repeat!"); + *pte = (page_phyaddr | PG_US_U | PG_RW_W | PG_P_1); + } + } else {// pde 不存在 + // 需要分配 pte 物理页，采用 plloc 函数 + uint32_t new_pde_phyaddr = (uint32_t)palloc(&kernel_pool);//页表中的页框一律从内核中分配 + + *pde = (new_pde_phyaddr | PG_US_U | PG_RW_W | PG_P_1);// 写入到 pde 中 + + /* 分配到的物理页地址 new_pde_phyaddr 对应的物理内存清0,(使用时清零比回收后清零高效，因为不知道回收后会不会再使用) + * 避免里面的陈旧数据变成了页表项,从而让页表混乱. + * 访问到pde对应的物理地址,用pte取高20位便可. + * 因为pte是基于该pde对应的物理地址内再寻址, + * 把低12位置0便是该pde对应的物理页的起始 + */ + // 现需要获得新创建的这个物理页的虚拟地址（保护模式得看虚拟地址！） + memset(((void*)((int)pte & 0xfffff000)), 0, PG_SIZE);//将该新配物理页清0 + + ASSERT(!(*pte & 0x00000001));// 断言 pte 此时是否存在 + + // pte项 此时更改为新建物理页的位置 + *pte = (page_phyaddr | PG_US_U | PG_RW_W | PG_P_1);//将 物理页地址 写入到 pte项中 + } +} + + +// 分配pg_cnt个页空间（物理页),成功则返回起始虚拟地址,失败时返回NULL +void* malloc_page(enum pool_flags pf, uint32_t pg_cnt) { + ASSERT(pg_cnt > 0 && pg_cnt < 3840); +/*********** malloc_page的原理是三个动作的合成: *********** + 1.通过vaddr_get在虚拟内存池中申请虚拟地址 + 2.通过palloc在物理内存池中申请物理页 + 3.通过page_table_add将以上得到的虚拟地址和物理地址在页表中完成映射 +***************************************************************/ + void* vaddr_start = vaddr_get(pf, pg_cnt); + if(vaddr_start == NULL) { + return NULL; + } + + uint32_t vaddr = (uint32_t)vaddr_start, cnt = pg_cnt; + struct pool* mem_pool = (pf & PF_KERNEL)? &kernel_pool : &user_pool; + + // 因为虚拟地址是连续的,但物理地址可以是不连续的,所以逐个做映射 + while(cnt-- > 0) { + void* page_phyaddr = palloc(mem_pool); + if(page_phyaddr == NULL) { + return NULL; + } + page_table_add((void*)vaddr, page_phyaddr);// 在页表建立映射 + vaddr += PG_SIZE;// 下一个虚拟页 + } + return vaddr_start; +} + +// 从内核物理内存池中申请pg_cnt页内存,成功则返回其虚拟地址,失败则返回NULL +void* get_kernel_pages(uint32_t pg_cnt) { + void* vaddr = malloc_page(PF_KERNEL, pg_cnt); + if(vaddr != NULL) {// 虚拟地址是连续的 + memset(vaddr, 0, pg_cnt * PG_SIZE); + } + return vaddr; +} + +// 初始化内存池, 通过all_mem 初始化物理内存池相关结构 +static void mem_pool_init(uint32_t all_mem) { + put_str(" phy_mem_pool_init start!\n"); + // 页表大小= 1页的页目录表+第0和第768个页目录项指向同一个页表+ + // 第769~1022个页目录项共指向254个页表,共256个页框 + uint32_t page_table_size = PG_SIZE * 256; + // 用于记录当前已经使用的内存字节数 + uint32_t used_mem = page_table_size + 0x100000;// 0x100000为低端 1M 内存 + uint32_t free_mem = all_mem - used_mem; + uint16_t all_free_pages = free_mem / PG_SIZE;//转换为 页数 + + // 内核物理内存池 与 用户物理内存池 大小一致 + uint16_t kernel_free_pages = all_free_pages / 2; + uint16_t user_free_pages = all_free_pages - kernel_free_pages; + + /* 为简化位图操作，余数不处理，坏处是这样做会丢内存。 + * 好处是不用做内存的越界检查,因为位图表示的内存少于实际物理内存 + */ + uint32_t kbm_length = kernel_free_pages / 8; // Kernel BitMap的长度,位图中的一位表示一页,以字节为单位 + uint32_t ubm_length = user_free_pages / 8; // User BitMap的长度. + + uint32_t kp_start = used_mem; // kernel pool start 内核内存池的起始位置 + uint32_t up_start = kp_start + kernel_free_pages * PG_SIZE; + + kernel_pool.phy_addr_start = kp_start; + user_pool.phy_addr_start = up_start; + + kernel_pool.pool_bitmap.btmp_bytes_len = kbm_length;// 位图字节长度 + user_pool.pool_bitmap.btmp_bytes_len = ubm_length; + + kernel_pool.pool_size = kernel_free_pages * PG_SIZE; + user_pool.pool_size = user_free_pages * PG_SIZE; + +/********* 内核内存池和用户内存池位图 *********** + * 位图是全局的数据，长度不固定。 + * 全局或静态的数组需要在编译时知道其长度， + * 而我们需要根据总内存大小算出需要多少字节。 + * 所以改为指定一块内存来生成位图. + * ************************************************/ +// 内核使用的最高地址是0xc009f000,这是主线程的栈地址.(内核的大小预计为70K左右) +// 32M内存占用的位图是2k.内核内存池的位图先定在MEM_BITMAP_BASE(0xc009a000)处. + kernel_pool.pool_bitmap.bits = (void*) MEM_BITMAP_BASE; + + // 用户内存池的位图紧跟在内核内存池位图后面 + user_pool.pool_bitmap.bits = (void*)(MEM_BITMAP_BASE + kbm_length); + /******************** 输出内存池信息 **********************/ + put_str(" kernel_pool_bitmap_start:");put_int((int)kernel_pool.pool_bitmap.bits); + put_str(" kernel_pool_phy_addr_start:");put_int(kernel_pool.phy_addr_start); + put_str("\n"); + put_str(" user_pool_bitmap_start:");put_int((int)user_pool.pool_bitmap.bits); + put_str(" user_pool_phy_addr_start:");put_int(user_pool.phy_addr_start); + put_str("\n"); + + /**************** 进行初始化 ***************/ + // 将位图 置为 0 表示还未分配 + bitmap_init(&kernel_pool.pool_bitmap); + bitmap_init(&user_pool.pool_bitmap); + + // 初始化内核的虚拟地址 + // 用于维护内核堆的虚拟地址,所以要和内核内存池大小一致 + kernel_addr.vaddr_bitmap.btmp_bytes_len = kbm_length; + // 位图的数组指向一块未使用的内存,目前定位在内核内存池和用户内存池之后 + kernel_addr.vaddr_bitmap.bits = (void*)(MEM_BITMAP_BASE + kbm_length + ubm_length); + // 虚拟内存池的起始地址，以达到进程在堆中动态申请内存 + kernel_addr.vaddr_start = K_HEAP_START; //内核堆 + bitmap_init(&kernel_addr.vaddr_bitmap); + put_str(" mem_pool_init done\n"); +} + +// 内存管理部分初始化入口 +void mem_init() { + put_str("mem_init start!\n"); + uint32_t mem_bytes_total = (*(uint32_t*)(0xb00)); // 储存机器上物理内存总量 + mem_pool_init(mem_bytes_total); //初始化内存池 + put_str("mem_init done!\n"); +} \ No newline at end of file diff --git a/c8/memory_manager/kernel/memory.h b/c8/memory_manager/kernel/memory.h new file mode 100755 index 0000000..405f8d7 --- /dev/null +++ b/c8/memory_manager/kernel/memory.h @@ -0,0 +1,33 @@ +#ifndef __KERNEL_MEMORY_H +#define __KERNEL_MEMORY_H + +#include "stdint.h" +#include "bitmap.h" + +// 内存池的标记，用来判断使用哪个内存池 +enum pool_flags { + PF_KERNEL = 1, // 内核内存池 + PF_USER = 2 // 用户内存池 +}; + +#define PG_P_1 1 // 页表项或页目录项存在属性位 +#define PG_P_0 0 // 页表项或页目录项存在属性位 +#define PG_RW_R 0 // R/W 属性位值, 读/执行 +#define PG_RW_W 2 // R/W 属性位值, 读/写/执行 +#define PG_US_S 0 // U/S 属性位值, 系统级 +#define PG_US_U 4 // U/S 属性位值, 用户级 + +// 虚拟地址池，用于虚拟地址管理 +struct virtual_addr{ + struct bitmap vaddr_bitmap; // 虚拟地址用到的 bitmap 结构, 页 为单位 + uint32_t vaddr_start; // 虚拟地址起始地址 +}; + +extern struct pool kernel_pool, user_pool; +void mem_init(void); +void* get_kernel_pages(uint32_t pg_cnt); +void* malloc_page(enum pool_flags pf, uint32_t pg_cnt); +void malloc_init(void); +uint32_t* pte_ptr(uint32_t vaddr); +uint32_t* pde_ptr(uint32_t vaddr); +#endif \ No newline at end of file diff --git a/c8/memory_manager/lib/kernel/bitmap.c b/c8/memory_manager/lib/kernel/bitmap.c new file mode 100755 index 0000000..323b793 --- /dev/null +++ b/c8/memory_manager/lib/kernel/bitmap.c @@ -0,0 +1,82 @@ +#include "bitmap.h" +#include "stdint.h" +#include "string.h" +#include "print.h" +#include "interrupt.h" +#include "debug.h" + +// bitmap 的初始化 +void bitmap_init(struct bitmap* btmp) { + memset(btmp->bits, 0, btmp->btmp_bytes_len); +} + +// 判断 btmp 为指针处，bit_idx 位是否为 1，为 1 就返回 true +bool bitmap_scan_test(struct bitmap* btmp, uint32_t bit_idx) { + uint32_t byte_idx = bit_idx / 8;//用于标注字节 + uint32_t bit_odd = bit_idx % 8; //用于标注字节内的位 + return (btmp->bits[byte_idx] & (BITMAP_MASK << bit_odd)); +} + +// 在位图中申请连续cnt个位,成功则返回其起始位下标，失败返回-1 +int bitmap_scan(struct bitmap* btmp, uint32_t cnt) { + uint32_t idx_byte = 0; // 用于记录空闲位所在的字节 + // 先逐字节比较，蛮力法 + // 0 表示空闲，若停止，则说明至少有一个空闲位 + while(( 0xff == btmp->bits[idx_byte]) && (idx_byte < btmp->btmp_bytes_len)) { + idx_byte++; + } + ASSERT(idx_byte < btmp->btmp_bytes_len);// 断言此时在内部 + if(idx_byte == btmp->btmp_bytes_len) { + return -1;// 访问失败，返回 -1 + } + + /* 若在位图数组范围内的某字节内找到了空闲位， + * 在该字节内逐位比对,返回空闲位的索引。 + */ + int idx_bit = 0;//字节内部位数 + while((uint8_t)(BITMAP_MASK << idx_bit) & btmp->bits[idx_byte]) { + idx_bit++; + }// 找到空闲位 + int bit_idx_start = idx_byte * 8 + idx_bit; // 空闲位在bitmap 下标 + if(cnt == 1) { + return bit_idx_start; + } + + // 至此说明 cnt > 1 + // 因此首先进行剩余位数的判断，以免超过bitmap记录数 + uint32_t bit_left = (btmp->btmp_bytes_len * 8 - bit_idx_start); + uint32_t idx_next_bit = bit_idx_start + 1; + uint32_t free_bit_cnt = 1;// 一定要记得记录一下 之前判断后 还有个空闲位 + + bit_idx_start = -1; // 先将其置为 -1，若找不到连续的位就直接返回 + while(bit_left-- > 0) { + // 调用 scan_test 函数，为 0 则为 false + if(!(bitmap_scan_test(btmp, idx_next_bit))) { + free_bit_cnt++; + } else { // 由于必须是连续的，因此只要遇到 不空闲的 位 便将记录cnt置为 0 + free_bit_cnt = 0; + } + // 若是已经满足空闲数 + if(free_bit_cnt == cnt) { + bit_idx_start = idx_next_bit - cnt + 1; + break; + } + idx_next_bit++;// 继续判断下一位 + } + + return bit_idx_start; +} + +// 将位图btmp的bit_idx位设置为value +void bitmap_set(struct bitmap* btmp, uint32_t bit_idx, int8_t value) { + ASSERT((value ==0) || (value == 1));// 只能赋予 0 或 1 + uint32_t byte_idx = bit_idx / 8; //字节位 + uint32_t bit_odd = bit_idx % 8; //位数 位 + + if(value) { + btmp->bits[byte_idx] |= (BITMAP_MASK << bit_odd); + } else { + btmp->bits[byte_idx] &= ~(BITMAP_MASK << bit_odd); + } + +} diff --git a/c8/memory_manager/lib/kernel/bitmap.h b/c8/memory_manager/lib/kernel/bitmap.h new file mode 100755 index 0000000..ab3d2db --- /dev/null +++ b/c8/memory_manager/lib/kernel/bitmap.h @@ -0,0 +1,18 @@ +#ifndef __LIB_KERNEL_BITMAP_H +#define __LIB_KERNEL_BITMAP_H +#include "global.h" +#define BITMAP_MASK 1 // 用在位图中逐位判断，主要通过 按位与 & +struct bitmap{ + uint32_t btmp_bytes_len; + /* 在遍历位图时,整体上以字节为单位,细节上是以位为单位, + 所以此处位图的指针必须是单字节 */ + uint8_t* bits; +}; + +// 函数 +void bitmap_init(struct bitmap* btmp); +bool bitmap_scan_test(struct bitmap* btmp, uint32_t bit_idx); +int bitmap_scan(struct bitmap* btmp, uint32_t cnt); +void bitmap_set(struct bitmap* btmp, uint32_t bit_idx, int8_t value); + +#endif \ No newline at end of file diff --git a/c8/memory_manager/lib/kernel/io.h b/c8/memory_manager/lib/kernel/io.h new file mode 100755 index 0000000..7a30b8f --- /dev/null +++ b/c8/memory_manager/lib/kernel/io.h @@ -0,0 +1,49 @@ +/************** 机器模式 *************** + b -- 输出寄存器QImode名称,即寄存器中的最低8位:[a-d]l。 + w -- 输出寄存器HImode名称,即寄存器中2个字节的部分,如[a-d]x。 + + HImode + “Half-Integer”模式，表示一个两字节的整数。 + QImode + “Quarter-Integer”模式，表示一个一字节的整数。 +*******************************************/ +#ifndef _LIB_IO_H +# define _LIB_IO_H + +#include "stdint.h" + +/** + * 向指定的端口写入一个字节的数据. + * port 为 16 位即可容纳 65535 所有端口号 + * N 为立即数约束 + */ +static inline void outb(uint16_t port, uint8_t data) { + asm volatile("outb %b0, %w1" : : "a"(data), "Nd"(port)); +} +/* + * 将addr处起始的word_cnt个字写入端口port + * insw是将从端口port处读入的16位内容写入es:edi指向的内存, + * 我们在设置段描述符时, 已经将ds,es,ss段的选择子都设置为相同的值了, + * 此时不用担心数据错乱。 + */ +static inline void outsw(uint16_t port, const void* addr, uint32_t word_cnt) { + asm volatile("cld; rep outsw" : "+S"(addr), "+c"(word_cnt) : "d"(port)); +} + +/** + * 将从端口port读入的一个字节返回. + */ +static inline uint8_t inb(uint16_t port) { + uint8_t data; + asm volatile("inb %w1, %b0" : "=a"(data) : "Nd"(port)); + return data; +} + +/** + * 将从port读取的word_cnt字节写入addr. + */ +static inline void insw(uint16_t port, void* addr, uint32_t word_cnt) { + asm volatile("cld; rep insw" : "+D"(addr), "+c"(word_cnt) : "d"(port) : "memory"); +} + +#endif \ No newline at end of file diff --git a/c8/memory_manager/lib/kernel/print.S b/c8/memory_manager/lib/kernel/print.S new file mode 100755 index 0000000..52b9246 --- /dev/null +++ b/c8/memory_manager/lib/kernel/print.S @@ -0,0 +1,217 @@ +TI_GDT equ 0 +RPL0 equ 0 +SELECTOR_VIDEO equ (0x0003<<3) + TI_GDT + RPL0 + +section .data +put_int_buffer dq 0 ; 定义8字节缓冲区用于数字到字符的转换 + +[bits 32] +section .text +;-------------------------------------------- +;put_str 通过put_char来打印以0字符结尾的字符串 +;-------------------------------------------- +;输入：栈中参数为打印的字符串 +;输出：无 + +global put_str +put_str: +;由于本函数中只用到了ebx和ecx,只备份这两个寄存器 + push ebx + push ecx + xor ecx, ecx ; 准备用ecx存储参数,清空 + mov ebx, [esp + 12] ; 从栈中得到待打印的字符串地址 +.goon: + mov cl, [ebx] + cmp cl, 0 ; 如果处理到了字符串尾,跳到结束处返回 + jz .str_over + push ecx ; 为put_char函数传递参数 + call put_char + add esp, 4 ; 回收参数所占的栈空间 + inc ebx ; 使ebx指向下一个字符 + jmp .goon +.str_over: + pop ecx + pop ebx + ret + +;------------------------ put_char ----------------------------- +;功能描述:把栈中的1个字符写入光标所在处 +;------------------------------------------------------------------- +global put_char +put_char: + pushad ;备份32位寄存器环境 + ;需要保证gs中为正确的视频段选择子,为保险起见,每次打印时都为gs赋值 + mov ax, SELECTOR_VIDEO ; 不能直接把立即数送入段寄存器 + mov gs, ax + +;;;;;;;;; 获取当前光标位置 ;;;;;;;;; + ;先获得高8位 + mov dx, 0x03d4 ;索引寄存器 + mov al, 0x0e ;用于提供光标位置的高8位 + out dx, al + mov dx, 0x03d5 ;通过读写数据端口0x3d5来获得或设置光标位置 + in al, dx ;得到了光标位置的高8位 + mov ah, al + + ;再获取低8位 + mov dx, 0x03d4 + mov al, 0x0f + out dx, al + mov dx, 0x03d5 + in al, dx + + ;将光标存入bx + mov bx, ax + ;下面这行是在栈中获取待打印的字符 + mov ecx, [esp + 36] ;pushad压入4×8＝32字节,加上主调函数的返回地址4字节,故esp+36字节 + cmp cl, 0xd ;CR是0x0d,LF是0x0a + jz .is_carriage_return + cmp cl, 0xa + jz .is_line_feed + + cmp cl, 0x8 ;BS(backspace)的asc码是8 + jz .is_backspace + jmp .put_other +;;;;;;;;;;;;;;;;;; + + .is_backspace: +;;;;;;;;;;;; backspace的一点说明 ;;;;;;;;;; +; 当为backspace时,本质上只要将光标移向前一个显存位置即可.后面再输入的字符自然会覆盖此处的字符 +; 但有可能在键入backspace后并不再键入新的字符,这时在光标已经向前移动到待删除的字符位置,但字符还在原处, +; 这就显得好怪异,所以此处添加了空格或空字符0 + dec bx + shl bx,1 + mov byte [gs:bx], 0x20 ;将待删除的字节补为0或空格皆可 + inc bx + mov byte [gs:bx], 0x07 + shr bx,1 + jmp .set_cursor +;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;; + + .put_other: + shl bx, 1 ; 光标位置是用2字节表示,将光标值乘2,表示对应显存中的偏移字节 + mov [gs:bx], cl ; ascii字符本身 + inc bx + mov byte [gs:bx],0x07 ; 字符属性 + shr bx, 1 ; 恢复老的光标值 + inc bx ; 下一个光标值 + cmp bx, 2000 + jl .set_cursor ; 若光标值小于2000,表示未写到显存的最后,则去设置新的光标值 + ; 若超出屏幕字符数大小(2000)则换行处理 + .is_line_feed: ; 是换行符LF(\n) + .is_carriage_return: ; 是回车符CR(\r) + ; 如果是CR(\r),只要把光标移到行首就行了。 + xor dx, dx ; dx是被除数的高16位,清0. + mov ax, bx ; ax是被除数的低16位. + mov si, 80 ; 由于是效仿linux，linux中\n便表示下一行的行首，所以本系统中， + div si ; 把\n和\r都处理为linux中\n的意思，也就是下一行的行首。 + sub bx, dx ; 光标值减去除80的余数便是取整 + ; 以上4行处理\r的代码 + + .is_carriage_return_end: ; 回车符CR处理结束 + add bx, 80 + cmp bx, 2000 + .is_line_feed_end: ; 若是LF(\n),将光标移+80便可。 + jl .set_cursor + +;屏幕行范围是0~24,滚屏的原理是将屏幕的1~24行搬运到0~23行,再将第24行用空格填充 + .roll_screen: ; 若超出屏幕大小，开始滚屏 + cld + mov ecx, 960 ; 一共有2000-80=1920个字符要搬运,共1920*2=3840字节.一次搬4字节,共3840/4=960次 + mov esi, 0xb80a0 ; 第1行行首 + mov edi, 0xb8000 ; 第0行行首 + rep movsd + +;;;;;;;将最后一行填充为空白 + mov ebx, 3840 ; 最后一行首字符的第一个字节偏移= 1920 * 2 + mov ecx, 80 ;一行是80字符(160字节),每次清空1字符(2字节),一行需要移动80次 + .cls: + mov word [gs:ebx], 0x0720 ;0x0720是黑底白字的空格键 + add ebx, 2 + loop .cls + mov bx,1920 ;将光标值重置为1920,最后一行的首字符. + + .set_cursor: + ;将光标设为bx值 +;;;;;;; 1 先设置高8位 ;;;;;;;; + mov dx, 0x03d4 ;索引寄存器 + mov al, 0x0e ;用于提供光标位置的高8位 + out dx, al + mov dx, 0x03d5 ;通过读写数据端口0x3d5来获得或设置光标位置 + mov al, bh + out dx, al + +;;;;;;; 2 再设置低8位 ;;;;;;;;; + mov dx, 0x03d4 + mov al, 0x0f + out dx, al + mov dx, 0x03d5 + mov al, bl + out dx, al + .put_char_done: + popad + ret + +;-------------------- 将小端字节序的数字变成对应的ascii后，倒置 ----------------------- +;输入：栈中参数为待打印的数字 +;输出：在屏幕上打印16进制数字,并不会打印前缀0x,如打印10进制15时，只会直接打印f，不会是0xf +;------------------------------------------------------------------------------------------ +global put_int +put_int: + pushad + mov ebp, esp + mov eax, [ebp+4*9] ; call的返回地址占4字节+pushad的8个4字节 + mov edx, eax + mov edi, 7 ; 指定在put_int_buffer中初始的偏移量 + mov ecx, 8 ; 32位数字中,16进制数字的位数是8个 + mov ebx, put_int_buffer + +;将32位数字按照16进制的形式从低位到高位逐个处理,共处理8个16进制数字 +.16based_4bits: ; 每4位二进制是16进制数字的1位,遍历每一位16进制数字 + and edx, 0x0000000F ; 解析16进制数字的每一位。and与操作后,edx只有低4位有效 + cmp edx, 9 ; 数字0～9和a~f需要分别处理成对应的字符 + jg .is_A2F + add edx, '0' ; ascii码是8位大小。add求和操作后,edx低8位有效。 + jmp .store +.is_A2F: + sub edx, 10 ; A~F 减去10 所得到的差,再加上字符A的ascii码,便是A~F对应的ascii码 + add edx, 'A' + +;将每一位数字转换成对应的字符后,按照类似“大端”的顺序存储到缓冲区put_int_buffer +;高位字符放在低地址,低位字符要放在高地址,这样和大端字节序类似,只不过咱们这里是字符序. +.store: +; 此时dl中应该是数字对应的字符的ascii码 + mov [ebx+edi], dl + dec edi + shr eax, 4 + mov edx, eax + loop .16based_4bits + +;现在put_int_buffer中已全是字符,打印之前, +;把高位连续的字符去掉,比如把字符000123变成123 +.ready_to_print: + inc edi ; 此时edi退减为-1(0xffffffff),加1使其为0 +.skip_prefix_0: + cmp edi,8 ; 若已经比较第9个字符了，表示待打印的字符串为全0 + je .full0 +;找出连续的0字符, edi做为非0的最高位字符的偏移 +.go_on_skip: + mov cl, [put_int_buffer+edi] + inc edi + cmp cl, '0' + je .skip_prefix_0 ; 继续判断下一位字符是否为字符0(不是数字0) + dec edi ;edi在上面的inc操作中指向了下一个字符,若当前字符不为'0',要恢复edi指向当前字符 + jmp .put_each_num + +.full0: + mov cl,'0' ; 输入的数字为全0时，则只打印0 +.put_each_num: + push ecx ; 此时cl中为可打印的字符 + call put_char + add esp, 4 + inc edi ; 使edi指向下一个字符 + mov cl, [put_int_buffer+edi] ; 获取下一个字符到cl寄存器 + cmp edi,8 + jl .put_each_num + popad + ret diff --git a/c8/memory_manager/lib/kernel/print.h b/c8/memory_manager/lib/kernel/print.h new file mode 100755 index 0000000..903039e --- /dev/null +++ b/c8/memory_manager/lib/kernel/print.h @@ -0,0 +1,8 @@ +#ifndef __LIB_KERNEL_PRINT_H +#define __LIB_KERNEL_PRINT_H +#include "stdint.h" +void put_char(uint8_t char_asci); +void put_str(char* message); +void put_int(uint32_t num); // 以16进制打印 +#endif + diff --git a/c8/memory_manager/lib/stdint.h b/c8/memory_manager/lib/stdint.h new file mode 100755 index 0000000..af563e0 --- /dev/null +++ b/c8/memory_manager/lib/stdint.h @@ -0,0 +1,11 @@ +#ifndef __LIB_STDINT_H +#define __LIB_STDINT_H +typedef signed char int8_t; +typedef signed short int int16_t; +typedef signed int int32_t; +typedef signed long long int int64_t; +typedef unsigned char uint8_t; +typedef unsigned short int uint16_t; +typedef unsigned int uint32_t; +typedef unsigned long long int uint64_t; +#endif diff --git a/c8/memory_manager/lib/string.c b/c8/memory_manager/lib/string.c new file mode 100755 index 0000000..ab47322 --- /dev/null +++ b/c8/memory_manager/lib/string.c @@ -0,0 +1,121 @@ +#include "string.h" +#include "global.h" +#include "debug.h" + +/* 进行初始化 将dst_起始的size个字节置为value */ +// 通常用于内存分配时的数据清 0 +void memset(void* dst_, uint8_t value, uint32_t size) { + ASSERT(dst_ != NULL); + uint8_t* dst = (uint8_t*)dst_; + while (size-- > 0){ + *dst++ = value; + } +} + +/* 将src_起始的size个字节复制到dst_ */ +void memcpy(void* dst_, const void* src_, uint32_t size) { + ASSERT(dst_ != NULL && src_ != NULL); + uint8_t* dst = dst_; + const uint8_t* src = src_; + while(size-- > 0) { + *dst++ = *src++; + } +} + +/* 连续比较以地址a_和地址b_开头的size个字节, + 若相等则返回0,若a_大于b_返回+1,否则返回-1 */ +int memcmp(const void* a_, const void* b_, uint32_t size) { + const char* a = a_; + const char* b = b_; + ASSERT(a != NULL && b != NULL); + while(size-- > 0) { + if(*a != *b) { + return *a > *b ? 1 : -1; + } + a++; + b++; + } + // 至此说明相等 + return 0; +} + +/* 将字符串从src_复制到dst_ */ +char* strcpy(char* dst_, const char* src_) { + ASSERT(dst_ != NULL && src_ != NULL); + char* temp = dst_; // 暂存地址 + // 以 字符串结尾 '0' 作为终止条件 + while((*dst_++ = *src_++)); + return temp; +} + + +/* 返回字符串长度 */ +uint32_t strlen(const char* str) { + ASSERT(str != NULL); + const char* end = str;// 标记结尾处位置 + // 和strcpy 函数一样，遇到 '0'停止 + while(*end++); + return (end - str - 1); +} +/* 比较两个字符串,若a_中的字符大于b_中的字符返回1,相等时返回0,否则返回-1. */ +int8_t strcmp (const char* a, const char* b) { + ASSERT(a != NULL && b != NULL); + while(*a != 0 && *a == *b) { + a++; + b++; + } + // 如果 < 就返回 -1 + // 如果 >= 就前往 布尔式 + // 该布尔式表示，要是 > 就 返回 1, 否则只可能是 = ，布尔值刚好是 0 + return *a < *b ? -1 : *a > *b; +} + +/* 从左到右查找字符串str中首次出现字符ch的地址(不是下标,是地址) */ +char* strchr(const char* str, const uint8_t ch) { + ASSERT(str != NULL); + while(*str != 0) { + if(*str == ch) { + return (char*) str;// 强制转换 + } + str++; + } + return NULL; +} + +/* 从右往左查找字符串str中首次出现字符ch的地址(不是下标,是地址) */ +char* strrchr(const char* str, const uint8_t ch) { + ASSERT(str != NULL); + const char* last = NULL; + // 从左往右遍历，将 last 更新即可，这样便不用手动判断 '0' + while(*str != 0) { + if(*str == ch) { + last = str; + } + str++; + } + return (char*)last; +} + +/* 将字符串src_拼接到dst_后,将回拼接的串地址 */ +char* strcat(char* dst_, const char* src_) { + ASSERT(dst_ != NULL && src_ != NULL); + char* str = dst_; + while(*str++);// 循环到末尾 + --str;//得到拼接位置 + while((*str++ = *src_++)); + return dst_; +} + +/* 在字符串str中查找指定字符ch出现的次数 */ +uint32_t strchrs(const char* str, uint8_t ch) { + ASSERT(str != NULL); + uint32_t cnt = 0; + const char* temp = str; + while(*temp != 0) { + if(*temp == ch) { + cnt++; + } + temp++; + } + return cnt; +} \ No newline at end of file diff --git a/c8/memory_manager/lib/string.h b/c8/memory_manager/lib/string.h new file mode 100755 index 0000000..e69de29 diff --git a/c8/memory_manager/makefile b/c8/memory_manager/makefile new file mode 100755 index 0000000..2e525d0 --- /dev/null +++ b/c8/memory_manager/makefile @@ -0,0 +1,94 @@ +BUILD_DIR = ./build +# 存储编译的所有文件 +ENTRY_POINT = 0xc0001500 +# ld 链接 -Ttext参数 +# 编译器及编译参数 +AS = nasm +CC = gcc +LD = ld +LIB = -I lib/ -I lib/kernel/ -I lib/user/ -I kernel/ -I device/ +ASFLAGS = -f elf +ASIB = -I include/ +CFLAGS = -Wall -m32 -fno-stack-protector $(LIB) -c -fno-builtin \ + -W -Wstrict-prototypes -Wmissing-prototypes +LDFLAGS = -m elf_i386 -Ttext $(ENTRY_POINT) -e main -Map $(BUILD_DIR)/kernel.map +OBJS = $(BUILD_DIR)/main.o $(BUILD_DIR)/init.o $(BUILD_DIR)/interrupt.o \ + $(BUILD_DIR)/timer.o $(BUILD_DIR)/kernel.o $(BUILD_DIR)/print.o \ + $(BUILD_DIR)/debug.o $(BUILD_DIR)/memory.o $(BUILD_DIR)/bitmap.o \ + $(BUILD_DIR)/string.o + + +############## c代码编译 ############### +$(BUILD_DIR)/main.o: kernel/main.c lib/kernel/print.h \ + lib/stdint.h kernel/init.h + $(CC) $(CFLAGS) $< -o $@ + +$(BUILD_DIR)/init.o: kernel/init.c kernel/init.h lib/kernel/print.h \ + lib/stdint.h kernel/interrupt.h device/timer.h + $(CC) $(CFLAGS) $< -o $@ + +$(BUILD_DIR)/interrupt.o: kernel/interrupt.c kernel/interrupt.h \ + lib/stdint.h kernel/global.h lib/kernel/io.h lib/kernel/print.h + $(CC) $(CFLAGS) $< -o $@ + +$(BUILD_DIR)/timer.o: device/timer.c device/timer.h lib/stdint.h\ + lib/kernel/io.h lib/kernel/print.h + $(CC) $(CFLAGS) $< -o $@ + +$(BUILD_DIR)/debug.o: kernel/debug.c kernel/debug.h \ + lib/kernel/print.h lib/stdint.h kernel/interrupt.h + $(CC) $(CFLAGS) $< -o $@ + +$(BUILD_DIR)/string.o: lib/string.c lib/string.h lib/stdint.h kernel/global.h \ + lib/stdint.h kernel/debug.h + $(CC) $(CFLAGS) $< -o $@ + +$(BUILD_DIR)/bitmap.o: lib/kernel/bitmap.c lib/kernel/bitmap.h \ + kernel/global.h lib/stdint.h lib/string.h lib/stdint.h \ + lib/kernel/print.h kernel/interrupt.h kernel/debug.h + $(CC) $(CFLAGS) $< -o $@ + +$(BUILD_DIR)/memory.o: kernel/memory.c kernel/memory.h lib/stdint.h lib/kernel/bitmap.h \ + kernel/global.h kernel/global.h kernel/debug.h lib/kernel/print.h \ + lib/kernel/io.h kernel/interrupt.h lib/string.h lib/stdint.h + $(CC) $(CFLAGS) $< -o $@ + +# 编译loader和mbr +$(BUILD_DIR)/mbr.bin: boot/mbr.S + $(AS) $(ASIB) $< -o $@ + +$(BUILD_DIR)/loader.bin: boot/loader.S + $(AS) $(ASIB) $< -o $@ + +############## 汇编代码编译 ############### +$(BUILD_DIR)/kernel.o: kernel/kernel.S + $(AS) $(ASFLAGS) $< -o $@ +$(BUILD_DIR)/print.o: lib/kernel/print.S + $(AS) $(ASFLAGS) $< -o $@ + +############## 链接所有目标文件 ############# +$(BUILD_DIR)/kernel.bin: $(OBJS) + $(LD) $(LDFLAGS) $^ -o $@ + +.PHONY : mk_dir hd clean tran all + +mk_dir: + if [[ ! -d $(BUILD_DIR) ]];then mkdir $(BUILD_DIR);fi + +hd: + # echo ".....Writing mbr, loader and kernel to disk....." + dd if=$(BUILD_DIR)/mbr.bin of=/home/ahu/install/bochs/hd60M.img bs=512 count=1 conv=notrunc + dd if=$(BUILD_DIR)/loader.bin of=/home/ahu/install/bochs/hd60M.img bs=512 count=4 seek=2 conv=notrunc + dd if=$(BUILD_DIR)/kernel.bin of=/home/ahu/install/bochs/hd60M.img bs=512 count=200 seek=9 conv=notrunc + + +clean: + cd $(BUILD_DIR) && rm -f ./* + +build: $(BUILD_DIR)/mbr.bin $(BUILD_DIR)/loader.bin $(BUILD_DIR)/kernel.bin + # echo ".....build kernel now....." + +all: mk_dir build hd tran + +tran: + cd /home/ahu/install/bochs/ && bin/bochs -f bochsrc.disk \ No newline at end of file diff --git a/c8/temp b/c8/temp new file mode 100755 index 0000000..6271fbe --- /dev/null +++ b/c8/temp @@ -0,0 +1,87 @@ +BUILD_DIR = ./build +# 存储编译的所有文件 +ENTRY_POINT = 0xc0001500 +# ld 链接 -Ttext参数 +# 编译器及编译参数 +AS = nasm +CC = gcc +LD = ld +LIB = -I lib/ -I lib/kernel/ -I lib/user/ -I kernel/ -I device/ +ASFLAGS = -f elf +ASIB = -I include/ +CFLAGS = -Wall -m32 -fno-stack-protector $(LIB) -c -fno-builtin \ + -W -Wstrict-prototypes -Wmissing-prototypes +LDFLAGS = -m elf_i386 -Ttext $(ENTRY_POINT) -e main -Map $(BUILD_DIR)/kernel.map +OBJS = $(BUILD_DIR)/main.o $(BUILD_DIR)/init.o $(BUILD_DIR)/interrupt.o \ + $(BUILD_DIR)/timer.o $(BUILD_DIR)/kernel.o $(BUILD_DIR)/print.o \ + $(BUILD_DIR)/debug.o $(BUILD_DIR)/memory.o $(BUILD_DIR)/bitmap.o \ + $(BUILD_DIR)/string.o + + +############## c代码编译 ############### +$(BUILD_DIR)/main.o: kernel/main.c lib/kernel/print.h \ + lib/stdint.h kernel/init.h + $(CC) $(CFLAGS) $< -o $@ + +$(BUILD_DIR)/init.o: kernel/init.c kernel/init.h lib/kernel/print.h \ + lib/stdint.h kernel/interrupt.h device/timer.h + $(CC) $(CFLAGS) $< -o $@ + +$(BUILD_DIR)/interrupt.o: kernel/interrupt.c kernel/interrupt.h \ + lib/stdint.h kernel/global.h lib/kernel/io.h lib/kernel/print.h + $(CC) $(CFLAGS) $< -o $@ + +$(BUILD_DIR)/timer.o: device/timer.c device/timer.h lib/stdint.h\ + lib/kernel/io.h lib/kernel/print.h + $(CC) $(CFLAGS) $< -o $@ + +$(BUILD_DIR)/debug.o: kernel/debug.c kernel/debug.h \ + lib/kernel/print.h lib/stdint.h kernel/interrupt.h + $(CC) $(CFLAGS) $< -o $@ + +$(BUILD_DIR)/string.o: lib/string.c lib/string.h lib/stdint.h kernel/global.h \ + lib/stdint.h kernel/debug.h + $(CC) $(CFLAGS) $< -o $@ + +$(BUILD_DIR)/bitmap.o: lib/kernel/bitmap.c lib/kernel/bitmap.h \ + kernel/global.h lib/stdint.h lib/string.h lib/stdint.h \ + lib/kernel/print.h kernel/interrupt.h kernel/debug.h + $(CC) $(CFLAGS) $< -o $@ + +$(BUILD_DIR)/memory.o: kernel/memory.c kernel/memory.h lib/stdint.h lib/kernel/bitmap.h \ + kernel/global.h kernel/global.h kernel/debug.h lib/kernel/print.h \ + lib/kernel/io.h kernel/interrupt.h lib/string.h lib/stdint.h + $(CC) $(CFLAGS) $< -o $@ + +############## 汇编代码编译 ############### +$(BUILD_DIR)/kernel.o: kernel/kernel.S + $(AS) $(ASFLAGS) $< -o $@ +$(BUILD_DIR)/print.o: lib/kernel/print.S + $(AS) $(ASFLAGS) $< -o $@ + +############## 链接所有目标文件 ############# +$(BUILD_DIR)/kernel.bin: $(OBJS) + $(LD) $(LDFLAGS) $^ -o $@ + +.PHONY : mk_dir hd clean all tran + +mk_dir: + if [[ ! -d $(BUILD_DIR) ]];then mkdir $(BUILD_DIR);fi + +hd: + dd if=$(BUILD_DIR)/kernel.bin \ + of=/home/work/my_workspace/bochs/hd60M.img \ + bs=512 count=200 seek=9 conv=notrunc + +clean: + cd $(BUILD_DIR) && rm -f ./* + +build: $(BUILD_DIR)/kernel.bin + +all: mk_dir build hd tran + +tran: + cd /home/ahu/install/bochs/ && bin/bochs -f bochsrc.disk + + + dd if=$(BUILD_DIR)/kernel.bin of=/home/ahu/install/bochs/hd60M.img bs=512 count=200 seek=9 conv=notrunc diff --git a/c9/thread_schedule/boot/loader.S b/c9/thread_schedule/boot/loader.S new file mode 100755 index 0000000..d247cf5 --- /dev/null +++ b/c9/thread_schedule/boot/loader.S @@ -0,0 +1,380 @@ + %include "boot.inc" + section loader vstart=LOADER_BASE_ADDR +;构建gdt及其内部的描述符 + GDT_BASE: dd 0x00000000 + dd 0x00000000 + + CODE_DESC: dd 0x0000FFFF + dd DESC_CODE_HIGH4 + + DATA_STACK_DESC: dd 0x0000FFFF + dd DESC_DATA_HIGH4 + + VIDEO_DESC: dd 0x80000007 ; limit=(0xbffff-0xb8000)/4k=0x7 + dd DESC_VIDEO_HIGH4 ; 此时dpl为0 + + GDT_SIZE equ $ - GDT_BASE + GDT_LIMIT equ GDT_SIZE - 1 + times 60 dq 0 ; 此处预留60个描述符的空位(slot) + SELECTOR_CODE equ (0x0001<<3) + TI_GDT + RPL0 ; 相当于(CODE_DESC - GDT_BASE)/8 + TI_GDT + RPL0 + SELECTOR_DATA equ (0x0002<<3) + TI_GDT + RPL0 ; 同上 + SELECTOR_VIDEO equ (0x0003<<3) + TI_GDT + RPL0 ; 同上 + + ; total_mem_bytes用于保存内存容量,以字节为单位,此位置比较好记。 + ; 当前偏移loader.bin文件头0x200字节,loader.bin的加载地址是0x900, + ; 故total_mem_bytes内存中的地址是0xb00.将来在内核中咱们会引用此地址 + total_mem_bytes dd 0 + ;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;; + + ;以下是定义gdt的指针，前2字节是gdt界限，后4字节是gdt起始地址 + gdt_ptr dw GDT_LIMIT + dd GDT_BASE + + ;人工对齐:total_mem_bytes4字节+gdt_ptr6字节+ards_buf244字节+ards_nr2,共256字节 + ards_buf times 244 db 0 + ards_nr dw 0 ;用于记录ards结构体数量 + + loader_start: + +;------- int 15h eax = 0000E820h ,edx = 534D4150h ('SMAP') 获取内存布局 ------- + + xor ebx, ebx ;第一次调用时，ebx值要为0 + mov edx, 0x534d4150 ;edx只赋值一次，循环体中不会改变 + mov di, ards_buf ;ards结构缓冲区 +.e820_mem_get_loop: ;循环获取每个ARDS内存范围描述结构 + mov eax, 0x0000e820 ;执行int 0x15后,eax值变为0x534d4150,所以每次执行int前都要更新为子功能号。 + mov ecx, 20 ;ARDS地址范围描述符结构大小是20字节 + int 0x15 + jc .e820_failed_so_try_e801 ;若cf位为1则有错误发生，尝试0xe801子功能 + add di, cx ;使di增加20字节指向缓冲区中新的ARDS结构位置 + inc word [ards_nr] ;记录ARDS数量 + cmp ebx, 0 ;若ebx为0且cf不为1,这说明ards全部返回，当前已是最后一个 + jnz .e820_mem_get_loop + +;在所有ards结构中，找出(base_add_low + length_low)的最大值，即内存的容量。 + mov cx, [ards_nr] ;遍历每一个ARDS结构体,循环次数是ARDS的数量 + mov ebx, ards_buf + xor edx, edx ;edx为最大的内存容量,在此先清0 +.find_max_mem_area: ;无须判断type是否为1,最大的内存块一定是可被使用 + mov eax, [ebx] ;base_add_low + add eax, [ebx+8] ;length_low + add ebx, 20 ;指向缓冲区中下一个ARDS结构 + cmp edx, eax ;冒泡排序，找出最大,edx寄存器始终是最大的内存容量 + jge .next_ards + mov edx, eax ;edx为总内存大小 +.next_ards: + loop .find_max_mem_area + jmp .mem_get_ok + +;------ int 15h ax = E801h 获取内存大小,最大支持4G ------ +; 返回后, ax cx 值一样,以KB为单位,bx dx值一样,以64KB为单位 +; 在ax和cx寄存器中为低16M,在bx和dx寄存器中为16MB到4G。 +.e820_failed_so_try_e801: + mov ax,0xe801 + int 0x15 + jc .e801_failed_so_try88 ;若当前e801方法失败,就尝试0x88方法 + +;1 先算出低15M的内存,ax和cx中是以KB为单位的内存数量,将其转换为以byte为单位 + mov cx,0x400 ;cx和ax值一样,cx用做乘数 + mul cx + shl edx,16 + and eax,0x0000FFFF + or edx,eax + add edx, 0x100000 ;ax只是15MB,故要加1MB + mov esi,edx ;先把低15MB的内存容量存入esi寄存器备份 + +;2 再将16MB以上的内存转换为byte为单位,寄存器bx和dx中是以64KB为单位的内存数量 + xor eax,eax + mov ax,bx + mov ecx, 0x10000 ;0x10000十进制为64KB + mul ecx ;32位乘法,默认的被乘数是eax,积为64位,高32位存入edx,低32位存入eax. + add esi,eax ;由于此方法只能测出4G以内的内存,故32位eax足够了,edx肯定为0,只加eax便可 + mov edx,esi ;edx为总内存大小 + jmp .mem_get_ok + +;----------------- int 15h ah = 0x88 获取内存大小,只能获取64M之内 ---------- +.e801_failed_so_try88: + ;int 15后，ax存入的是以kb为单位的内存容量 + mov ah, 0x88 + int 0x15 + jc .error_hlt + and eax,0x0000FFFF + + ;16位乘法，被乘数是ax,积为32位.积的高16位在dx中，积的低16位在ax中 + mov cx, 0x400 ;0x400等于1024,将ax中的内存容量换为以byte为单位 + mul cx + shl edx, 16 ;把dx移到高16位 + or edx, eax ;把积的低16位组合到edx,为32位的积 + add edx,0x100000 ;0x88子功能只会返回1MB以上的内存,故实际内存大小要加上1MB + +.mem_get_ok: + mov [total_mem_bytes], edx ;将内存换为byte单位后存入total_mem_bytes处。 + + +;----------------- 准备进入保护模式 ------------------- +;1 打开A20 +;2 加载gdt +;3 将cr0的pe位置1 + + ;----------------- 打开A20 ---------------- + in al,0x92 + or al,0000_0010B + out 0x92,al + + ;----------------- 加载GDT ---------------- + lgdt [gdt_ptr] + + ;----------------- cr0第0位置1 ---------------- + mov eax, cr0 + or eax, 0x00000001 + mov cr0, eax + + jmp dword SELECTOR_CODE:p_mode_start ; 刷新流水线，避免分支预测的影响,这种cpu优化策略，最怕jmp跳转， + ; 这将导致之前做的预测失效，从而起到了刷新的作用。 +.error_hlt: ;出错则挂起 + hlt + +[bits 32] +p_mode_start: + mov ax, SELECTOR_DATA + mov ds, ax + mov es, ax + mov ss, ax + mov esp,LOADER_STACK_TOP + mov ax, SELECTOR_VIDEO + mov gs, ax + +; ------------------------- 加载kernel ---------------------- + mov eax, KERNEL_START_SECTOR ; kernel.bin所在的扇区号 + mov ebx, KERNEL_BIN_BASE_ADDR ; 从磁盘读出后，写入到ebx指定的地址 + mov ecx, 200 ; 读入的扇区数 + + call rd_disk_m_32 + + ; 创建页目录及页表并初始化页内存位图 + call setup_page + + ;要将描述符表地址及偏移量写入内存gdt_ptr,一会用新地址重新加载 + sgdt [gdt_ptr] ; 存储到原来gdt所有的位置 + + ;将gdt描述符中视频段描述符中的段基址+0xc0000000 + mov ebx, [gdt_ptr + 2] + or dword [ebx + 0x18 + 4], 0xc0000000 ;视频段是第3个段描述符,每个描述符是8字节,故0x18。 + ;段描述符的高4字节的最高位是段基址的31~24位 + + ;将gdt的基址加上0xc0000000使其成为内核所在的高地址 + add dword [gdt_ptr + 2], 0xc0000000 + + add esp, 0xc0000000 ; 将栈指针同样映射到内核地址 + + ; 把页目录地址赋给cr3 + mov eax, PAGE_DIR_TABLE_POS + mov cr3, eax + + ; 打开cr0的pg位(第31位) + mov eax, cr0 + or eax, 0x80000000 + mov cr0, eax + + ;在开启分页后,用gdt新的地址重新加载 + lgdt [gdt_ptr] ; 重新加载 + +;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;; 此时不刷新流水线也没问题 ;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;; +;由于一直处在32位下,原则上不需要强制刷新,经过实际测试没有以下这两句也没问题. +;但以防万一，还是加上啦，免得将来出来莫句奇妙的问题. + jmp SELECTOR_CODE:enter_kernel ;强制刷新流水线,更新gdt +enter_kernel: +;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;; + call kernel_init + mov esp, 0xc009f000 + jmp KERNEL_ENTRY_POINT ; 用地址0x1500访问测试，结果ok + + +;----------------- 将kernel.bin中的segment拷贝到编译的地址 ----------- +kernel_init: + xor eax, eax + xor ebx, ebx ;ebx记录程序头表地址 + xor ecx, ecx ;cx记录程序头表中的program header数量 + xor edx, edx ;dx 记录program header尺寸,即e_phentsize + + mov dx, [KERNEL_BIN_BASE_ADDR + 42] ; 偏移文件42字节处的属性是e_phentsize,表示program header大小 + mov ebx, [KERNEL_BIN_BASE_ADDR + 28] ; 偏移文件开始部分28字节的地方是e_phoff,表示第1 个program header在文件中的偏移量 + ; 其实该值是0x34,不过还是谨慎一点，这里来读取实际值 + add ebx, KERNEL_BIN_BASE_ADDR + mov cx, [KERNEL_BIN_BASE_ADDR + 44] ; 偏移文件开始部分44字节的地方是e_phnum,表示有几个program header +.each_segment: + cmp byte [ebx + 0], PT_NULL ; 若p_type等于 PT_NULL,说明此program header未使用。 + je .PTNULL + + ;为函数memcpy压入参数,参数是从右往左依然压入.函数原型类似于 memcpy(dst,src,size) + push dword [ebx + 16] ; program header中偏移16字节的地方是p_filesz,压入函数memcpy的第三个参数:size + mov eax, [ebx + 4] ; 距程序头偏移量为4字节的位置是p_offset + add eax, KERNEL_BIN_BASE_ADDR ; 加上kernel.bin被加载到的物理地址,eax为该段的物理地址 + push eax ; 压入函数memcpy的第二个参数:源地址 + push dword [ebx + 8] ; 压入函数memcpy的第一个参数:目的地址,偏移程序头8字节的位置是p_vaddr，这就是目的地址 + call mem_cpy ; 调用mem_cpy完成段复制 + add esp,12 ; 清理栈中压入的三个参数 +.PTNULL: + add ebx, edx ; edx为program header大小,即e_phentsize,在此ebx指向下一个program header + loop .each_segment + ret + +;---------- 逐字节拷贝 mem_cpy(dst,src,size) ------------ +;输入:栈中三个参数(dst,src,size) +;输出:无 +;--------------------------------------------------------- +mem_cpy: + cld + push ebp + mov ebp, esp + push ecx ; rep指令用到了ecx，但ecx对于外层段的循环还有用，故先入栈备份 + mov edi, [ebp + 8] ; dst + mov esi, [ebp + 12] ; src + mov ecx, [ebp + 16] ; size + rep movsb ; 逐字节拷贝 + + ;恢复环境 + pop ecx + pop ebp + ret + + +;------------- 创建页目录及页表 --------------- +setup_page: +;先把页目录占用的空间逐字节清0 + mov ecx, 4096 + mov esi, 0 +.clear_page_dir: + mov byte [PAGE_DIR_TABLE_POS + esi], 0 + inc esi + loop .clear_page_dir + +;开始创建页目录项(PDE) +.create_pde: ; 创建Page Directory Entry + mov eax, PAGE_DIR_TABLE_POS + add eax, 0x1000 ; 此时eax为第一个页表的位置及属性 + mov ebx, eax ; 此处为ebx赋值，是为.create_pte做准备，ebx为基址。 + +; 下面将页目录项0和0xc00都存为第一个页表的地址， +; 一个页表可表示4MB内存,这样0xc03fffff以下的地址和0x003fffff以下的地址都指向相同的页表， +; 这是为将地址映射为内核地址做准备 + or eax, PG_US_U | PG_RW_W | PG_P ; 页目录项的属性RW和P位为1,US为1,表示用户属性,所有特权级别都可以访问. + mov [PAGE_DIR_TABLE_POS + 0x0], eax ; 第1个目录项,在页目录表中的第1个目录项写入第一个页表的位置(0x101000)及属性(3) + mov [PAGE_DIR_TABLE_POS + 0xc00], eax ; 一个页表项占用4字节,0xc00表示第768个页表占用的目录项,0xc00以上的目录项用于内核空间, + ; 也就是页表的0xc0000000~0xffffffff共计1G属于内核,0x0~0xbfffffff共计3G属于用户进程. + sub eax, 0x1000 + mov [PAGE_DIR_TABLE_POS + 4092], eax ; 使最后一个目录项指向页目录表自己的地址 + +;下面创建页表项(PTE) + mov ecx, 256 ; 1M低端内存 / 每页大小4k = 256 + mov esi, 0 + mov edx, PG_US_U | PG_RW_W | PG_P ; 属性为7,US=1,RW=1,P=1 +.create_pte: ; 创建Page Table Entry + mov [ebx+esi*4],edx ; 此时的ebx已经在上面通过eax赋值为0x101000,也就是第一个页表的地址 + add edx,4096 + inc esi + loop .create_pte + +;创建内核其它页表的PDE + mov eax, PAGE_DIR_TABLE_POS + add eax, 0x2000 ; 此时eax为第二个页表的位置 + or eax, PG_US_U | PG_RW_W | PG_P ; 页目录项的属性RW和P位为1,US为0 + mov ebx, PAGE_DIR_TABLE_POS + mov ecx, 254 ; 范围为第769~1022的所有目录项数量 + mov esi, 769 +.create_kernel_pde: + mov [ebx+esi*4], eax + inc esi + add eax, 0x1000 + loop .create_kernel_pde + ret + + +;------------------------------------------------------------------------------- + ;功能:读取硬盘n个扇区 +rd_disk_m_32: +;------------------------------------------------------------------------------- + ; eax=LBA扇区号 + ; ebx=将数据写入的内存地址 + ; ecx=读入的扇区数 + mov esi,eax ; 备份eax + mov di,cx ; 备份扇区数到di +;读写硬盘: +;第1步：设置要读取的扇区数 + mov dx,0x1f2 + mov al,cl + out dx,al ;读取的扇区数 + + mov eax,esi ;恢复ax + +;第2步：将LBA地址存入0x1f3 ~ 0x1f6 + + ;LBA地址7~0位写入端口0x1f3 + mov dx,0x1f3 + out dx,al + + ;LBA地址15~8位写入端口0x1f4 + mov cl,8 + shr eax,cl + mov dx,0x1f4 + out dx,al + + ;LBA地址23~16位写入端口0x1f5 + shr eax,cl + mov dx,0x1f5 + out dx,al + + shr eax,cl + and al,0x0f ;lba第24~27位 + or al,0xe0 ; 设置7～4位为1110,表示lba模式 + mov dx,0x1f6 + out dx,al + +;第3步：向0x1f7端口写入读命令，0x20 + mov dx,0x1f7 + mov al,0x20 + out dx,al + +;;;;;;; 至此,硬盘控制器便从指定的lba地址(eax)处,读出连续的cx个扇区,下面检查硬盘状态,不忙就能把这cx个扇区的数据读出来 + +;第4步：检测硬盘状态 + .not_ready: ;测试0x1f7端口(status寄存器)的的BSY位 + ;同一端口,写时表示写入命令字,读时表示读入硬盘状态 + nop + in al,dx + and al,0x88 ;第4位为1表示硬盘控制器已准备好数据传输,第7位为1表示硬盘忙 + cmp al,0x08 + jnz .not_ready ;若未准备好,继续等。 + +;第5步：从0x1f0端口读数据 + mov ax, di ;以下从硬盘端口读数据用insw指令更快捷,不过尽可能多的演示命令使用, + ;在此先用这种方法,在后面内容会用到insw和outsw等 + + mov dx, 256 ;di为要读取的扇区数,一个扇区有512字节,每次读入一个字,共需di*512/2次,所以di*256 + mul dx + mov cx, ax + mov dx, 0x1f0 + .go_on_read: + in ax,dx + mov [ebx], ax + add ebx, 2 + ; 由于在实模式下偏移地址为16位,所以用bx只会访问到0~FFFFh的偏移。 + ; loader的栈指针为0x900,bx为指向的数据输出缓冲区,且为16位， + ; 超过0xffff后,bx部分会从0开始,所以当要读取的扇区数过大,待写入的地址超过bx的范围时， + ; 从硬盘上读出的数据会把0x0000~0xffff的覆盖， + ; 造成栈被破坏,所以ret返回时,返回地址被破坏了,已经不是之前正确的地址, + ; 故程序出会错,不知道会跑到哪里去。 + ; 所以改为ebx代替bx指向缓冲区,这样生成的机器码前面会有0x66和0x67来反转。 + ; 0X66用于反转默认的操作数大小! 0X67用于反转默认的寻址方式. + ; cpu处于16位模式时,会理所当然的认为操作数和寻址都是16位,处于32位模式时, + ; 也会认为要执行的指令是32位. + ; 当我们在其中任意模式下用了另外模式的寻址方式或操作数大小(姑且认为16位模式用16位字节操作数， + ; 32位模式下用32字节的操作数)时,编译器会在指令前帮我们加上0x66或0x67， + ; 临时改变当前cpu模式到另外的模式下. + ; 假设当前运行在16位模式,遇到0X66时,操作数大小变为32位. + ; 假设当前运行在32位模式,遇到0X66时,操作数大小变为16位. + ; 假设当前运行在16位模式,遇到0X67时,寻址方式变为32位寻址 + ; 假设当前运行在32位模式,遇到0X67时,寻址方式变为16位寻址. + + loop .go_on_read + ret diff --git a/c9/thread_schedule/boot/mbr.S b/c9/thread_schedule/boot/mbr.S new file mode 100755 index 0000000..7efd523 --- /dev/null +++ b/c9/thread_schedule/boot/mbr.S @@ -0,0 +1,126 @@ +;���������� +;------------------------------------------------------------ +%include "boot.inc" +SECTION MBR vstart=0x7c00 + mov ax,cs + mov ds,ax + mov es,ax + mov ss,ax + mov fs,ax + mov sp,0x7c00 + mov ax,0xb800 + mov gs,ax + +; ���� +;����0x06�Ź��ܣ��Ͼ�ȫ���У���������� +; ----------------------------------------------------------- +;INT 0x10 ���ܺ�:0x06 ��������:�Ͼ����� +;------------------------------------------------------ +;���룺 +;AH ���ܺ�= 0x06 +;AL = �Ͼ�������(���Ϊ0,��ʾȫ��) +;BH = �Ͼ������� +;(CL,CH) = �������Ͻǵ�(X,Y)λ�� +;(DL,DH) = �������½ǵ�(X,Y)λ�� +;�޷���ֵ�� + mov ax, 0600h + mov bx, 0700h + mov cx, 0 ; ���Ͻ�: (0, 0) + mov dx, 184fh ; ���½�: (80,25), + ; ��ΪVGA�ı�ģʽ�У�һ��ֻ������80���ַ�,��25�С� + ; �±��0��ʼ������0x18=24,0x4f=79 + int 10h ; int 10h + + ; ����ַ���:MBR + mov byte [gs:0x00],'1' + mov byte [gs:0x01],0xA4 + + mov byte [gs:0x02],' ' + mov byte [gs:0x03],0xA4 + + mov byte [gs:0x04],'M' + mov byte [gs:0x05],0xA4 ;A��ʾ��ɫ������˸��4��ʾǰ��ɫΪ��ɫ + + mov byte [gs:0x06],'B' + mov byte [gs:0x07],0xA4 + + mov byte [gs:0x08],'R' + mov byte [gs:0x09],0xA4 + + mov eax,LOADER_START_SECTOR ; ��ʼ����lba��ַ + mov bx,LOADER_BASE_ADDR ; д��ĵ�ַ + mov cx,4 ; ������������� + call rd_disk_m_16 ; ���¶�ȡ�������ʼ���֣�һ�������� + + jmp LOADER_BASE_ADDR + 0x300 + +;------------------------------------------------------------------------------- +;����:��ȡӲ��n������ +rd_disk_m_16: +;------------------------------------------------------------------------------- + ; eax=LBA������ + ; ebx=������д����ڴ��ַ + ; ecx=����������� + mov esi,eax ;����eax + mov di,cx ;����cx +;��дӲ��: +;��1��������Ҫ��ȡ�������� + mov dx,0x1f2 + mov al,cl + out dx,al ;��ȡ�������� + + mov eax,esi ;�ָ�ax + +;��2������LBA��ַ����0x1f3 ~ 0x1f6 + + ;LBA��ַ7~0λд��˿�0x1f3 + mov dx,0x1f3 + out dx,al + + ;LBA��ַ15~8λд��˿�0x1f4 + mov cl,8 + shr eax,cl + mov dx,0x1f4 + out dx,al + + ;LBA��ַ23~16λд��˿�0x1f5 + shr eax,cl + mov dx,0x1f5 + out dx,al + + shr eax,cl + and al,0x0f ;lba��24~27λ + or al,0xe0 ; ����7��4λΪ1110,��ʾlbaģʽ + mov dx,0x1f6 + out dx,al + +;��3������0x1f7�˿�д������0x20 + mov dx,0x1f7 + mov al,0x20 + out dx,al + +;��4�������Ӳ��״̬ + .not_ready: + ;ͬһ�˿ڣ�дʱ��ʾд�������֣���ʱ��ʾ����Ӳ��״̬ + nop + in al,dx + and al,0x88 ;��4λΪ1��ʾӲ�̿�������׼�������ݴ��䣬��7λΪ1��ʾӲ��æ + cmp al,0x08 + jnz .not_ready ;��δ׼���ã������ȡ� + +;��5������0x1f0�˿ڶ����� + mov ax, di + mov dx, 256 + mul dx + mov cx, ax ; diΪҪ��ȡ����������һ��������512�ֽڣ�ÿ�ζ���һ���֣� + ; ����di*512/2�Σ�����di*256 + mov dx, 0x1f0 + .go_on_read: + in ax,dx + mov [bx],ax + add bx,2 + loop .go_on_read + ret + + times 510-($-$$) db 0 + db 0x55,0xaa diff --git a/c9/thread_schedule/build/bitmap.o b/c9/thread_schedule/build/bitmap.o new file mode 100644 index 0000000000000000000000000000000000000000..9c10850e8482eac4625d2c6e0e01426133f49b6b GIT binary patch literal 2460 zcma)6-A^1<6u+~(z=9Mg_Q9l09FnSF!*nUtQcDd`21r9JQuax4vb#)SfnCevKq%u>ag|a)odZK^}JLnl~Ir#4%$_;3W4P`6+YKVQqcA$6V*wR(BWZ>djhwK}^|VW~x14cY?%TYW06*DkW!#dTXP zenZ)<<)8kr9yhEb*?Yr0)5*O|t7?&I+zw>bqC`bp4%p$M^r&{R{`Rwy>C{z!K3q)y zMn-4XkXxXT!Q8?C!T5>Xf=rves;L-uUM-qcU*RK5f33m1s_tNQ4%(4yb?0kd-0#-9 zwJfSHI@LEk{A9^|j1R~iTcH?uOY4?e$j(+vW|^%Pwr@Ho?3xQr_mM^2f+@QsS?cDh zx7yO4n-6c^p50`|Ygi=%U837Zm)<8B?>nSR?j_>x+)LbX!dv$@ 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znUTZ|fa(;H_#iVtKoE$LU6KHlZ~%(205M2Ehz6M{3FQMRFjxRoCk^8OX_$F1p|J4a z&~6tMkxm65DbcME8yz2a7$ym#^-5AJN*MHtGm1-!N)nTRtjb&n4dElJ#ll9mkA>mm ne`F<~kO%n-1_VH^E6FHIO-#`*F3&7U&d>{HfH2}q@*%1K)EOb^ literal 0 HcmV?d00001 diff --git a/c9/thread_schedule/build/thread.o b/c9/thread_schedule/build/thread.o new file mode 100644 index 0000000000000000000000000000000000000000..8e50997b477d08528cf6131135edc632cf54d93e GIT binary patch literal 5040 zcma)9ZETxY6+ZrG=cH+uW?`(fP85-_$mj{P=q8^1C3 zYt|w@T6xvtnZU}}k0EVBVnd8y10+;7fug2WhXm68@CQu-O+qRVL>Pr1D8f9?{jlFU z&fqGqpL@=E&bjA)-+Vneek>FUi7g?CNK+EI(yc8c3i{`lM z%10(qefQwaQ|=vK&j*w5z4+XhXqheJ#<}^@ZWipQY{r%%`^D z_r_Q+yHQ#0YTHOQ*hr$KksB&4Fxt3Rl}*R2+>BR~E4Abb8q@4py}VK{-?ANguJ**L z9lNMf>aktYgypV!xvQ3p)!)WAHMn*fE?(s@!(5Yv`M3X5ucKOxY59>0O+nAo!nYqs zf2*l(%vtSJSCvD7N_RE21C<+NT}+Uw6k1%ZrVt2q{#H{_Rp)QD`?=fm)pK20j-DAk zBlU93_Dl~zO+Jx~sV~mo7Ak{`X(wy#CS9w!xfv&uay=Au z)r}yvoaYyvY1em3e%ddW`Um0u&YBQPbg^m-FKoucE)J(+rWLblEx2g{qX9akJ%F 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位，再读写高 8 位 +#define PIT_CONTROL_PORT 0x43 // 控制器寄存器接口 + +uint32_t ticks; // ticks 是内核自中断开启以来总共的滴答数 + +/* + * 把操作的计数器counter_no、读写锁属性rwl、计数器模式counter_mode + * 写入模式控制寄存器 + * 并赋予初始值counter_value + * */ +static void frequency_set(uint8_t counter_port, \ + uint8_t counter_no, \ + uint8_t rwl, \ + uint8_t counter_mode, \ + uint16_t counter_value) { +/* 往控制字寄存器端口0x43中写入控制字 */ +// 最后一位为 0 ，即选择二进制 + outb(PIT_CONTROL_PORT, (uint8_t)(counter_no << 6 | rwl << 4 | counter_mode << 1)); +/* 先写入counter_value的低8位 */ + outb(counter_port, (uint8_t)counter_value); +/* 后写入counter_value的高8位 */ + outb(counter_port, (uint8_t)counter_port >> 8); +} + +// 时钟的中断处理函数 +static void intr_timer_handler(void) { + struct task_struct* cur_thread = running_thread();// 获取当前线程 + + ASSERT(cur_thread->stack_magic == 0x20000611);// 检查栈是否溢出 + + cur_thread->elapsed_ticks++; // + //从内核第一次处理时间中断后开始至今的滴哒数,内核态和用户态总共的嘀哒数 + ticks++; + + if(cur_thread->ticks == 0) {// 时间片用完，那就调度新的线程 + schedule(); + }else { // 否则将时间片 -1 + cur_thread->ticks--; + } + +} + +// 初始化 8253 +void timer_init() { + put_str("timer_init start!\n"); + frequency_set(COUNTRER0_PORT, COUNTER0_NO, READ_WRITE_LATCH, COUNTER_MODE, COUNTER0_VALUE); + register_handler(0x20, intr_timer_handler);// 将时钟中断置为 0x20 + put_str("timer_init done!\n"); +} + + diff --git a/c9/thread_schedule/device/timer.h b/c9/thread_schedule/device/timer.h new file mode 100755 index 0000000..b83ed74 --- /dev/null +++ b/c9/thread_schedule/device/timer.h @@ -0,0 +1,6 @@ +#ifndef __DEVICE_TIME_H +#define __DEVICE_TIME_H +#include "stdint.h" +void timer_init(void); +#endif + diff --git a/c9/thread_schedule/include/boot.inc b/c9/thread_schedule/include/boot.inc new file mode 100755 index 0000000..6723479 --- /dev/null +++ b/c9/thread_schedule/include/boot.inc @@ -0,0 +1,56 @@ +;------------- loader和kernel ---------- + +LOADER_BASE_ADDR equ 0x900 +LOADER_STACK_TOP equ LOADER_BASE_ADDR +LOADER_START_SECTOR equ 0x2 + +KERNEL_BIN_BASE_ADDR equ 0x70000 +KERNEL_START_SECTOR equ 0x9 +KERNEL_ENTRY_POINT equ 0xc0001500 + +;------------- 页表配置 ---------------- +PAGE_DIR_TABLE_POS equ 0x100000 + +;-------------- gdt描述符属性 ----------- +DESC_G_4K equ 1_00000000000000000000000b +DESC_D_32 equ 1_0000000000000000000000b +DESC_L equ 0_000000000000000000000b ; 64位代码标记，此处标记为0便可。 +DESC_AVL equ 0_00000000000000000000b ; cpu不用此位，暂置为0 +DESC_LIMIT_CODE2 equ 1111_0000000000000000b +DESC_LIMIT_DATA2 equ DESC_LIMIT_CODE2 +DESC_LIMIT_VIDEO2 equ 0000_000000000000000b +DESC_P equ 1_000000000000000b +DESC_DPL_0 equ 00_0000000000000b +DESC_DPL_1 equ 01_0000000000000b +DESC_DPL_2 equ 10_0000000000000b +DESC_DPL_3 equ 11_0000000000000b +DESC_S_CODE equ 1_000000000000b +DESC_S_DATA equ DESC_S_CODE +DESC_S_sys equ 0_000000000000b +DESC_TYPE_CODE equ 1000_00000000b ;x=1,c=0,r=0,a=0 代码段是可执行的,非依从的,不可读的,已访问位a清0. +DESC_TYPE_DATA equ 0010_00000000b ;x=0,e=0,w=1,a=0 数据段是不可执行的,向上扩展的,可写的,已访问位a清0. + +DESC_CODE_HIGH4 equ (0x00 << 24) + DESC_G_4K + DESC_D_32 + DESC_L + DESC_AVL + DESC_LIMIT_CODE2 + DESC_P + DESC_DPL_0 + DESC_S_CODE + DESC_TYPE_CODE + 0x00 +DESC_DATA_HIGH4 equ (0x00 << 24) + DESC_G_4K + DESC_D_32 + DESC_L + DESC_AVL + DESC_LIMIT_DATA2 + DESC_P + DESC_DPL_0 + DESC_S_DATA + DESC_TYPE_DATA + 0x00 +DESC_VIDEO_HIGH4 equ (0x00 << 24) + DESC_G_4K + DESC_D_32 + DESC_L + DESC_AVL + DESC_LIMIT_VIDEO2 + DESC_P + DESC_DPL_0 + DESC_S_DATA + DESC_TYPE_DATA + 0x0b + +;-------------- 选择子属性 --------------- +RPL0 equ 00b +RPL1 equ 01b +RPL2 equ 10b +RPL3 equ 11b +TI_GDT equ 000b +TI_LDT equ 100b + + +;---------------- 页表相关属性 -------------- +PG_P equ 1b +PG_RW_R equ 00b +PG_RW_W equ 10b +PG_US_S equ 000b +PG_US_U equ 100b + + +;------------- program type 定义 -------------- +PT_NULL equ 0 + diff --git a/c9/thread_schedule/kernel/debug.c b/c9/thread_schedule/kernel/debug.c new file mode 100755 index 0000000..bef6acf --- /dev/null +++ b/c9/thread_schedule/kernel/debug.c @@ -0,0 +1,18 @@ +#include "debug.h" +#include "kernel/print.h" +#include "interrupt.h" + +/* 打印文件名,行号,函数名,条件并使程序悬停 */ +void panic_spin(char* filename, \ + int line, \ + const char* func, \ + const char* condition) \ +{ + intr_disable(); /* 打印文件名,行号,函数名,条件并使程序悬停 */ + put_str("\n\n\n!!!!! error !!!!!\n"); + put_str("filename:");put_str(filename);put_str("\n"); + put_str("line:0x");put_int(line);put_str("\n"); + put_str("function:");put_str((char*)func);put_str("\n"); + put_str("condition:");put_str((char*)condition);put_str("\n"); + while(1); +} \ No newline at end of file diff --git a/c9/thread_schedule/kernel/debug.h b/c9/thread_schedule/kernel/debug.h new file mode 100755 index 0000000..d4df982 --- /dev/null +++ b/c9/thread_schedule/kernel/debug.h @@ -0,0 +1,24 @@ +#ifndef __KERNEL_DEBUG_H +#define __KERNEL_DEBUG_H + +void panic_spin(char* filename, int line, const char* func, const char* condition); + +/*************************** __VA_ARGS__ ******************************* + * __VA_ARGS__ 是预处理器所支持的专用标识符。 + * 代表所有与省略号相对应的参数. + * "..."表示定义的宏其参数可变. + */ +#define PANIC(...) panic_spin (__FILE__, __LINE__, __func__, __VA_ARGS__) +/***********************************************************************/ + +#ifdef NDEBUG + #define ASSERT(CONDITION) ((void)0) +#else + #define ASSERT(CONDITION) \ + if (CONDITION) {} else { \ + /* 符号#让编译器将宏的参数转化为字符串字面量 */ \ + PANIC(#CONDITION); \ + } +#endif // __NDEBUG + +#endif // __KERNEL_DEBUG_H \ No newline at end of file diff --git a/c9/thread_schedule/kernel/global.h b/c9/thread_schedule/kernel/global.h new file mode 100755 index 0000000..7330902 --- /dev/null +++ b/c9/thread_schedule/kernel/global.h @@ -0,0 +1,39 @@ +#ifndef _KERNEL_GLOBAL_H +#define _KERNEL_GLOBAL_H + +#include "stdint.h" + +# define RPL0 0 +# define RPL1 1 +# define RPL2 2 +# define RPL3 3 + +# define TI_GDT 0 +# define TI_LDT 1 + + +# define SELECTOR_K_CODE ((1 << 3) + (TI_GDT << 2) + RPL0) // 指向内核代码段的选择子 +# define SELECTOR_K_DATA ((2 << 3) + (TI_GDT << 2) + RPL0) +# define SELECTOR_K_STACK SELECTOR_K_DATA +# define SELECTOR_K_GS ((3 << 3) + (TI_GDT << 2) + RPL0) + +/* IDT描述符属性 */ +# define IDT_DESC_P 1 +# define IDT_DESC_DPL0 0 +# define IDT_DESC_DPL3 3 +// S 都为 0 +# define IDT_DESC_32_TYPE 0xE // 32 位的门 +# define IDT_DESC_16_TYPE 0x6 // 16 位的门 + +# define IDT_DESC_ATTR_DPL0 \ + ((IDT_DESC_P << 7) + (IDT_DESC_DPL0 << 5) + IDT_DESC_32_TYPE) + +# define IDT_DESC_ATTR_DPL3 \ + ((IDT_DESC_P << 7) + (IDT_DESC_DPL3 << 5) + IDT_DESC_32_TYPE) + +#define NULL ((void*)0) +#define bool int +#define true 1 +#define false 0 + +#endif \ No newline at end of file diff --git a/c9/thread_schedule/kernel/init.c b/c9/thread_schedule/kernel/init.c new file mode 100755 index 0000000..7075f31 --- /dev/null +++ b/c9/thread_schedule/kernel/init.c @@ -0,0 +1,16 @@ +#include "init.h" +#include "print.h" +#include "interrupt.h" +#include "timer.h" +#include "memory.h" +#include "thread.h" + +/*负责初始化所有模块 */ +void init_all() { + put_str("init_all start!\n"); + idt_init();// 初始化中断 + + mem_init();//初始化内存管理系统 + thread_environment_init();// 初始化线程相关环境 + timer_init(); // 初始化 PIT +} \ No newline at end of file diff --git a/c9/thread_schedule/kernel/init.h b/c9/thread_schedule/kernel/init.h new file mode 100755 index 0000000..bf575c9 --- /dev/null +++ b/c9/thread_schedule/kernel/init.h @@ -0,0 +1,4 @@ +#ifndef __KERNEL_INIT_H +#define __KERNEL_INIT_H +void init_all(void); +#endif diff --git a/c9/thread_schedule/kernel/interrupt.c b/c9/thread_schedule/kernel/interrupt.c new file mode 100755 index 0000000..cb73d05 --- /dev/null +++ b/c9/thread_schedule/kernel/interrupt.c @@ -0,0 +1,192 @@ +#include "interrupt.h" +#include "stdint.h" +#include "global.h" +#include "io.h" +#include "print.h" + +#define PIC_M_CTRL 0x20 // 这里用的可编程中断控制器是8259A,主片的控制端口是0x20 +#define PIC_M_DATA 0x21 // 主片的数据端口是0x21 +#define PIC_S_CTRL 0xa0 // 从片的控制端口是0xa0 +#define PIC_S_DATA 0xa1 // 从片的数据端口是0xa1 + +#define IDT_DESC_CNT 0x21 // 目前总共支持的中断数 + +#define EFLAGS_IF 0x00000200 // eflags寄存器中的if位为1 +#define GET_EFLAGS(EFLAG_VAR) asm volatile("pushfl; popl %0" : "=g" (EFLAG_VAR)) + +/*中断门描述符结构体*/ +struct gate_desc { + uint16_t func_offset_low_word; + uint16_t selector; + uint8_t dcount; //此项为双字计数字段，是门描述符中的第4字节。此项固定值，不用考虑 + uint8_t attribute; + uint16_t func_offset_high_word; +}; + +// 静态函数声明,非必须 +static void make_idt_desc(struct gate_desc* p_gdesc, uint8_t attr, intr_handler function); +static struct gate_desc idt[IDT_DESC_CNT]; // idt是中断描述符表,本质上就是个中断门描述符数组 + +char* intr_name[IDT_DESC_CNT]; // 用于保存异常的名字 +intr_handler idt_table[IDT_DESC_CNT]; // 定义中断处理程序数组.在kernel.S中定义的intrXXentry只是中断处理程序的入口,最终调用的是ide_table中的处理程序 +extern intr_handler intr_entry_table[IDT_DESC_CNT]; // 声明引用定义在kernel.S中的中断处理函数入口数组 + +/* 初始化可编程中断控制器8259A */ +static void pic_init(void) { + + /* 初始化主片 */ + outb (PIC_M_CTRL, 0x11); // ICW1: 边沿触发,级联8259, 需要ICW4. + outb (PIC_M_DATA, 0x20); // ICW2: 起始中断向量号为0x20,也就是IR[0-7] 为 0x20 ~ 0x27. + outb (PIC_M_DATA, 0x04); // ICW3: IR2接从片. + outb (PIC_M_DATA, 0x01); // ICW4: 8086模式, 正常EOI + + /* 初始化从片 */ + outb (PIC_S_CTRL, 0x11); // ICW1: 边沿触发,级联8259, 需要ICW4. + outb (PIC_S_DATA, 0x28); // ICW2: 起始中断向量号为0x28,也就是IR[8-15] 为 0x28 ~ 0x2F. + outb (PIC_S_DATA, 0x02); // ICW3: 设置从片连接到主片的IR2引脚 + outb (PIC_S_DATA, 0x01); // ICW4: 8086模式, 正常EOI + + /* 打开主片上IR0,也就是目前只接受时钟产生的中断 */ + outb (PIC_M_DATA, 0xfe); + outb (PIC_S_DATA, 0xff); + + put_str(" pic_init done\n"); +} + +/* 创建中断门描述符 */ +static void make_idt_desc(struct gate_desc* p_gdesc, uint8_t attr, intr_handler function) { + p_gdesc->func_offset_low_word = (uint32_t)function & 0x0000FFFF; + p_gdesc->selector = SELECTOR_K_CODE; + p_gdesc->dcount = 0; + p_gdesc->attribute = attr; + p_gdesc->func_offset_high_word = ((uint32_t)function & 0xFFFF0000) >> 16; +} + +/*初始化中断描述符表*/ +static void idt_desc_init(void) { + int i; + for (i = 0; i < IDT_DESC_CNT; i++) { + make_idt_desc(&idt[i], IDT_DESC_ATTR_DPL0, intr_entry_table[i]); + } + put_str(" idt_desc_init done\n"); +} + +/* 通用的中断处理函数,一般用在异常出现时的处理 */ +static void general_intr_handler(uint8_t vec_nr) { + if (vec_nr == 0x27 || vec_nr == 0x2f) { // 0x2f是从片8259A上的最后一个irq引脚，保留 + return; //IRQ7和IRQ15会产生伪中断(spurious interrupt),无须处理。 + } + /* 将光标置为0,从屏幕左上角清出一片打印异常信息的区域,方便阅读 */ + set_cursor(0); + int cursor_pos = 0; + while(cursor_pos < 320) { + put_char(' '); + cursor_pos++; + } + + set_cursor(0); // 重置光标为屏幕左上角 + put_str("!!!!!!! excetion message begin !!!!!!!!\n"); + set_cursor(88); // 从第2行第8个字符开始打印 + put_str(intr_name[vec_nr]); + if (vec_nr == 14) { // 若为Pagefault,将缺失的地址打印出来并悬停 + int page_fault_vaddr = 0; + asm ("movl %%cr2, %0" : "=r" (page_fault_vaddr)); // cr2是存放造成page_fault的地址 + put_str("\npage fault addr is ");put_int(page_fault_vaddr); + } + put_str("\n!!!!!!! excetion message end !!!!!!!!\n"); + // 能进入中断处理程序就表示已经处在关中断情况下, + // 不会出现调度进程的情况。故下面的死循环不会再被中断。 + while(1); +} + +/* 完成一般中断处理函数注册及异常名称注册 */ +static void exception_init(void) { // 完成一般中断处理函数注册及异常名称注册 + int i; + for (i = 0; i < IDT_DESC_CNT; i++) { + +/* idt_table数组中的函数是在进入中断后根据中断向量号调用的, + * 见kernel/kernel.S的call [idt_table + %1*4] */ + idt_table[i] = general_intr_handler; // 默认为general_intr_handler。 + // 以后会由register_handler来注册具体处理函数。 + intr_name[i] = "unknown"; // 先统一赋值为unknown + } + intr_name[0] = "#DE Divide Error"; + intr_name[1] = "#DB Debug Exception"; + intr_name[2] = "NMI Interrupt"; + intr_name[3] = "#BP Breakpoint Exception"; + intr_name[4] = "#OF Overflow Exception"; + intr_name[5] = "#BR BOUND Range Exceeded Exception"; + intr_name[6] = "#UD Invalid Opcode Exception"; + intr_name[7] = "#NM Device Not Available Exception"; + intr_name[8] = "#DF Double Fault Exception"; + intr_name[9] = "Coprocessor Segment Overrun"; + intr_name[10] = "#TS Invalid TSS Exception"; + intr_name[11] = "#NP Segment Not Present"; + intr_name[12] = "#SS Stack Fault Exception"; + intr_name[13] = "#GP General Protection Exception"; + intr_name[14] = "#PF Page-Fault Exception"; + // intr_name[15] 第15项是intel保留项，未使用 + intr_name[16] = "#MF x87 FPU Floating-Point Error"; + intr_name[17] = "#AC Alignment Check Exception"; + intr_name[18] = "#MC Machine-Check Exception"; + intr_name[19] = "#XF SIMD Floating-Point Exception"; + +} + +/* 开中断并返回开中断前的状态*/ +enum intr_status intr_enable() { + enum intr_status old_status; + if (INTR_ON == intr_get_status()) { + old_status = INTR_ON; + return old_status; + } else { + old_status = INTR_OFF; + asm volatile("sti"); // 开中断,sti指令将IF位置1 + return old_status; + } +} + +/* 关中断,并且返回关中断前的状态 */ +enum intr_status intr_disable() { + enum intr_status old_status; + if (INTR_ON == intr_get_status()) { + old_status = INTR_ON; + asm volatile("cli" : : : "memory"); // 关中断,cli指令将IF位置0 + return old_status; + } else { + old_status = INTR_OFF; + return old_status; + } +} + +/* 将中断状态设置为status */ +enum intr_status intr_set_status(enum intr_status status) { + return status & INTR_ON ? intr_enable() : intr_disable(); +} + +/* 获取当前中断状态 */ +enum intr_status intr_get_status() { + uint32_t eflags = 0; + GET_EFLAGS(eflags); + return (EFLAGS_IF & eflags) ? INTR_ON : INTR_OFF; +} + +/* 在中断处理程序数组第vector_no个元素中注册安装中断处理程序function */ +void register_handler(uint8_t vector_no, intr_handler function) { +/* idt_table数组中的函数是在进入中断后根据中断向量号调用的, + * 见kernel/kernel.S的call [idt_table + %1*4] */ + idt_table[vector_no] = function; +} + +/*完成有关中断的所有初始化工作*/ +void idt_init() { + put_str("idt_init start\n"); + idt_desc_init(); // 初始化中断描述符表 + exception_init(); // 异常名初始化并注册通常的中断处理函数 + pic_init(); // 初始化8259A + + /* 加载idt */ + uint64_t idt_operand = ((sizeof(idt) - 1) | ((uint64_t)(uint32_t)idt << 16)); + asm volatile("lidt %0" : : "m" (idt_operand)); + put_str("idt_init done\n"); +} diff --git a/c9/thread_schedule/kernel/interrupt.h b/c9/thread_schedule/kernel/interrupt.h new file mode 100755 index 0000000..427f7b0 --- /dev/null +++ b/c9/thread_schedule/kernel/interrupt.h @@ -0,0 +1,22 @@ +#ifndef __KERNEL_INTERRUPT_H +#define __KERNEL_INTERRUPT_H +#include "stdint.h" + +typedef void* intr_handler; +void idt_init(void); + +/* 定义中断的两种状态: + * INTR_OFF值为0,表示关中断, + * INTR_ON值为1,表示开中断 */ +enum intr_status { // 中断状态 + INTR_OFF, // 中断关闭 + INTR_ON // 中断打开 +}; + +enum intr_status intr_get_status(void); +enum intr_status intr_set_status (enum intr_status); +enum intr_status intr_enable (void); +enum intr_status intr_disable (void); +void register_handler(uint8_t vector_no, intr_handler function); + +#endif \ No newline at end of file diff --git a/c9/thread_schedule/kernel/kernel.S b/c9/thread_schedule/kernel/kernel.S new file mode 100755 index 0000000..e5010ca --- /dev/null +++ b/c9/thread_schedule/kernel/kernel.S @@ -0,0 +1,90 @@ +[bits 32] +; 对于CPU会自动压入错误码的中断类型，无需额外的操作 +%define ERROR_CODE nop +; 如果CPU没有压入错误码，为了保持处理逻辑的一致性，我们需要手动压入一个0 +%define ZERO push 0 + +# 调用 interrupt 中的函数来中断处理 +# extern put_str ; 声明外部函数 +extern idt_table ; idt_table 是 C 中注册的中断处理程序数组 + +section .data +global intr_entry_table +intr_entry_table: + +; 中断处理程序宏定义 +; 接受两个参数 +%macro VECTOR 2 +section .text +intr%1entry: ; %1 表示中断向量号，用于确定中断位置 + %2 ; 需要首先进行压入操作 nop / push 0 + + ; 保护上下文 + push ds + push es + push fs + push gs +; PUSHAD指令压入32位寄存器,其入栈顺序是: EAX,ECX,EDX,EBX,ESP,EBP,ESI,EDI + pushad + + ; 如果是从片上进入的中断,除了往从片上发送EOI外,还要往主片上发送EOI + mov al, 0x20 ; 中断结束命令 EOI + out 0xa0, al ; 向从片发送 + out 0x20, al ; 向主片发送 + +; 不管idt_table中的目标程序是否需要参数,都一律压入中断向量号,调试时很方便 + push %1 ; 向量号 + call [idt_table + %1*4] ; 调用 idt_table 中的中断处理函数 + jmp intr_exit + +section .data + dd intr%1entry + +%endmacro + +section .text +global intr_exit +intr_exit: +; 以下是恢复上下文环境 + add esp, 4 ; 跳过中断号 + popad + pop gs + pop fs + pop es + pop ds + add esp, 4 ; 跳过error_code + iretd + +VECTOR 0x00, ZERO +VECTOR 0x01, ZERO +VECTOR 0x02, ZERO +VECTOR 0x03, ZERO +VECTOR 0x04, ZERO +VECTOR 0x05, ZERO +VECTOR 0x06, ZERO +VECTOR 0x07, ZERO +VECTOR 0x08, ZERO +VECTOR 0x09, ZERO +VECTOR 0x0a, ZERO +VECTOR 0x0b, ZERO +VECTOR 0x0c, ZERO +VECTOR 0x0d, ZERO +VECTOR 0x0e, ZERO +VECTOR 0x0f, ZERO +VECTOR 0x10, ZERO +VECTOR 0x11, ZERO +VECTOR 0x12, ZERO +VECTOR 0x13, ZERO +VECTOR 0x14, ZERO +VECTOR 0x15, ZERO +VECTOR 0x16, ZERO +VECTOR 0x17, ZERO +VECTOR 0x18, ZERO +VECTOR 0x19, ZERO +VECTOR 0x1a, ZERO +VECTOR 0x1b, ZERO +VECTOR 0x1c, ZERO +VECTOR 0x1d, ZERO +VECTOR 0x1e, ERROR_CODE +VECTOR 0x1f, ZERO +VECTOR 0x20, ZERO \ No newline at end of file diff --git a/c9/thread_schedule/kernel/main.c b/c9/thread_schedule/kernel/main.c new file mode 100755 index 0000000..7e4f780 --- /dev/null +++ b/c9/thread_schedule/kernel/main.c @@ -0,0 +1,48 @@ +#include "kernel/print.h" +#include "init.h" +#include "debug.h" +#include "memory.h" +#include "thread.h" +#include "interrupt.h" + +void k_thread_HuSharp_1(void* args); + +int main(void) { + put_str("I am kernel!\n"); + init_all(); + //ASSERT(1 == 2); + // asm volatile("sti"); // 打开中断 即将 EFLAGS 的 IF置为 1 + + // 进行内存分配 + /* 内核物理页分配 + void* addr = get_kernel_pages(3); + put_str("\n get_kernel_page start vaddr is: "); + put_int((uint32_t) addr); + put_str("\n"); + */ + + // 线程演示 + thread_start("k_thread_HuSharp_1", 31, k_thread_HuSharp_1, "zdy "); + thread_start("k_thread_HuSharp_2", 8, k_thread_HuSharp_1, "hjh "); + + intr_enable();// 打开时钟中断 + + while(1) { + put_str("Main "); + } + return 0; +} + +void k_thread_HuSharp_1(void* args) { + char* para = args; + while(1) { + put_str(para); + } +} + +void k_thread_HuSharp_2(void* args) { + char* para = args; + while(1) { + put_str(para); + } +} \ No newline at end of file diff --git a/c9/thread_schedule/kernel/memory.c b/c9/thread_schedule/kernel/memory.c new file mode 100755 index 0000000..afbb653 --- /dev/null +++ b/c9/thread_schedule/kernel/memory.c @@ -0,0 +1,257 @@ +#include "memory.h" +#include "stdint.h" +#include "kernel/print.h" +#include "kernel/bitmap.h" +#include "global.h" +#include "debug.h" +#include "kernel/print.h" +#include "string.h" + +#define PG_SIZE 4096 + +/*************** 位图地址 ******************** + * 因为0xc009f000是内核主线程栈顶，0xc009e000是内核主线程的pcb. + * 一个页框大小的位图可表示128M内存, 位图位置安排在地址0xc009a000, + * 这样本系统最大支持4个页框的位图,即512M */ +#define MEM_BITMAP_BASE 0xc009a000 + +// 返回虚拟地址的 高 10 位(即pde)，与中间 10 位(即pte) +#define PDE_IDX(addr) ((addr & 0xffc00000) >> 22) +#define PTE_IDX(addr) ((addr & 0x003ff000) >> 12) + +/* 0xc0000000是内核从虚拟地址3G起. 0x100000意指跨过低端1M内存, + * 使虚拟地址在逻辑上连续 */ +#define K_HEAP_START 0xc0100000 + +// 内存池结构,生成两个实例用于管理内核内存池和用户内存池 +struct pool { + // 本内存池用到的位图结构,用于管理物理内存 + struct bitmap pool_bitmap; + uint32_t phy_addr_start;// 本内存池所管理物理内存起始地址 + uint32_t pool_size; //本内存池字节容量 +}; + +struct pool kernel_pool, user_pool; // 生成全局内核内存池， 用户内存地址 +struct virtual_addr kernel_addr; // 给内核分配虚拟地址 + + +/* 在pf表示的虚拟内存池中申请pg_cnt个虚拟页, + * 成功则返回虚拟页的起始地址, 失败则返回NULL + */ +static void* vaddr_get(enum pool_flags pf, uint32_t pg_cnt) { + int vaddr_start = 0;//用于存储分配的虚拟地址 + int bit_idx_start = -1;// 存储位图扫描函数的返回值 + uint32_t cnt = 0; + if(pf == PF_KERNEL) {// 说明在内核虚拟池中 + bit_idx_start = bitmap_scan(&kernel_addr.vaddr_bitmap, pg_cnt); + if(bit_idx_start == -1) {//说明没找到 + return NULL; + } + // 将已经选出的内存置为 1 ，表示已经使用 + while(cnt < pg_cnt) { + bitmap_set(&kernel_addr.vaddr_bitmap, bit_idx_start + cnt++, 1); + } + // 虚拟地址应当加上 页表所占的内存 + vaddr_start = kernel_addr.vaddr_start + bit_idx_start * PG_SIZE; + } else {// 用户进程池 还未完善 + + } + return (void*)vaddr_start; +} + +/********* 以下两个获取虚拟地址 addr 的 pde & pte 地址，为建立映射做准备 ********/ +// 得到虚拟地址 vaddr 对应的 pte 指针 +// 构造一个 访问该 pte 的32位地址，欺骗处理器 +uint32_t* pte_ptr(uint32_t vaddr) { + /* 先访问到页目录表自己（位于1023项目录项中） + \ + * 再用页目录项 pde (页目录内页表的索引)做为pte的索引访问到页表 + \ + * 再用 pte 的索引做为页内偏移 + */ + uint32_t* pte = (uint32_t*) (0xffc00000 + \ + ((vaddr & 0xffc00000) >> 10) + PTE_IDX(vaddr) * 4); + return pte;// 得到物理页的虚拟地址，即通过这个虚拟地址，可以访问到该物理页（保护模式下必须通过 vaddr） +} + +// 得到虚拟地址 vaddr 对应的 pde 指针 +// 构造一个 访问该 pde 的32位地址，欺骗处理器 +uint32_t* pde_ptr(uint32_t vaddr) { + uint32_t* pde = (uint32_t*) (0xfffff000 + PDE_IDX(vaddr) * 4); + return pde; +} + +/* 在m_pool指向的物理内存池中分配1个物理页, + * 成功则返回页框的物理地址,失败则返回NULL + */ +static void* palloc(struct pool* m_pool) { + // 扫描或设置位图要保证原子操作 + int bit_idx = bitmap_scan(&m_pool->pool_bitmap, 1); //找一个空闲物理页面 + if(bit_idx == -1) { + return NULL; + } + bitmap_set(&m_pool->pool_bitmap, bit_idx, 1); //表示已经占用 + // 成功则返回页框的物理地址 + uint32_t page_phyaddr = (m_pool->phy_addr_start + (bit_idx * PG_SIZE)); + return (void*)page_phyaddr; +} + +/********使用 pde_ptr 和 pte_ptr 来建立虚拟地址和物理地址的映射 ********/ +// 本质上便是将 pte 写入到 获取的 pde 项中，将 物理地址写入到 pte 中 +static void page_table_add(void* _vaddr, void* _page_phyaddr) { + uint32_t vaddr = (uint32_t)_vaddr; + uint32_t page_phyaddr = (uint32_t)_page_phyaddr; + // 以下两个函数都是通过 虚拟地址来获取 + uint32_t* pde = pde_ptr(vaddr); + uint32_t* pte = pte_ptr(vaddr); + +/************************ 注意 ************************* + * 执行*pte,会访问到空的pde。所以确保pde创建完成后才能执行*pte, + * 否则会引发page_fault。因此在*pde为0时,*pte只能出现在下面else语句块中的*pde后面。 + * *********************************************************/ + // 先在页目录内判断目录项的P位，若为1,则表示该表(pte)已存在 + if(*pde & 0x00000001) {// 通过 P 位来判断目录项是否存在 + ASSERT(!(*pte & 0x00000001)); // 表示 pte 不存在 + + // 再判断 pte 是否存在 + if(!(*pte & 0x00000001)) { + *pte = (page_phyaddr | PG_US_U | PG_RW_W | PG_P_1); + } else { // 并不会执行到此处，因为此处意思是：pde存在，pte也存在 + // 但是之前的 ASSERT 已经判断了 pde 不存在 + PANIC("pte repeat!"); + *pte = (page_phyaddr | PG_US_U | PG_RW_W | PG_P_1); + } + } else {// pde 不存在 + // 需要分配 pte 物理页，采用 plloc 函数 + uint32_t new_pde_phyaddr = (uint32_t)palloc(&kernel_pool);//页表中的页框一律从内核中分配 + + *pde = (new_pde_phyaddr | PG_US_U | PG_RW_W | PG_P_1);// 写入到 pde 中 + + /* 分配到的物理页地址 new_pde_phyaddr 对应的物理内存清0,(使用时清零比回收后清零高效，因为不知道回收后会不会再使用) + * 避免里面的陈旧数据变成了页表项,从而让页表混乱. + * 访问到pde对应的物理地址,用pte取高20位便可. + * 因为pte是基于该pde对应的物理地址内再寻址, + * 把低12位置0便是该pde对应的物理页的起始 + */ + // 现需要获得新创建的这个物理页的虚拟地址（保护模式得看虚拟地址！） + memset(((void*)((int)pte & 0xfffff000)), 0, PG_SIZE);//将该新配物理页清0 + + ASSERT(!(*pte & 0x00000001));// 断言 pte 此时是否存在 + + // pte项 此时更改为新建物理页的位置 + *pte = (page_phyaddr | PG_US_U | PG_RW_W | PG_P_1);//将 物理页地址 写入到 pte项中 + } +} + + +// 分配pg_cnt个页空间（物理页),成功则返回起始虚拟地址,失败时返回NULL +void* malloc_page(enum pool_flags pf, uint32_t pg_cnt) { + ASSERT(pg_cnt > 0 && pg_cnt < 3840); +/*********** malloc_page的原理是三个动作的合成: *********** + 1.通过vaddr_get在虚拟内存池中申请虚拟地址 + 2.通过palloc在物理内存池中申请物理页 + 3.通过page_table_add将以上得到的虚拟地址和物理地址在页表中完成映射 +***************************************************************/ + void* vaddr_start = vaddr_get(pf, pg_cnt); + if(vaddr_start == NULL) { + return NULL; + } + + uint32_t vaddr = (uint32_t)vaddr_start, cnt = pg_cnt; + struct pool* mem_pool = (pf & PF_KERNEL)? &kernel_pool : &user_pool; + + // 因为虚拟地址是连续的,但物理地址可以是不连续的,所以逐个做映射 + while(cnt-- > 0) { + void* page_phyaddr = palloc(mem_pool); + if(page_phyaddr == NULL) { + return NULL; + } + page_table_add((void*)vaddr, page_phyaddr);// 在页表建立映射 + vaddr += PG_SIZE;// 下一个虚拟页 + } + return vaddr_start; +} + +// 从内核物理内存池中申请pg_cnt页内存,成功则返回其虚拟地址,失败则返回NULL +void* get_kernel_pages(uint32_t pg_cnt) { + void* vaddr = malloc_page(PF_KERNEL, pg_cnt); + if(vaddr != NULL) {// 虚拟地址是连续的 + memset(vaddr, 0, pg_cnt * PG_SIZE); + } + return vaddr; +} + +// 初始化内存池, 通过all_mem 初始化物理内存池相关结构 +static void mem_pool_init(uint32_t all_mem) { + put_str(" phy_mem_pool_init start!\n"); + // 页表大小= 1页的页目录表+第0和第768个页目录项指向同一个页表+ + // 第769~1022个页目录项共指向254个页表,共256个页框 + uint32_t page_table_size = PG_SIZE * 256; + // 用于记录当前已经使用的内存字节数 + uint32_t used_mem = page_table_size + 0x100000;// 0x100000为低端 1M 内存 + uint32_t free_mem = all_mem - used_mem; + uint16_t all_free_pages = free_mem / PG_SIZE;//转换为 页数 + + // 内核物理内存池 与 用户物理内存池 大小一致 + uint16_t kernel_free_pages = all_free_pages / 2; + uint16_t user_free_pages = all_free_pages - kernel_free_pages; + + /* 为简化位图操作，余数不处理，坏处是这样做会丢内存。 + * 好处是不用做内存的越界检查,因为位图表示的内存少于实际物理内存 + */ + uint32_t kbm_length = kernel_free_pages / 8; // Kernel BitMap的长度,位图中的一位表示一页,以字节为单位 + uint32_t ubm_length = user_free_pages / 8; // User BitMap的长度. + + uint32_t kp_start = used_mem; // kernel pool start 内核内存池的起始位置 + uint32_t up_start = kp_start + kernel_free_pages * PG_SIZE; + + kernel_pool.phy_addr_start = kp_start; + user_pool.phy_addr_start = up_start; + + kernel_pool.pool_bitmap.btmp_bytes_len = kbm_length;// 位图字节长度 + user_pool.pool_bitmap.btmp_bytes_len = ubm_length; + + kernel_pool.pool_size = kernel_free_pages * PG_SIZE; + user_pool.pool_size = user_free_pages * PG_SIZE; + +/********* 内核内存池和用户内存池位图 *********** + * 位图是全局的数据，长度不固定。 + * 全局或静态的数组需要在编译时知道其长度， + * 而我们需要根据总内存大小算出需要多少字节。 + * 所以改为指定一块内存来生成位图. + * ************************************************/ +// 内核使用的最高地址是0xc009f000,这是主线程的栈地址.(内核的大小预计为70K左右) +// 32M内存占用的位图是2k.内核内存池的位图先定在MEM_BITMAP_BASE(0xc009a000)处. + kernel_pool.pool_bitmap.bits = (void*) MEM_BITMAP_BASE; + + // 用户内存池的位图紧跟在内核内存池位图后面 + user_pool.pool_bitmap.bits = (void*)(MEM_BITMAP_BASE + kbm_length); + /******************** 输出内存池信息 **********************/ + put_str(" kernel_pool_bitmap_start:");put_int((int)kernel_pool.pool_bitmap.bits); + put_str(" kernel_pool_phy_addr_start:");put_int(kernel_pool.phy_addr_start); + put_str("\n"); + put_str(" user_pool_bitmap_start:");put_int((int)user_pool.pool_bitmap.bits); + put_str(" user_pool_phy_addr_start:");put_int(user_pool.phy_addr_start); + put_str("\n"); + + /**************** 进行初始化 ***************/ + // 将位图 置为 0 表示还未分配 + bitmap_init(&kernel_pool.pool_bitmap); + bitmap_init(&user_pool.pool_bitmap); + + // 初始化内核的虚拟地址 + // 用于维护内核堆的虚拟地址,所以要和内核内存池大小一致 + kernel_addr.vaddr_bitmap.btmp_bytes_len = kbm_length; + // 位图的数组指向一块未使用的内存,目前定位在内核内存池和用户内存池之后 + kernel_addr.vaddr_bitmap.bits = (void*)(MEM_BITMAP_BASE + kbm_length + ubm_length); + // 虚拟内存池的起始地址，以达到进程在堆中动态申请内存 + kernel_addr.vaddr_start = K_HEAP_START; //内核堆 + bitmap_init(&kernel_addr.vaddr_bitmap); + put_str(" mem_pool_init done\n"); +} + +// 内存管理部分初始化入口 +void mem_init() { + put_str("mem_init start!\n"); + uint32_t mem_bytes_total = (*(uint32_t*)(0xb00)); // 储存机器上物理内存总量 + mem_pool_init(mem_bytes_total); //初始化内存池 + put_str("mem_init done!\n"); +} \ No newline at end of file diff --git a/c9/thread_schedule/kernel/memory.h b/c9/thread_schedule/kernel/memory.h new file mode 100755 index 0000000..405f8d7 --- /dev/null +++ b/c9/thread_schedule/kernel/memory.h @@ -0,0 +1,33 @@ +#ifndef __KERNEL_MEMORY_H +#define __KERNEL_MEMORY_H + +#include "stdint.h" +#include "bitmap.h" + +// 内存池的标记，用来判断使用哪个内存池 +enum pool_flags { + PF_KERNEL = 1, // 内核内存池 + PF_USER = 2 // 用户内存池 +}; + +#define PG_P_1 1 // 页表项或页目录项存在属性位 +#define PG_P_0 0 // 页表项或页目录项存在属性位 +#define PG_RW_R 0 // R/W 属性位值, 读/执行 +#define PG_RW_W 2 // R/W 属性位值, 读/写/执行 +#define PG_US_S 0 // U/S 属性位值, 系统级 +#define PG_US_U 4 // U/S 属性位值, 用户级 + +// 虚拟地址池，用于虚拟地址管理 +struct virtual_addr{ + struct bitmap vaddr_bitmap; // 虚拟地址用到的 bitmap 结构, 页 为单位 + uint32_t vaddr_start; // 虚拟地址起始地址 +}; + +extern struct pool kernel_pool, user_pool; +void mem_init(void); +void* get_kernel_pages(uint32_t pg_cnt); +void* malloc_page(enum pool_flags pf, uint32_t pg_cnt); +void malloc_init(void); +uint32_t* pte_ptr(uint32_t vaddr); +uint32_t* pde_ptr(uint32_t vaddr); +#endif \ No newline at end of file diff --git a/c9/thread_schedule/lib/kernel/bitmap.c b/c9/thread_schedule/lib/kernel/bitmap.c new file mode 100755 index 0000000..323b793 --- /dev/null +++ b/c9/thread_schedule/lib/kernel/bitmap.c @@ -0,0 +1,82 @@ +#include "bitmap.h" +#include "stdint.h" +#include "string.h" +#include "print.h" +#include "interrupt.h" +#include "debug.h" + +// bitmap 的初始化 +void bitmap_init(struct bitmap* btmp) { + memset(btmp->bits, 0, btmp->btmp_bytes_len); +} + +// 判断 btmp 为指针处，bit_idx 位是否为 1，为 1 就返回 true +bool bitmap_scan_test(struct bitmap* btmp, uint32_t bit_idx) { + uint32_t byte_idx = bit_idx / 8;//用于标注字节 + uint32_t bit_odd = bit_idx % 8; //用于标注字节内的位 + return (btmp->bits[byte_idx] & (BITMAP_MASK << bit_odd)); +} + +// 在位图中申请连续cnt个位,成功则返回其起始位下标，失败返回-1 +int bitmap_scan(struct bitmap* btmp, uint32_t cnt) { + uint32_t idx_byte = 0; // 用于记录空闲位所在的字节 + // 先逐字节比较，蛮力法 + // 0 表示空闲，若停止，则说明至少有一个空闲位 + while(( 0xff == btmp->bits[idx_byte]) && (idx_byte < btmp->btmp_bytes_len)) { + idx_byte++; + } + ASSERT(idx_byte < btmp->btmp_bytes_len);// 断言此时在内部 + if(idx_byte == btmp->btmp_bytes_len) { + return -1;// 访问失败，返回 -1 + } + + /* 若在位图数组范围内的某字节内找到了空闲位， + * 在该字节内逐位比对,返回空闲位的索引。 + */ + int idx_bit = 0;//字节内部位数 + while((uint8_t)(BITMAP_MASK << idx_bit) & btmp->bits[idx_byte]) { + idx_bit++; + }// 找到空闲位 + int bit_idx_start = idx_byte * 8 + idx_bit; // 空闲位在bitmap 下标 + if(cnt == 1) { + return bit_idx_start; + } + + // 至此说明 cnt > 1 + // 因此首先进行剩余位数的判断，以免超过bitmap记录数 + uint32_t bit_left = (btmp->btmp_bytes_len * 8 - bit_idx_start); + uint32_t idx_next_bit = bit_idx_start + 1; + uint32_t free_bit_cnt = 1;// 一定要记得记录一下 之前判断后 还有个空闲位 + + bit_idx_start = -1; // 先将其置为 -1，若找不到连续的位就直接返回 + while(bit_left-- > 0) { + // 调用 scan_test 函数，为 0 则为 false + if(!(bitmap_scan_test(btmp, idx_next_bit))) { + free_bit_cnt++; + } else { // 由于必须是连续的，因此只要遇到 不空闲的 位 便将记录cnt置为 0 + free_bit_cnt = 0; + } + // 若是已经满足空闲数 + if(free_bit_cnt == cnt) { + bit_idx_start = idx_next_bit - cnt + 1; + break; + } + idx_next_bit++;// 继续判断下一位 + } + + return bit_idx_start; +} + +// 将位图btmp的bit_idx位设置为value +void bitmap_set(struct bitmap* btmp, uint32_t bit_idx, int8_t value) { + ASSERT((value ==0) || (value == 1));// 只能赋予 0 或 1 + uint32_t byte_idx = bit_idx / 8; //字节位 + uint32_t bit_odd = bit_idx % 8; //位数 位 + + if(value) { + btmp->bits[byte_idx] |= (BITMAP_MASK << bit_odd); + } else { + btmp->bits[byte_idx] &= ~(BITMAP_MASK << bit_odd); + } + +} diff --git a/c9/thread_schedule/lib/kernel/bitmap.h b/c9/thread_schedule/lib/kernel/bitmap.h new file mode 100755 index 0000000..ab3d2db --- /dev/null +++ b/c9/thread_schedule/lib/kernel/bitmap.h @@ -0,0 +1,18 @@ +#ifndef __LIB_KERNEL_BITMAP_H +#define __LIB_KERNEL_BITMAP_H +#include "global.h" +#define BITMAP_MASK 1 // 用在位图中逐位判断，主要通过 按位与 & +struct bitmap{ + uint32_t btmp_bytes_len; + /* 在遍历位图时,整体上以字节为单位,细节上是以位为单位, + 所以此处位图的指针必须是单字节 */ + uint8_t* bits; +}; + +// 函数 +void bitmap_init(struct bitmap* btmp); +bool bitmap_scan_test(struct bitmap* btmp, uint32_t bit_idx); +int bitmap_scan(struct bitmap* btmp, uint32_t cnt); +void bitmap_set(struct bitmap* btmp, uint32_t bit_idx, int8_t value); + +#endif \ No newline at end of file diff --git a/c9/thread_schedule/lib/kernel/io.h b/c9/thread_schedule/lib/kernel/io.h new file mode 100755 index 0000000..7a30b8f --- /dev/null +++ b/c9/thread_schedule/lib/kernel/io.h @@ -0,0 +1,49 @@ +/************** 机器模式 *************** + b -- 输出寄存器QImode名称,即寄存器中的最低8位:[a-d]l。 + w -- 输出寄存器HImode名称,即寄存器中2个字节的部分,如[a-d]x。 + + HImode + “Half-Integer”模式，表示一个两字节的整数。 + QImode + “Quarter-Integer”模式，表示一个一字节的整数。 +*******************************************/ +#ifndef _LIB_IO_H +# define _LIB_IO_H + +#include "stdint.h" + +/** + * 向指定的端口写入一个字节的数据. + * port 为 16 位即可容纳 65535 所有端口号 + * N 为立即数约束 + */ +static inline void outb(uint16_t port, uint8_t data) { + asm volatile("outb %b0, %w1" : : "a"(data), "Nd"(port)); +} +/* + * 将addr处起始的word_cnt个字写入端口port + * insw是将从端口port处读入的16位内容写入es:edi指向的内存, + * 我们在设置段描述符时, 已经将ds,es,ss段的选择子都设置为相同的值了, + * 此时不用担心数据错乱。 + */ +static inline void outsw(uint16_t port, const void* addr, uint32_t word_cnt) { + asm volatile("cld; rep outsw" : "+S"(addr), "+c"(word_cnt) : "d"(port)); +} + +/** + * 将从端口port读入的一个字节返回. + */ +static inline uint8_t inb(uint16_t port) { + uint8_t data; + asm volatile("inb %w1, %b0" : "=a"(data) : "Nd"(port)); + return data; +} + +/** + * 将从port读取的word_cnt字节写入addr. + */ +static inline void insw(uint16_t port, void* addr, uint32_t word_cnt) { + asm volatile("cld; rep insw" : "+D"(addr), "+c"(word_cnt) : "d"(port) : "memory"); +} + +#endif \ No newline at end of file diff --git a/c9/thread_schedule/lib/kernel/list.c b/c9/thread_schedule/lib/kernel/list.c new file mode 100755 index 0000000..17dbd76 --- /dev/null +++ b/c9/thread_schedule/lib/kernel/list.c @@ -0,0 +1,95 @@ +#include "list.h" +#include "interrupt.h" + +// 初始化双向链表 +void list_init (struct list* list) { + list->head.prev = NULL; + list->tail.next = NULL; + + list->head.next = &list->tail; + list->tail.prev = &list->head; +} + +// 将链表元素 before 插入在元素 elem 前 +void list_insert_before(struct list_elem* elem, struct list_elem* before) { + // 由于队列是公共资源，因此要保证为原子操作 + enum intr_status old_status = intr_disable();//关中断 + + // 更新节点 + elem->prev->next = before; + before->prev = elem->prev; + elem->prev = before; + before->next = elem; + + intr_set_status(old_status); +} + +void list_append(struct list* plist, struct list_elem* elem) { + list_insert_before(&plist->tail, elem);// 队列的FIFO +} + +void list_remove(struct list_elem* pelem) { + enum intr_status old_status = intr_disable(); + + pelem->prev->next = pelem->next; + pelem->next->prev = pelem->prev; + + intr_set_status(old_status);// 返回原状态 +} + +void list_push(struct list* plist, struct list_elem* elem) { + list_insert_before(plist->head.next, elem); +} + +// pop 操作，为啥没有关中断？ +struct list_elem* list_pop(struct list* plist) { + struct list_elem* elem = plist->head.next; + list_remove(elem); + return elem; +} + +// 查找元素 +bool elem_find(struct list* plist, struct list_elem* obj_elem) { + struct list_elem* elem = plist->head.next; + while(elem != &plist->tail) { + if(elem == obj_elem) { + return true; + } + elem = elem->next; + } + return false; +} + +// 遍历列表的所有元素，判断是否有 elem 满足条件 +// 判断方法采用 func 回调函数进行判断 +struct list_elem* list_traversal(struct list* plist, function func, int arg) { + struct list_elem* elem = plist->head.next; + // 如果队列为空 直接 return + if(list_empty(plist)) { + return NULL; + } + while(elem != &plist->tail) { + if(func(elem, arg)) { + return elem; + } + elem = elem->next; + } + return NULL; +} + +// 判断空 +bool list_empty(struct list* plist) { + return (plist->head.next == &plist->tail ? true : false); +} + +uint32_t list_len(struct list* plist) { + struct list_elem* elem = plist->head.next; + uint32_t len = 0; + while(elem != &plist->tail) { + elem = elem->next; + len++; + } + return len; +} + + diff --git a/c9/thread_schedule/lib/kernel/list.h b/c9/thread_schedule/lib/kernel/list.h new file mode 100755 index 0000000..3bd6ba0 --- /dev/null +++ b/c9/thread_schedule/lib/kernel/list.h @@ -0,0 +1,40 @@ +#ifndef __LIB_KERNEL_LIST_H +#define __LIB_KERNEL_LIST_H +#include "global.h" + + +// 令基址为 0 ，那么偏移量就等于 结构体中元素的偏移值 +#define offset(struct_type, member) (int)(&((struct_type*)0)->member) +// 通过结构体内部指针 转换为 代表该结构体 的方法： +// 将 elem_ptr(结构体内部元素指针) 的地址减去 elem_ptr 在结构体内部的偏移量 +// 从而获取所在结构体的地址，再将该地址转换为 struct 类型 +// struct_member_name 为内部变量名，主要用于 offset 函数 获取结构体内偏移值 +#define elem2entry(struct_type, struct_member_name, elem_ptr) \ + (struct_type*)((int)elem_ptr - offset(struct_type, struct_member_name)) +// 节点，不需要 data 域 +struct list_elem { + struct list_elem* prev;// 前驱 + struct list_elem* next;// 后继 +}; + +// 链表结构，用来实现队列 +struct list { + struct list_elem head;// 头指针 + struct list_elem tail;// 尾指针 +}; + +typedef bool (function)(struct list_elem*, int arg); + +void list_init (struct list*); +void list_insert_before(struct list_elem* elem, struct list_elem* before); +void list_push(struct list* plist, struct list_elem* elem); +void list_iterate(struct list* plist); +void list_append(struct list* plist, struct list_elem* elem); +void list_remove(struct list_elem* pelem); +struct list_elem* list_pop(struct list* plist); +bool list_empty(struct list* plist); +uint32_t list_len(struct list* plist); +struct list_elem* list_traversal(struct list* plist, function func, int arg); +bool elem_find(struct list* plist, struct list_elem* obj_elem); + +#endif \ No newline at end of file diff --git a/c9/thread_schedule/lib/kernel/print.S b/c9/thread_schedule/lib/kernel/print.S new file mode 100755 index 0000000..af4424f --- /dev/null +++ b/c9/thread_schedule/lib/kernel/print.S @@ -0,0 +1,239 @@ +TI_GDT equ 0 +RPL0 equ 0 +SELECTOR_VIDEO equ (0x0003<<3) + TI_GDT + RPL0 + +section .data +put_int_buffer dq 0 ; 定义8字节缓冲区用于数字到字符的转换 + +[bits 32] +section .text +;-------------------------------------------- +;put_str 通过put_char来打印以0字符结尾的字符串 +;-------------------------------------------- +;输入：栈中参数为打印的字符串 +;输出：无 + +global put_str +put_str: +;由于本函数中只用到了ebx和ecx,只备份这两个寄存器 + push ebx + push ecx + xor ecx, ecx ; 准备用ecx存储参数,清空 + mov ebx, [esp + 12] ; 从栈中得到待打印的字符串地址 +.goon: + mov cl, [ebx] + cmp cl, 0 ; 如果处理到了字符串尾,跳到结束处返回 + jz .str_over + push ecx ; 为put_char函数传递参数 + call put_char + add esp, 4 ; 回收参数所占的栈空间 + inc ebx ; 使ebx指向下一个字符 + jmp .goon +.str_over: + pop ecx + pop ebx + ret + +;------------------------ put_char ----------------------------- +;功能描述:把栈中的1个字符写入光标所在处 +;------------------------------------------------------------------- +global put_char +put_char: + pushad ;备份32位寄存器环境 + ;需要保证gs中为正确的视频段选择子,为保险起见,每次打印时都为gs赋值 + mov ax, SELECTOR_VIDEO ; 不能直接把立即数送入段寄存器 + mov gs, ax + +;;;;;;;;; 获取当前光标位置 ;;;;;;;;; + ;先获得高8位 + mov dx, 0x03d4 ;索引寄存器 + mov al, 0x0e ;用于提供光标位置的高8位 + out dx, al + mov dx, 0x03d5 ;通过读写数据端口0x3d5来获得或设置光标位置 + in al, dx ;得到了光标位置的高8位 + mov ah, al + + ;再获取低8位 + mov dx, 0x03d4 + mov al, 0x0f + out dx, al + mov dx, 0x03d5 + in al, dx + + ;将光标存入bx + mov bx, ax + ;下面这行是在栈中获取待打印的字符 + mov ecx, [esp + 36] ;pushad压入4×8＝32字节,加上主调函数的返回地址4字节,故esp+36字节 + cmp cl, 0xd ;CR是0x0d,LF是0x0a + jz .is_carriage_return + cmp cl, 0xa + jz .is_line_feed + + cmp cl, 0x8 ;BS(backspace)的asc码是8 + jz .is_backspace + jmp .put_other +;;;;;;;;;;;;;;;;;; + + .is_backspace: +;;;;;;;;;;;; backspace的一点说明 ;;;;;;;;;; +; 当为backspace时,本质上只要将光标移向前一个显存位置即可.后面再输入的字符自然会覆盖此处的字符 +; 但有可能在键入backspace后并不再键入新的字符,这时在光标已经向前移动到待删除的字符位置,但字符还在原处, +; 这就显得好怪异,所以此处添加了空格或空字符0 + dec bx + shl bx,1 + mov byte [gs:bx], 0x20 ;将待删除的字节补为0或空格皆可 + inc bx + mov byte [gs:bx], 0x07 + shr bx,1 + jmp .set_cursor +;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;; + + .put_other: + shl bx, 1 ; 光标位置是用2字节表示,将光标值乘2,表示对应显存中的偏移字节 + mov [gs:bx], cl ; ascii字符本身 + inc bx + mov byte [gs:bx],0x07 ; 字符属性 + shr bx, 1 ; 恢复老的光标值 + inc bx ; 下一个光标值 + cmp bx, 2000 + jl .set_cursor ; 若光标值小于2000,表示未写到显存的最后,则去设置新的光标值 + ; 若超出屏幕字符数大小(2000)则换行处理 + .is_line_feed: ; 是换行符LF(\n) + .is_carriage_return: ; 是回车符CR(\r) + ; 如果是CR(\r),只要把光标移到行首就行了。 + xor dx, dx ; dx是被除数的高16位,清0. + mov ax, bx ; ax是被除数的低16位. + mov si, 80 ; 由于是效仿linux，linux中\n便表示下一行的行首，所以本系统中， + div si ; 把\n和\r都处理为linux中\n的意思，也就是下一行的行首。 + sub bx, dx ; 光标值减去除80的余数便是取整 + ; 以上4行处理\r的代码 + + .is_carriage_return_end: ; 回车符CR处理结束 + add bx, 80 + cmp bx, 2000 + .is_line_feed_end: ; 若是LF(\n),将光标移+80便可。 + jl .set_cursor + +;屏幕行范围是0~24,滚屏的原理是将屏幕的1~24行搬运到0~23行,再将第24行用空格填充 + .roll_screen: ; 若超出屏幕大小，开始滚屏 + cld + mov ecx, 960 ; 一共有2000-80=1920个字符要搬运,共1920*2=3840字节.一次搬4字节,共3840/4=960次 + mov esi, 0xb80a0 ; 第1行行首 + mov edi, 0xb8000 ; 第0行行首 + rep movsd + +;;;;;;;将最后一行填充为空白 + mov ebx, 3840 ; 最后一行首字符的第一个字节偏移= 1920 * 2 + mov ecx, 80 ;一行是80字符(160字节),每次清空1字符(2字节),一行需要移动80次 + .cls: + mov word [gs:ebx], 0x0720 ;0x0720是黑底白字的空格键 + add ebx, 2 + loop .cls + mov bx,1920 ;将光标值重置为1920,最后一行的首字符. + + .set_cursor: + ;将光标设为bx值 +;;;;;;; 1 先设置高8位 ;;;;;;;; + mov dx, 0x03d4 ;索引寄存器 + mov al, 0x0e ;用于提供光标位置的高8位 + out dx, al + mov dx, 0x03d5 ;通过读写数据端口0x3d5来获得或设置光标位置 + mov al, bh + out dx, al + +;;;;;;; 2 再设置低8位 ;;;;;;;;; + mov dx, 0x03d4 + mov al, 0x0f + out dx, al + mov dx, 0x03d5 + mov al, bl + out dx, al + .put_char_done: + popad + ret + +;-------------------- 将小端字节序的数字变成对应的ascii后，倒置 ----------------------- +;输入：栈中参数为待打印的数字 +;输出：在屏幕上打印16进制数字,并不会打印前缀0x,如打印10进制15时，只会直接打印f，不会是0xf +;------------------------------------------------------------------------------------------ +global put_int +put_int: + pushad + mov ebp, esp + mov eax, [ebp+4*9] ; call的返回地址占4字节+pushad的8个4字节 + mov edx, eax + mov edi, 7 ; 指定在put_int_buffer中初始的偏移量 + mov ecx, 8 ; 32位数字中,16进制数字的位数是8个 + mov ebx, put_int_buffer + +;将32位数字按照16进制的形式从低位到高位逐个处理,共处理8个16进制数字 +.16based_4bits: ; 每4位二进制是16进制数字的1位,遍历每一位16进制数字 + and edx, 0x0000000F ; 解析16进制数字的每一位。and与操作后,edx只有低4位有效 + cmp edx, 9 ; 数字0～9和a~f需要分别处理成对应的字符 + jg .is_A2F + add edx, '0' ; ascii码是8位大小。add求和操作后,edx低8位有效。 + jmp .store +.is_A2F: + sub edx, 10 ; A~F 减去10 所得到的差,再加上字符A的ascii码,便是A~F对应的ascii码 + add edx, 'A' + +;将每一位数字转换成对应的字符后,按照类似“大端”的顺序存储到缓冲区put_int_buffer +;高位字符放在低地址,低位字符要放在高地址,这样和大端字节序类似,只不过咱们这里是字符序. +.store: +; 此时dl中应该是数字对应的字符的ascii码 + mov [ebx+edi], dl + dec edi + shr eax, 4 + mov edx, eax + loop .16based_4bits + +;现在put_int_buffer中已全是字符,打印之前, +;把高位连续的字符去掉,比如把字符000123变成123 +.ready_to_print: + inc edi ; 此时edi退减为-1(0xffffffff),加1使其为0 +.skip_prefix_0: + cmp edi,8 ; 若已经比较第9个字符了，表示待打印的字符串为全0 + je .full0 +;找出连续的0字符, edi做为非0的最高位字符的偏移 +.go_on_skip: + mov cl, [put_int_buffer+edi] + inc edi + cmp cl, '0' + je .skip_prefix_0 ; 继续判断下一位字符是否为字符0(不是数字0) + dec edi ;edi在上面的inc操作中指向了下一个字符,若当前字符不为'0',要恢复edi指向当前字符 + jmp .put_each_num + +.full0: + mov cl,'0' ; 输入的数字为全0时，则只打印0 +.put_each_num: + push ecx ; 此时cl中为可打印的字符 + call put_char + add esp, 4 + inc edi ; 使edi指向下一个字符 + mov cl, [put_int_buffer+edi] ; 获取下一个字符到cl寄存器 + cmp edi,8 + jl .put_each_num + popad + ret + +global set_cursor +set_cursor: + pushad + mov bx, [esp+36] +;;;;;;; 1 先设置高8位 ;;;;;;;; + mov dx, 0x03d4 ;索引寄存器 + mov al, 0x0e ;用于提供光标位置的高8位 + out dx, al + mov dx, 0x03d5 ;通过读写数据端口0x3d5来获得或设置光标位置 + mov al, bh + out dx, al + +;;;;;;; 2 再设置低8位 ;;;;;;;;; + mov dx, 0x03d4 + mov al, 0x0f + out dx, al + mov dx, 0x03d5 + mov al, bl + out dx, al + popad + ret \ No newline at end of file diff --git a/c9/thread_schedule/lib/kernel/print.h b/c9/thread_schedule/lib/kernel/print.h new file mode 100755 index 0000000..97b3896 --- /dev/null +++ b/c9/thread_schedule/lib/kernel/print.h @@ -0,0 +1,9 @@ +#ifndef __LIB_KERNEL_PRINT_H +#define __LIB_KERNEL_PRINT_H +#include "stdint.h" +void put_char(uint8_t char_asci); +void put_str(char* message); +void put_int(uint32_t num); // 以16进制打印 +void set_cursor(uint32_t cursor_pos); +#endif + diff --git a/c9/thread_schedule/lib/stdint.h b/c9/thread_schedule/lib/stdint.h new file mode 100755 index 0000000..af563e0 --- /dev/null +++ b/c9/thread_schedule/lib/stdint.h @@ -0,0 +1,11 @@ +#ifndef __LIB_STDINT_H +#define __LIB_STDINT_H +typedef signed char int8_t; +typedef signed short int int16_t; +typedef signed int int32_t; +typedef signed long long int int64_t; +typedef unsigned char uint8_t; +typedef unsigned short int uint16_t; +typedef unsigned int uint32_t; +typedef unsigned long long int uint64_t; +#endif diff --git a/c9/thread_schedule/lib/string.c b/c9/thread_schedule/lib/string.c new file mode 100755 index 0000000..ab47322 --- /dev/null +++ b/c9/thread_schedule/lib/string.c @@ -0,0 +1,121 @@ +#include "string.h" +#include "global.h" +#include "debug.h" + +/* 进行初始化 将dst_起始的size个字节置为value */ +// 通常用于内存分配时的数据清 0 +void memset(void* dst_, uint8_t value, uint32_t size) { + ASSERT(dst_ != NULL); + uint8_t* dst = (uint8_t*)dst_; + while (size-- > 0){ + *dst++ = value; + } +} + +/* 将src_起始的size个字节复制到dst_ */ +void memcpy(void* dst_, const void* src_, uint32_t size) { + ASSERT(dst_ != NULL && src_ != NULL); + uint8_t* dst = dst_; + const uint8_t* src = src_; + while(size-- > 0) { + *dst++ = *src++; + } +} + +/* 连续比较以地址a_和地址b_开头的size个字节, + 若相等则返回0,若a_大于b_返回+1,否则返回-1 */ +int memcmp(const void* a_, const void* b_, uint32_t size) { + const char* a = a_; + const char* b = b_; + ASSERT(a != NULL && b != NULL); + while(size-- > 0) { + if(*a != *b) { + return *a > *b ? 1 : -1; + } + a++; + b++; + } + // 至此说明相等 + return 0; +} + +/* 将字符串从src_复制到dst_ */ +char* strcpy(char* dst_, const char* src_) { + ASSERT(dst_ != NULL && src_ != NULL); + char* temp = dst_; // 暂存地址 + // 以 字符串结尾 '0' 作为终止条件 + while((*dst_++ = *src_++)); + return temp; +} + + +/* 返回字符串长度 */ +uint32_t strlen(const char* str) { + ASSERT(str != NULL); + const char* end = str;// 标记结尾处位置 + // 和strcpy 函数一样，遇到 '0'停止 + while(*end++); + return (end - str - 1); +} +/* 比较两个字符串,若a_中的字符大于b_中的字符返回1,相等时返回0,否则返回-1. */ +int8_t strcmp (const char* a, const char* b) { + ASSERT(a != NULL && b != NULL); + while(*a != 0 && *a == *b) { + a++; + b++; + } + // 如果 < 就返回 -1 + // 如果 >= 就前往 布尔式 + // 该布尔式表示，要是 > 就 返回 1, 否则只可能是 = ，布尔值刚好是 0 + return *a < *b ? -1 : *a > *b; +} + +/* 从左到右查找字符串str中首次出现字符ch的地址(不是下标,是地址) */ +char* strchr(const char* str, const uint8_t ch) { + ASSERT(str != NULL); + while(*str != 0) { + if(*str == ch) { + return (char*) str;// 强制转换 + } + str++; + } + return NULL; +} + +/* 从右往左查找字符串str中首次出现字符ch的地址(不是下标,是地址) */ +char* strrchr(const char* str, const uint8_t ch) { + ASSERT(str != NULL); + const char* last = NULL; + // 从左往右遍历，将 last 更新即可，这样便不用手动判断 '0' + while(*str != 0) { + if(*str == ch) { + last = str; + } + str++; + } + return (char*)last; +} + +/* 将字符串src_拼接到dst_后,将回拼接的串地址 */ +char* strcat(char* dst_, const char* src_) { + ASSERT(dst_ != NULL && src_ != NULL); + char* str = dst_; + while(*str++);// 循环到末尾 + --str;//得到拼接位置 + while((*str++ = *src_++)); + return dst_; +} + +/* 在字符串str中查找指定字符ch出现的次数 */ +uint32_t strchrs(const char* str, uint8_t ch) { + ASSERT(str != NULL); + uint32_t cnt = 0; + const char* temp = str; + while(*temp != 0) { + if(*temp == ch) { + cnt++; + } + temp++; + } + return cnt; +} \ No newline at end of file diff --git a/c9/thread_schedule/lib/string.h b/c9/thread_schedule/lib/string.h new file mode 100755 index 0000000..e69de29 diff --git a/c9/thread_schedule/makefile b/c9/thread_schedule/makefile new file mode 100644 index 0000000..4a634ad --- /dev/null +++ b/c9/thread_schedule/makefile @@ -0,0 +1,112 @@ +BUILD_DIR = ./build +# 存储编译的所有文件 +ENTRY_POINT = 0xc0001500 +# ld 链接 -Ttext参数 +# 编译器及编译参数 +AS = nasm +CC = gcc +LD = ld +LIB = -I lib/ -I lib/kernel/ -I lib/user/ -I kernel/ -I device/ -I thread/ +ASFLAGS = -f elf +ASIB = -I include/ +CFLAGS = -Wall -m32 -fno-stack-protector $(LIB) -c -fno-builtin \ + -W -Wstrict-prototypes -Wmissing-prototypes +LDFLAGS = -m elf_i386 -Ttext $(ENTRY_POINT) -e main -Map $(BUILD_DIR)/kernel.map +OBJS = $(BUILD_DIR)/main.o $(BUILD_DIR)/init.o $(BUILD_DIR)/interrupt.o \ + $(BUILD_DIR)/timer.o $(BUILD_DIR)/kernel.o $(BUILD_DIR)/print.o \ + $(BUILD_DIR)/debug.o $(BUILD_DIR)/memory.o $(BUILD_DIR)/bitmap.o \ + $(BUILD_DIR)/string.o $(BUILD_DIR)/thread.o $(BUILD_DIR)/switch.o \ + $(BUILD_DIR)/list.o + + + +############## c代码编译 ############### +$(BUILD_DIR)/main.o: kernel/main.c lib/kernel/print.h \ + lib/stdint.h kernel/init.h + $(CC) $(CFLAGS) $< -o $@ + +$(BUILD_DIR)/init.o: kernel/init.c kernel/init.h lib/kernel/print.h \ + lib/stdint.h kernel/interrupt.h device/timer.h + $(CC) $(CFLAGS) $< -o $@ + +$(BUILD_DIR)/interrupt.o: kernel/interrupt.c kernel/interrupt.h \ + lib/stdint.h kernel/global.h lib/kernel/io.h lib/kernel/print.h + $(CC) $(CFLAGS) $< -o $@ + +$(BUILD_DIR)/timer.o: device/timer.c device/timer.h lib/stdint.h\ + lib/kernel/io.h lib/kernel/print.h + $(CC) $(CFLAGS) $< -o $@ + +$(BUILD_DIR)/debug.o: kernel/debug.c kernel/debug.h \ + lib/kernel/print.h lib/stdint.h kernel/interrupt.h + $(CC) $(CFLAGS) $< -o $@ + +$(BUILD_DIR)/string.o: lib/string.c lib/string.h lib/stdint.h kernel/global.h \ + lib/stdint.h kernel/debug.h + $(CC) $(CFLAGS) $< -o $@ + +$(BUILD_DIR)/bitmap.o: lib/kernel/bitmap.c lib/kernel/bitmap.h \ +kernel/global.h lib/stdint.h lib/string.h lib/stdint.h \ + lib/kernel/print.h kernel/interrupt.h kernel/debug.h + $(CC) $(CFLAGS) $< -o $@ + +$(BUILD_DIR)/list.o: lib/kernel/list.c lib/kernel/list.h kernel/global.h lib/stdint.h \ + kernel/interrupt.h + $(CC) $(CFLAGS) $< -o $@ + +$(BUILD_DIR)/memory.o: kernel/memory.c kernel/memory.h lib/stdint.h lib/kernel/bitmap.h \ +kernel/global.h kernel/global.h kernel/debug.h lib/kernel/print.h \ +lib/kernel/io.h kernel/interrupt.h lib/string.h lib/stdint.h + $(CC) $(CFLAGS) $< -o $@ + +$(BUILD_DIR)/thread.o: thread/thread.c thread/thread.h lib/stdint.h \ +kernel/global.h lib/kernel/bitmap.h kernel/memory.h lib/string.h \ + lib/stdint.h lib/kernel/print.h kernel/interrupt.h kernel/debug.h + $(CC) $(CFLAGS) $< -o $@ + + + +# 编译loader和mbr +$(BUILD_DIR)/mbr.bin: boot/mbr.S + $(AS) $(ASIB) $< -o $@ + +$(BUILD_DIR)/loader.bin: boot/loader.S + $(AS) $(ASIB) $< -o $@ + +############## 汇编代码编译 ############### +$(BUILD_DIR)/kernel.o: kernel/kernel.S + $(AS) $(ASFLAGS) $< -o $@ +$(BUILD_DIR)/print.o: lib/kernel/print.S + $(AS) $(ASFLAGS) $< -o $@ +$(BUILD_DIR)/switch.o: thread/switch.S + $(AS) $(ASFLAGS) $< -o $@ + +############## 链接所有目标文件 ############# +$(BUILD_DIR)/kernel.bin: $(OBJS) + $(LD) $(LDFLAGS) $^ -o $@ + +.PHONY : mk_dir hd clean tran all + +MK_JS := $(shell mkdir $(BUILD_DIR)) + +mk_dir: + if [[ ! -d $(BUILD_DIR) ]];then MK_JS;fi + +hd: + # echo ".....Writing mbr, loader and kernel to disk....." + dd if=$(BUILD_DIR)/mbr.bin of=/home/husharp/bochs_hu/bochs/hd60M.img bs=512 count=1 conv=notrunc + dd if=$(BUILD_DIR)/loader.bin of=/home/husharp/bochs_hu/bochs/hd60M.img bs=512 count=4 seek=2 conv=notrunc + dd if=$(BUILD_DIR)/kernel.bin of=/home/husharp/bochs_hu/bochs/hd60M.img bs=512 count=200 seek=9 conv=notrunc + +CP_JS := $(shell cd $(BUILD_DIR) && rm -f ./*) + +clean: + $(CP_JS) + +build: $(BUILD_DIR)/mbr.bin $(BUILD_DIR)/loader.bin $(BUILD_DIR)/kernel.bin + # echo ".....build kernel now....." + +all: mk_dir build hd tran + +tran: + cd /home/husharp/bochs_hu/bochs/ && bin/bochs -f bochsrc.disk diff --git a/c9/thread_schedule/test_pra/thread_test.c b/c9/thread_schedule/test_pra/thread_test.c new file mode 100755 index 0000000..11567c1 --- /dev/null +++ b/c9/thread_schedule/test_pra/thread_test.c @@ -0,0 +1,2 @@ +#include +#include diff --git a/c9/thread_schedule/thread/switch.S b/c9/thread_schedule/thread/switch.S new file mode 100755 index 0000000..27705cd --- /dev/null +++ b/c9/thread_schedule/thread/switch.S @@ -0,0 +1,37 @@ +[bits 32] +section .text +global switch_to +; switch_to 函数接收两个参数 +; 一个是当前线程 cur， 一个是下一个处理器线程 +; 因此该函数的作用是 保存当前线程，将下一个线程放到处理器中 +; +; struct thread_stack { +; uint32_t ebp; +; uint32_t ebx; +; uint32_t edi; +; uint32_t esi; +; +; 易知反向压栈 +switch_to: + ; 第一部分：保存中断前的上下文环境 + ; 压入到内核栈，因此之后将内核栈储存 + push esi + push edi + push ebx + push ebp + +; struct task_struct { +; uint32_t* self_kstack; // 各内核线程都用自己的内核栈 + + mov eax, [esp + 20] ; 得到栈中参数 4*4 + 4 即 4 个压栈 和 1 个返回地址 + mov [eax], esp ; eax 指的是 PCB 的首地址，而第一个参数是 每个线程的内核栈 + + ; 往处理器上装载调度的新线程上下文 + mov eax, [esp + 24] ; 同理 + mov esp, [eax] + + pop ebp ; 此时恢复的是：新线程内核栈内部的上下文 + pop ebx + pop edi + pop esi + ret \ No newline at end of file diff --git a/c9/thread_schedule/thread/thread.c b/c9/thread_schedule/thread/thread.c new file mode 100755 index 0000000..0a0e61f --- /dev/null +++ b/c9/thread_schedule/thread/thread.c @@ -0,0 +1,170 @@ +#include "thread.h" +#include "stdint.h" +#include "string.h" +#include "global.h" +#include "debug.h" +#include "interrupt.h" +#include "print.h" +#include "memory.h" + +#define PG_SIZE 4096 + +// 定义主线程的 PCB，因为进入内核后，实则上一直执行的是 main 函数 +struct task_struct* main_thread; // 主线程 PCB +struct list thread_ready_list; // 就绪队列 +// 当线程不为就绪态时，会从所有线程队列中找到它 +struct list thread_all_list; // 所有线程队列 +// 队列是以 elem 的形式储存在 list 队列中，因此需要一个 elem 变量来将其取出转换 +static struct list_elem* thread_tag; // 用于保存队列中的线程节点 + +// switch_to函数的外部声明 global +extern void switch_to(struct task_struct* cur, struct task_struct* next); + + +// 取当前线程的 PCB 指针 +struct task_struct* running_thread(void) { + uint32_t esp; + asm("mov %%esp, %0" : "=g"(esp)); + // 取 esp 的前20位，PCB 的栈顶就为 0级栈 + return (struct task_struct*)(esp & 0xfffff000); +} + +// 实现任务调度 读写就绪队列 +void schedule(void) { + ASSERT(intr_get_status() == INTR_OFF); + + struct task_struct* cur = running_thread();// 取出当前线程的PCB + if(cur->status == TASK_RUNNING) {// 只是时间片为 0 ，而非阻塞 + ASSERT(!elem_find(&thread_ready_list, &cur->general_tag)); + list_append(&thread_ready_list, &cur->general_tag); + // 现将当前线程的 ticks 再次赋为 prio + cur->ticks = cur->priority; + cur->status = TASK_READY; + } + //由于还未实现 idle 线程，因此可能出现 ready_list 中无线程可调度的情况 + // 因此先进行断言 ready 队列中是否存在元素 + ASSERT(!list_empty(&thread_ready_list)); + thread_tag = NULL; // 首先将全局变量清空 + // 将就绪进程中的第一个线程（头结点）弹出 + thread_tag = list_pop(&thread_ready_list); + // 现在获得了 PCB 的 elem 节点，需要将其转换为 PCB + struct task_struct* next = elem2entry(struct task_struct, general_tag, thread_tag); + next->status = TASK_RUNNING;// 调度 + switch_to(cur, next); + +} + +// 不能按照以往的函数调用， 比如 kernel_thread(function， func_arg) +// 因为 我们此处采用的是 ret 返回，而不是 call ， +// 因此需要采用存储到 kernel_thread 的栈中，存储参数和占位返回地址的方式 + +/* 由kernel_thread去执行function(func_arg) */ +static void kernel_thread(thread_func* function, void* func_arg) { + // 由于线程的运行是由调度器中断调度，进入中断后，处理器会自动关中断。 + // 执行 function 前开中断，避免之后的时钟中断被屏蔽，从而无法调度其他线程 + intr_enable(); + function(func_arg); // 调用 function +} + +// 初始化线程栈thread_stack,将待执行的函数和参数放到thread_stack中相应的位置 +void thread_create(struct task_struct* pthread, thread_func function, void* func_arg) { + // 由于 init_thread 中，已经指向最顶端了 + // 先预留中断使用栈的空间，可见 thread.h 中定义的结构 + // 中断栈用于保存中断时的上下文，实现用户进程时，初始值也会放在中断栈 + pthread->self_kstack -= sizeof(struct intr_stack); + + // 再留出线程栈空间 + pthread->self_kstack -= sizeof(struct thread_stack); + + // 定义线程栈指针 + struct thread_stack* kthread_stack = (struct thread_stack*) pthread->self_kstack; + + // 为 kernel_thread 中 能调用 function 做准备 + // kernel_thread 是第一个函数， eip直接指向它，然后再调用其他的 function + kthread_stack->eip = kernel_thread; + kthread_stack->function = function; + kthread_stack->func_arg = func_arg; + // 初始化为 0 ，在还未执行函数前，寄存器不应该有值 + kthread_stack->ebp = kthread_stack->ebx = \ + kthread_stack->edi = kthread_stack->esi = 0; +} + + +// 初始化线程基本信息 +void init_thread(struct task_struct* pthread, char* name, int prio) { + // + memset(pthread, 0, sizeof(*pthread)); + + // 将主函数也封装为一个线程，且由于其一直运行，因此状态赋为 Running + if(pthread == main_thread) { + pthread->status = TASK_RUNNING; + } else { + pthread->status = TASK_READY; + } + + strcpy(pthread->name, name); + // 此处是为演习，因此直接将 状态置为 running + pthread->priority = prio; + pthread->ticks = prio; + pthread->elapsed_ticks = 0; //表示还未执行过 + pthread->pgdir = NULL; //线程没有自己的地址空间 + pthread->stack_magic = 0x20000611; //自定义一个魔数 + // self_kstack 是线程自己在内核态下使用的栈顶地址，指向最顶端 + pthread->self_kstack = (uint32_t*)((uint32_t)pthread + PG_SIZE); +} + +// 线程创建函数 +//创建一优先级为prio的线程,线程名为name,线程所执行的函数是function(func_arg) +struct task_struct* thread_start(char* name, int prio, thread_func function, void* func_arg) { + // pcb 位于内核空间，包括用户进程的 pcb 也是在内核空间中 + + // 先通过 内核物理页申请函数 申请一页 + struct task_struct* thread = get_kernel_pages(1); + // 由于 get_kernel_page 获取的是起始位置，因此获取的是 pcb 最低地址 + // 初始化新建线程 + init_thread(thread, name, prio); + // 创建线程 + thread_create(thread, function, func_arg); + // 至此 线程得到初始化和创建后，需要加入到就绪队列和全局队列中 + + // 首先需要判断不在全局队列中 + ASSERT(!elem_find(&thread_all_list, &thread->all_list_tag)); + // 加入就绪队列 + list_append(&thread_all_list, &thread->all_list_tag); + + // 首先需要判断不在就绪队列中 + ASSERT(!elem_find(&thread_ready_list, &thread->general_tag)); + // 加入就绪队列 + list_append(&thread_ready_list, &thread->general_tag); + + // 简陋版本（以后改为 switch_to + // 作用为：开启线程 + // 由于 thread_create 中将 self_kstack 指向线程栈的最低处，现在将 self_kstack 作为栈顶 + // ret 操作时，由于 thread_create 函数中，将 eip 指向了 kernel_thread，因此 ret时，会跳转到该函数 + return thread; +} + + +// 将kernel中的main函数完善为主线程 +static void make_main_thread(void) { + // 因为main线程早已运行,咱们在loader.S中进入内核时的mov esp,0xc009f000, + // 就是为其预留了tcb,地址为0xc009e000,因此不需要通过get_kernel_page另分配一页 + // 直接 init_thread 即可 + main_thread = running_thread();// 获取当前的PCB指针 + init_thread(main_thread, "main", 31); + + // main函数是当前线程,当前线程不在thread_ready_list中 + // 只用加到 全局线程队列中 + ASSERT(!elem_find(&thread_all_list, &main_thread->all_list_tag)); + list_append(&thread_all_list, &main_thread->all_list_tag); +} + +// 初始化线程环境 +void thread_environment_init(void) { + put_str("thread_init start!\n"); + list_init(&thread_ready_list); + list_init(&thread_all_list); + // 将 main 函数创建为 线程 + make_main_thread(); + put_str("thread_init done!\n"); +} \ No newline at end of file diff --git a/c9/thread_schedule/thread/thread.h b/c9/thread_schedule/thread/thread.h new file mode 100755 index 0000000..abe4250 --- /dev/null +++ b/c9/thread_schedule/thread/thread.h @@ -0,0 +1,106 @@ +#ifndef __THREAD_THREAD_H +#define __THREAD_THREAD_H +#include "stdint.h" +#include "list.h" + +// 自定义通用函数类型,它将在很多线程函数中做为形参类型 +typedef void thread_func(void*); + +// 进程或线程的状态 +enum task_status { + TASK_RUNNING, + TASK_READY, + TASK_BLOCKED, + TASK_WAITING, + TASK_HANGING, + TASK_DIED +}; + +/*********** 中断栈intr_stack *********** + * 此结构用于中断发生时保护程序(线程或进程)的上下文环境: + * 进程或线程被外部中断或软中断打断时,会按照此结构压入上下文 + * 寄存器, intr_exit中的出栈操作是此结构的逆操作 + * 此栈在线程自己的内核栈中位置固定,所在页的最顶端 +********************************************/ +struct intr_stack { + uint32_t vec_no; // kernel.S 宏VECTOR中push %1压入的中断号 + uint32_t edi; + uint32_t esi; + uint32_t ebp; + // 虽然pushad把esp也压入,但esp是不断变化的,所以会被popad忽略 + uint32_t esp_dummy; + uint32_t ebx; + uint32_t edx; + uint32_t ecx; + uint32_t eax; + uint32_t gs; + uint32_t fs; + uint32_t es; + uint32_t ds; + +/* 以下由cpu从低特权级进入高特权级时压入 */ + uint32_t err_code; // err_code会被压入在eip之后 + void (*eip) (void); + uint32_t cs; + uint32_t eflags; + void* esp; + uint32_t ss; +}; + +/*********** 线程栈thread_stack *********** + * 线程自己的栈,用于存储线程中待执行的函数 + * 此结构在线程自己的内核栈中位置不固定, + * 用在switch_to时保存线程环境。 + * 实际位置取决于实际运行情况。 + ******************************************/ +struct thread_stack { + uint32_t ebp; + uint32_t ebx; + uint32_t edi; + uint32_t esi; + + /* 线程第一次执行时,eip指向待调用的函数kernel_thread + 其它时候,eip是指向switch_to的返回地址*/ + void (*eip) (thread_func* func, void* func_arg); + + /***** 以下仅供第一次被调度上cpu时使用 ****/ + // 占位函数，迷惑 ret ,假装为返回地址，实则为获取参数提供栈顶位置 + // 用于找到函数参数位置 + void (*unused_retaddr); + thread_func* function; // 由 Kernel_thread 所调用的函数名 + void* func_arg; // 由 Kernel_thread 所调用函数所需要的的参数 +}; + +// 进程或线程的 pcb， 程序控制块 +// ticks 表示的是中断次数 +struct task_struct { + uint32_t* self_kstack; // 各内核线程都用自己的内核栈 + char name[16]; // 记录任务的名字 + enum task_status status; // 线程状态 + uint8_t priority; // 线程优先级 + uint8_t ticks; // 每次在处理器上执行的时间滴答数 + // 已经执行的滴答数 + uint32_t elapsed_ticks;// elapsed : 流逝 + // 加入到就绪队列中 + struct list_elem general_tag; + // 值得注意的是 由于需要管控所有的线程资源， + // 但是一个 list_elem 只有两个指针，因此只能位于一个队列中 + // 所以创建新的队列 all_list 记录全部线程 + struct list_elem all_list_tag; + + uint32_t* pgdir; // 进程拥有独立地址空间（页表），线程为NULL + + // 通过判断栈的边界溢出魔数值是否发生变化 + uint32_t stack_magic; // 栈的边界标记，用于检测栈的溢出 + + +}; + +void thread_create(struct task_struct* pthread, thread_func function, void* func_arg); +void init_thread(struct task_struct* pthread, char* name, int prio); +struct task_struct* thread_start(char* name, int prio, thread_func function, void* func_arg); +struct task_struct* running_thread(void); +void schedule(void); +void thread_environment_init(void); + +#endif \ No newline at end of file diff --git a/c9/thread_schedule/tmp b/c9/thread_schedule/tmp new file mode 100755 index 0000000..b76e9fe --- /dev/null +++ b/c9/thread_schedule/tmp @@ -0,0 +1,206 @@ +#include "interrupt.h" +#include "stdint.h" +#include "global.h" +#include "io.h" +#include "print.h" + +#define IDT_DESC_CNT 0x21 // 现在支持的中断数 33 + +// 这里用的可编程中断控制器是8259A +#define PIC_M_CTRL 0x20 // 主片的控制端口是0x20 +#define PIC_M_DATA 0x21 // 主片的数据端口是0x21 +#define PIC_S_CTRL 0xa0 // 从片的控制端口是0xa0 +#define PIC_S_DATA 0xa1 // 从片的数据端口是0xa1 + +#define EFLAGS_IF 0x00000200 // eflags 寄存器的 if 位为 1 +#define GET_EFLAGS(EFLAG_VAR) asm volatile("pushfl; popl %0" : "=g" (EFLAG_VAR)) + +// 中断门描述符结构体 +struct gate_desc{ + uint16_t func_offset_low_word; + uint16_t selector; + uint8_t dcount; // 表示双字计数段门描述符的第 4 字节，为固定值 + + uint8_t attribute; + uint16_t func_offset_high_word; +}; + +// 创建中断门描述符函数，参数：指针、属性、描述符对应的中断函数 +static void make_idt_desc(struct gate_desc* p_gdesc, uint8_t attr, intr_handler function); +static struct gate_desc idt[IDT_DESC_CNT]; // 中断描述符数组 + +/** + * 中断的名称. + */ +char* intr_name[IDT_DESC_CNT]; // 用于保存异常名字的数组 +// 中断处理程序数组.在kernel.S中定义的intrXXentry只是中断处理程序的入口, +// 最终调用的是ide_table中的处理程序 +intr_handler idt_table[IDT_DESC_CNT]; +// 声明引用定义在kernel.S中的中断处理函数入口数组 +extern intr_handler intr_entry_table[IDT_DESC_CNT]; + +/* 初始化可编程中断控制器8259A */ +static void pic_init(void) { + // 初始化主片 + outb(PIC_M_CTRL, 0x11); // ICW1：边沿触发， 级联8259， 需要 ICW4 + outb(PIC_M_DATA, 0x20); // ICW2: 起始中断向量号为 0x20, 也就是IR[0-7] 为 0x20 ~ 0x27. + outb(PIC_M_DATA, 0x04); // ICW3: IR2 接从片 + outb(PIC_M_DATA, 0x01); // ICW4: 8086模式， 正常EOI + + /* 初始化从片 */ + outb(PIC_S_CTRL, 0x11); // ICW1: 边沿触发,级联8259, 需要ICW4. + outb(PIC_S_DATA, 0x28); // ICW2: 起始中断向量号为0x28,也就是IR[8-15] 为 0x28 ~ 0x2F. + outb(PIC_S_DATA, 0x02); // ICW3: 设置从片连接到主片的IR2引脚 + outb(PIC_S_DATA, 0x01); // ICW4: 8086 模式，正常 EOI + + // 打开主片上 IR0 ，也就是目前只接受时钟中断 + outb(PIC_M_DATA, 0xfe); + outb(PIC_S_DATA, 0xff); + + put_str(" pic_init done!\n"); +} + +/** + * 创建中断门描述符. + */ +static void make_idt_desc(struct gate_desc* p_gdesc, uint8_t attr, intr_handler function) { + p_gdesc->func_offset_low_word = (uint32_t) function & 0x0000FFFF; + p_gdesc->selector = SELECTOR_K_CODE; + p_gdesc->dcount = 0; + p_gdesc->attribute = attr; + p_gdesc->func_offset_high_word = ((uint32_t) function & 0xFFFF0000) >> 16; +} + +/** + * 初始化中断描述符表. + */ +static void idt_desc_init(void) { + int i; + for (i = 0; i < IDT_DESC_CNT; i++){ + make_idt_desc(&idt[i], IDT_DESC_ATTR_DPL0, intr_entry_table[i]); + } + put_str(" idt_desc_init done!\n"); +} + +/* 通用的中断处理函数,一般用在异常出现时的处理 */ +static void general_intr_handler(uint8_t vec_nr) { + // 处理伪中断，，无法通过 IMR 寄存器屏蔽，因此单独处理 + if(vec_nr == 0x27 || vec_nr == 0x2f) { + return; + } + // 将光标置为 0 ，从屏幕左上角清出一片打印异常信息的区域 + set_cursor(0);// 有时候甚至可能中断错误是由光标错误引起 + // 因此先将左上角空出四行来 + int cursor_pos = 0; + while(cursor_pos < 320) { + put_char(' '); + cursor_pos++; + } + // 至此 已经将左上角空出四行，因此将光标再移到 0 位置，进行输出 + set_cursor(0); + put_str("!!!!!! exception message begin !!!!!!"); + set_cursor(88);// 第二行第 8 列 + put_str(intr_name[vec_nr]); + if(vec_nr == 14) { // 若为 pagefault，将缺失的地址打印出来 + int page_fault_vaddr = 0; + // 发生 pagefult + asm("movl %%cr2, %0" : "=r" (page_fault_vaddr));// cr2 是存放造成 page_fault 的地址 + put_str("\npage fault addr is "); + put_int(page_fault_vaddr); + } + put_str("!!!!!! exception message end !!!!!!"); + // 能进入中断处理程序就表示已经处在关中断情况下 + // 不会出现 +} + +/* 完成一般中断处理函数注册及异常名称注册 */ +static void +exception_init(void) { // 完成一般中断处理函数注册及异常名称注册 + int i; + for (i = 0; i < IDT_DESC_CNT; i++){ + // 默认为general_intr_handler。 + // 以后会由register_handler来注册具体处理函数。 + idt_table[i] = general_intr_handler; + intr_name[i] = "unknown"; // 先统一赋值为unknown + } + intr_name[0] = "#DE Divide Error"; + intr_name[1] = "#DB Debug Exception"; + intr_name[2] = "NMI Interrupt"; + intr_name[3] = "#BP Breakpoint Exception"; + intr_name[4] = "#OF Overflow Exception"; + intr_name[5] = "#BR BOUND Range Exceeded Exception"; + intr_name[6] = "#UD Invalid Opcode Exception"; + intr_name[7] = "#NM Device Not Available Exception"; + intr_name[8] = "#DF Double Fault Exception"; + intr_name[9] = "Coprocessor Segment Overrun"; + intr_name[10] = "#TS Invalid TSS Exception"; + intr_name[11] = "#NP Segment Not Present"; + intr_name[12] = "#SS Stack Fault Exception"; + intr_name[13] = "#GP General Protection Exception"; + intr_name[14] = "#PF Page-Fault Exception"; + // intr_name[15] 第15项是intel保留项，未使用 + intr_name[16] = "#MF x87 FPU Floating-Point Error"; + intr_name[17] = "#AC Alignment Check Exception"; + intr_name[18] = "#MC Machine-Check Exception"; + intr_name[19] = "#XF SIMD Floating-Point Exception"; +} + +/* 开中断并返回开中断前的状态*/ +enum intr_status intr_enable() { + enum intr_status old_status; + if(INTR_ON == intr_get_status()) { + old_status = INTR_ON; + return old_status; + } else { + old_status = INTR_OFF; + asm volatile("sti"); // 开中断， sti 指令将 IF 位 置 1 + return old_status; + } +} + +/* 关中断,并且返回关中断前的状态 */ +enum intr_status intr_disable() { + enum intr_status old_status; + if(INTR_ON == intr_get_status()) { + old_status = INTR_ON; + asm volatile("cli" : : : "memory"); // 关中断，cli 指令将 IF 位 置 0 + return old_status; + } else { + old_status = INTR_OFF; + return old_status; + } +} + + +/* 将中断状态设置为status */ +enum intr_status intr_set_status(enum intr_status status) { + return status & INTR_ON ? intr_enable() : intr_disable(); +} + +/* 获取当前中断状态 */ +enum intr_status intr_get_status() { + uint32_t eflags = 0; + GET_EFLAGS(eflags); + // 判断 IF 位的值是否为 1 + return (EFLAGS_IF & eflags) ? INTR_ON : INTR_OFF; +} + +/*完成有关中断的所有初始化工作*/ +void idt_init() { + put_str("idt_init start!\n"); + idt_desc_init(); // 初始化中断描述符表 + exception_init(); + pic_init(); // 初始化 8259A + + // 加载 idt + // 尽管 LDTR 为 48位，我们没有 48 位变量，但是，可以采用 64 位，提取前 48 位即可 + // 指针只能转换为 对应长度 整型，因此需要先转换为 32 位 + uint64_t idt_operand = ((sizeof(idt) - 1) | ((uint64_t)(uint32_t)idt << 16)); + asm volatile("lidt %0" : : "m"(idt_operand));// m 表示 内存约束，实则是将idt_operand 地址传给 lidt + put_str("idt_init done!\n"); +} + +// 在中断处理程序数组第 vector_no 个元素中注册安装中断处理程序 function +void register_handler(uint8_t vector_no, intr_handler function) { + idt_table[vector_no] = function; +} \ No newline at end of file diff --git a/c9/thread_start/boot/loader.S b/c9/thread_start/boot/loader.S new file mode 100755 index 0000000..d247cf5 --- /dev/null +++ b/c9/thread_start/boot/loader.S @@ -0,0 +1,380 @@ + %include "boot.inc" + section loader vstart=LOADER_BASE_ADDR +;构建gdt及其内部的描述符 + GDT_BASE: dd 0x00000000 + dd 0x00000000 + + CODE_DESC: dd 0x0000FFFF + dd DESC_CODE_HIGH4 + + DATA_STACK_DESC: dd 0x0000FFFF + dd DESC_DATA_HIGH4 + + VIDEO_DESC: dd 0x80000007 ; limit=(0xbffff-0xb8000)/4k=0x7 + dd DESC_VIDEO_HIGH4 ; 此时dpl为0 + + GDT_SIZE equ $ - GDT_BASE + GDT_LIMIT equ GDT_SIZE - 1 + times 60 dq 0 ; 此处预留60个描述符的空位(slot) + SELECTOR_CODE equ (0x0001<<3) + TI_GDT + RPL0 ; 相当于(CODE_DESC - GDT_BASE)/8 + TI_GDT + RPL0 + SELECTOR_DATA equ (0x0002<<3) + TI_GDT + RPL0 ; 同上 + SELECTOR_VIDEO equ (0x0003<<3) + TI_GDT + RPL0 ; 同上 + + ; total_mem_bytes用于保存内存容量,以字节为单位,此位置比较好记。 + ; 当前偏移loader.bin文件头0x200字节,loader.bin的加载地址是0x900, + ; 故total_mem_bytes内存中的地址是0xb00.将来在内核中咱们会引用此地址 + total_mem_bytes dd 0 + ;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;; + + ;以下是定义gdt的指针，前2字节是gdt界限，后4字节是gdt起始地址 + gdt_ptr dw GDT_LIMIT + dd GDT_BASE + + ;人工对齐:total_mem_bytes4字节+gdt_ptr6字节+ards_buf244字节+ards_nr2,共256字节 + ards_buf times 244 db 0 + ards_nr dw 0 ;用于记录ards结构体数量 + + loader_start: + +;------- int 15h eax = 0000E820h ,edx = 534D4150h ('SMAP') 获取内存布局 ------- + + xor ebx, ebx ;第一次调用时，ebx值要为0 + mov edx, 0x534d4150 ;edx只赋值一次，循环体中不会改变 + mov di, ards_buf ;ards结构缓冲区 +.e820_mem_get_loop: ;循环获取每个ARDS内存范围描述结构 + mov eax, 0x0000e820 ;执行int 0x15后,eax值变为0x534d4150,所以每次执行int前都要更新为子功能号。 + mov ecx, 20 ;ARDS地址范围描述符结构大小是20字节 + int 0x15 + jc .e820_failed_so_try_e801 ;若cf位为1则有错误发生，尝试0xe801子功能 + add di, cx ;使di增加20字节指向缓冲区中新的ARDS结构位置 + inc word [ards_nr] ;记录ARDS数量 + cmp ebx, 0 ;若ebx为0且cf不为1,这说明ards全部返回，当前已是最后一个 + jnz .e820_mem_get_loop + +;在所有ards结构中，找出(base_add_low + length_low)的最大值，即内存的容量。 + mov cx, [ards_nr] ;遍历每一个ARDS结构体,循环次数是ARDS的数量 + mov ebx, ards_buf + xor edx, edx ;edx为最大的内存容量,在此先清0 +.find_max_mem_area: ;无须判断type是否为1,最大的内存块一定是可被使用 + mov eax, [ebx] ;base_add_low + add eax, [ebx+8] ;length_low + add ebx, 20 ;指向缓冲区中下一个ARDS结构 + cmp edx, eax ;冒泡排序，找出最大,edx寄存器始终是最大的内存容量 + jge .next_ards + mov edx, eax ;edx为总内存大小 +.next_ards: + loop .find_max_mem_area + jmp .mem_get_ok + +;------ int 15h ax = E801h 获取内存大小,最大支持4G ------ +; 返回后, ax cx 值一样,以KB为单位,bx dx值一样,以64KB为单位 +; 在ax和cx寄存器中为低16M,在bx和dx寄存器中为16MB到4G。 +.e820_failed_so_try_e801: + mov ax,0xe801 + int 0x15 + jc .e801_failed_so_try88 ;若当前e801方法失败,就尝试0x88方法 + +;1 先算出低15M的内存,ax和cx中是以KB为单位的内存数量,将其转换为以byte为单位 + mov cx,0x400 ;cx和ax值一样,cx用做乘数 + mul cx + shl edx,16 + and eax,0x0000FFFF + or edx,eax + add edx, 0x100000 ;ax只是15MB,故要加1MB + mov esi,edx ;先把低15MB的内存容量存入esi寄存器备份 + +;2 再将16MB以上的内存转换为byte为单位,寄存器bx和dx中是以64KB为单位的内存数量 + xor eax,eax + mov ax,bx + mov ecx, 0x10000 ;0x10000十进制为64KB + mul ecx ;32位乘法,默认的被乘数是eax,积为64位,高32位存入edx,低32位存入eax. + add esi,eax ;由于此方法只能测出4G以内的内存,故32位eax足够了,edx肯定为0,只加eax便可 + mov edx,esi ;edx为总内存大小 + jmp .mem_get_ok + +;----------------- int 15h ah = 0x88 获取内存大小,只能获取64M之内 ---------- +.e801_failed_so_try88: + ;int 15后，ax存入的是以kb为单位的内存容量 + mov ah, 0x88 + int 0x15 + jc .error_hlt + and eax,0x0000FFFF + + ;16位乘法，被乘数是ax,积为32位.积的高16位在dx中，积的低16位在ax中 + mov cx, 0x400 ;0x400等于1024,将ax中的内存容量换为以byte为单位 + mul cx + shl edx, 16 ;把dx移到高16位 + or edx, eax ;把积的低16位组合到edx,为32位的积 + add edx,0x100000 ;0x88子功能只会返回1MB以上的内存,故实际内存大小要加上1MB + +.mem_get_ok: + mov [total_mem_bytes], edx ;将内存换为byte单位后存入total_mem_bytes处。 + + +;----------------- 准备进入保护模式 ------------------- +;1 打开A20 +;2 加载gdt +;3 将cr0的pe位置1 + + ;----------------- 打开A20 ---------------- + in al,0x92 + or al,0000_0010B + out 0x92,al + + ;----------------- 加载GDT ---------------- + lgdt [gdt_ptr] + + ;----------------- cr0第0位置1 ---------------- + mov eax, cr0 + or eax, 0x00000001 + mov cr0, eax + + jmp dword SELECTOR_CODE:p_mode_start ; 刷新流水线，避免分支预测的影响,这种cpu优化策略，最怕jmp跳转， + ; 这将导致之前做的预测失效，从而起到了刷新的作用。 +.error_hlt: ;出错则挂起 + hlt + +[bits 32] +p_mode_start: + mov ax, SELECTOR_DATA + mov ds, ax + mov es, ax + mov ss, ax + mov esp,LOADER_STACK_TOP + mov ax, SELECTOR_VIDEO + mov gs, ax + +; ------------------------- 加载kernel ---------------------- + mov eax, KERNEL_START_SECTOR ; kernel.bin所在的扇区号 + mov ebx, KERNEL_BIN_BASE_ADDR ; 从磁盘读出后，写入到ebx指定的地址 + mov ecx, 200 ; 读入的扇区数 + + call rd_disk_m_32 + + ; 创建页目录及页表并初始化页内存位图 + call setup_page + + ;要将描述符表地址及偏移量写入内存gdt_ptr,一会用新地址重新加载 + sgdt [gdt_ptr] ; 存储到原来gdt所有的位置 + + ;将gdt描述符中视频段描述符中的段基址+0xc0000000 + mov ebx, [gdt_ptr + 2] + or dword [ebx + 0x18 + 4], 0xc0000000 ;视频段是第3个段描述符,每个描述符是8字节,故0x18。 + ;段描述符的高4字节的最高位是段基址的31~24位 + + ;将gdt的基址加上0xc0000000使其成为内核所在的高地址 + add dword [gdt_ptr + 2], 0xc0000000 + + add esp, 0xc0000000 ; 将栈指针同样映射到内核地址 + + ; 把页目录地址赋给cr3 + mov eax, PAGE_DIR_TABLE_POS + mov cr3, eax + + ; 打开cr0的pg位(第31位) + mov eax, cr0 + or eax, 0x80000000 + mov cr0, eax + + ;在开启分页后,用gdt新的地址重新加载 + lgdt [gdt_ptr] ; 重新加载 + +;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;; 此时不刷新流水线也没问题 ;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;; +;由于一直处在32位下,原则上不需要强制刷新,经过实际测试没有以下这两句也没问题. +;但以防万一，还是加上啦，免得将来出来莫句奇妙的问题. + jmp SELECTOR_CODE:enter_kernel ;强制刷新流水线,更新gdt +enter_kernel: +;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;; + call kernel_init + mov esp, 0xc009f000 + jmp KERNEL_ENTRY_POINT ; 用地址0x1500访问测试，结果ok + + +;----------------- 将kernel.bin中的segment拷贝到编译的地址 ----------- +kernel_init: + xor eax, eax + xor ebx, ebx ;ebx记录程序头表地址 + xor ecx, ecx ;cx记录程序头表中的program header数量 + xor edx, edx ;dx 记录program header尺寸,即e_phentsize + + mov dx, [KERNEL_BIN_BASE_ADDR + 42] ; 偏移文件42字节处的属性是e_phentsize,表示program header大小 + mov ebx, [KERNEL_BIN_BASE_ADDR + 28] ; 偏移文件开始部分28字节的地方是e_phoff,表示第1 个program header在文件中的偏移量 + ; 其实该值是0x34,不过还是谨慎一点，这里来读取实际值 + add ebx, KERNEL_BIN_BASE_ADDR + mov cx, [KERNEL_BIN_BASE_ADDR + 44] ; 偏移文件开始部分44字节的地方是e_phnum,表示有几个program header +.each_segment: + cmp byte [ebx + 0], PT_NULL ; 若p_type等于 PT_NULL,说明此program header未使用。 + je .PTNULL + + ;为函数memcpy压入参数,参数是从右往左依然压入.函数原型类似于 memcpy(dst,src,size) + push dword [ebx + 16] ; program header中偏移16字节的地方是p_filesz,压入函数memcpy的第三个参数:size + mov eax, [ebx + 4] ; 距程序头偏移量为4字节的位置是p_offset + add eax, KERNEL_BIN_BASE_ADDR ; 加上kernel.bin被加载到的物理地址,eax为该段的物理地址 + push eax ; 压入函数memcpy的第二个参数:源地址 + push dword [ebx + 8] ; 压入函数memcpy的第一个参数:目的地址,偏移程序头8字节的位置是p_vaddr，这就是目的地址 + call mem_cpy ; 调用mem_cpy完成段复制 + add esp,12 ; 清理栈中压入的三个参数 +.PTNULL: + add ebx, edx ; edx为program header大小,即e_phentsize,在此ebx指向下一个program header + loop .each_segment + ret + +;---------- 逐字节拷贝 mem_cpy(dst,src,size) ------------ +;输入:栈中三个参数(dst,src,size) +;输出:无 +;--------------------------------------------------------- +mem_cpy: + cld + push ebp + mov ebp, esp + push ecx ; rep指令用到了ecx，但ecx对于外层段的循环还有用，故先入栈备份 + mov edi, [ebp + 8] ; dst + mov esi, [ebp + 12] ; src + mov ecx, [ebp + 16] ; size + rep movsb ; 逐字节拷贝 + + ;恢复环境 + pop ecx + pop ebp + ret + + +;------------- 创建页目录及页表 --------------- +setup_page: +;先把页目录占用的空间逐字节清0 + mov ecx, 4096 + mov esi, 0 +.clear_page_dir: + mov byte [PAGE_DIR_TABLE_POS + esi], 0 + inc esi + loop .clear_page_dir + +;开始创建页目录项(PDE) +.create_pde: ; 创建Page Directory Entry + mov eax, PAGE_DIR_TABLE_POS + add eax, 0x1000 ; 此时eax为第一个页表的位置及属性 + mov ebx, eax ; 此处为ebx赋值，是为.create_pte做准备，ebx为基址。 + +; 下面将页目录项0和0xc00都存为第一个页表的地址， +; 一个页表可表示4MB内存,这样0xc03fffff以下的地址和0x003fffff以下的地址都指向相同的页表， +; 这是为将地址映射为内核地址做准备 + or eax, PG_US_U | PG_RW_W | PG_P ; 页目录项的属性RW和P位为1,US为1,表示用户属性,所有特权级别都可以访问. + mov [PAGE_DIR_TABLE_POS + 0x0], eax ; 第1个目录项,在页目录表中的第1个目录项写入第一个页表的位置(0x101000)及属性(3) + mov [PAGE_DIR_TABLE_POS + 0xc00], eax ; 一个页表项占用4字节,0xc00表示第768个页表占用的目录项,0xc00以上的目录项用于内核空间, + ; 也就是页表的0xc0000000~0xffffffff共计1G属于内核,0x0~0xbfffffff共计3G属于用户进程. + sub eax, 0x1000 + mov [PAGE_DIR_TABLE_POS + 4092], eax ; 使最后一个目录项指向页目录表自己的地址 + +;下面创建页表项(PTE) + mov ecx, 256 ; 1M低端内存 / 每页大小4k = 256 + mov esi, 0 + mov edx, PG_US_U | PG_RW_W | PG_P ; 属性为7,US=1,RW=1,P=1 +.create_pte: ; 创建Page Table Entry + mov [ebx+esi*4],edx ; 此时的ebx已经在上面通过eax赋值为0x101000,也就是第一个页表的地址 + add edx,4096 + inc esi + loop .create_pte + +;创建内核其它页表的PDE + mov eax, PAGE_DIR_TABLE_POS + add eax, 0x2000 ; 此时eax为第二个页表的位置 + or eax, PG_US_U | PG_RW_W | PG_P ; 页目录项的属性RW和P位为1,US为0 + mov ebx, PAGE_DIR_TABLE_POS + mov ecx, 254 ; 范围为第769~1022的所有目录项数量 + mov esi, 769 +.create_kernel_pde: + mov [ebx+esi*4], eax + inc esi + add eax, 0x1000 + loop .create_kernel_pde + ret + + +;------------------------------------------------------------------------------- + ;功能:读取硬盘n个扇区 +rd_disk_m_32: +;------------------------------------------------------------------------------- + ; eax=LBA扇区号 + ; ebx=将数据写入的内存地址 + ; ecx=读入的扇区数 + mov esi,eax ; 备份eax + mov di,cx ; 备份扇区数到di +;读写硬盘: +;第1步：设置要读取的扇区数 + mov dx,0x1f2 + mov al,cl + out dx,al ;读取的扇区数 + + mov eax,esi ;恢复ax + +;第2步：将LBA地址存入0x1f3 ~ 0x1f6 + + ;LBA地址7~0位写入端口0x1f3 + mov dx,0x1f3 + out dx,al + + ;LBA地址15~8位写入端口0x1f4 + mov cl,8 + shr eax,cl + mov dx,0x1f4 + out dx,al + + ;LBA地址23~16位写入端口0x1f5 + shr eax,cl + mov dx,0x1f5 + out dx,al + + shr eax,cl + and al,0x0f ;lba第24~27位 + or al,0xe0 ; 设置7～4位为1110,表示lba模式 + mov dx,0x1f6 + out dx,al + +;第3步：向0x1f7端口写入读命令，0x20 + mov dx,0x1f7 + mov al,0x20 + out dx,al + +;;;;;;; 至此,硬盘控制器便从指定的lba地址(eax)处,读出连续的cx个扇区,下面检查硬盘状态,不忙就能把这cx个扇区的数据读出来 + +;第4步：检测硬盘状态 + .not_ready: ;测试0x1f7端口(status寄存器)的的BSY位 + ;同一端口,写时表示写入命令字,读时表示读入硬盘状态 + nop + in al,dx + and al,0x88 ;第4位为1表示硬盘控制器已准备好数据传输,第7位为1表示硬盘忙 + cmp al,0x08 + jnz .not_ready ;若未准备好,继续等。 + +;第5步：从0x1f0端口读数据 + mov ax, di ;以下从硬盘端口读数据用insw指令更快捷,不过尽可能多的演示命令使用, + ;在此先用这种方法,在后面内容会用到insw和outsw等 + + mov dx, 256 ;di为要读取的扇区数,一个扇区有512字节,每次读入一个字,共需di*512/2次,所以di*256 + mul dx + mov cx, ax + mov dx, 0x1f0 + .go_on_read: + in ax,dx + mov [ebx], ax + add ebx, 2 + ; 由于在实模式下偏移地址为16位,所以用bx只会访问到0~FFFFh的偏移。 + ; loader的栈指针为0x900,bx为指向的数据输出缓冲区,且为16位， + ; 超过0xffff后,bx部分会从0开始,所以当要读取的扇区数过大,待写入的地址超过bx的范围时， + ; 从硬盘上读出的数据会把0x0000~0xffff的覆盖， + ; 造成栈被破坏,所以ret返回时,返回地址被破坏了,已经不是之前正确的地址, + ; 故程序出会错,不知道会跑到哪里去。 + ; 所以改为ebx代替bx指向缓冲区,这样生成的机器码前面会有0x66和0x67来反转。 + ; 0X66用于反转默认的操作数大小! 0X67用于反转默认的寻址方式. + ; cpu处于16位模式时,会理所当然的认为操作数和寻址都是16位,处于32位模式时, + ; 也会认为要执行的指令是32位. + ; 当我们在其中任意模式下用了另外模式的寻址方式或操作数大小(姑且认为16位模式用16位字节操作数， + ; 32位模式下用32字节的操作数)时,编译器会在指令前帮我们加上0x66或0x67， + ; 临时改变当前cpu模式到另外的模式下. + ; 假设当前运行在16位模式,遇到0X66时,操作数大小变为32位. + ; 假设当前运行在32位模式,遇到0X66时,操作数大小变为16位. + ; 假设当前运行在16位模式,遇到0X67时,寻址方式变为32位寻址 + ; 假设当前运行在32位模式,遇到0X67时,寻址方式变为16位寻址. + + loop .go_on_read + ret diff --git a/c9/thread_start/boot/mbr.S b/c9/thread_start/boot/mbr.S new file mode 100755 index 0000000..7efd523 --- /dev/null +++ b/c9/thread_start/boot/mbr.S @@ -0,0 +1,126 @@ +;���������� +;------------------------------------------------------------ +%include "boot.inc" +SECTION MBR vstart=0x7c00 + mov ax,cs + mov ds,ax + mov es,ax + mov ss,ax + mov fs,ax + mov sp,0x7c00 + mov ax,0xb800 + mov gs,ax + +; ���� +;����0x06�Ź��ܣ��Ͼ�ȫ���У���������� +; ----------------------------------------------------------- +;INT 0x10 ���ܺ�:0x06 ��������:�Ͼ����� +;------------------------------------------------------ +;���룺 +;AH ���ܺ�= 0x06 +;AL = �Ͼ�������(���Ϊ0,��ʾȫ��) +;BH = �Ͼ������� +;(CL,CH) = �������Ͻǵ�(X,Y)λ�� +;(DL,DH) = �������½ǵ�(X,Y)λ�� +;�޷���ֵ�� + mov ax, 0600h + mov bx, 0700h + mov cx, 0 ; ���Ͻ�: (0, 0) + mov dx, 184fh ; ���½�: (80,25), + ; ��ΪVGA�ı�ģʽ�У�һ��ֻ������80���ַ�,��25�С� + ; �±��0��ʼ������0x18=24,0x4f=79 + int 10h ; int 10h + + ; ����ַ���:MBR + mov byte [gs:0x00],'1' + mov byte [gs:0x01],0xA4 + + mov byte [gs:0x02],' ' + mov byte [gs:0x03],0xA4 + + mov byte [gs:0x04],'M' + mov byte [gs:0x05],0xA4 ;A��ʾ��ɫ������˸��4��ʾǰ��ɫΪ��ɫ + + mov byte [gs:0x06],'B' + mov byte [gs:0x07],0xA4 + + mov byte [gs:0x08],'R' + mov byte [gs:0x09],0xA4 + + mov eax,LOADER_START_SECTOR ; ��ʼ����lba��ַ + mov bx,LOADER_BASE_ADDR ; д��ĵ�ַ + mov cx,4 ; ������������� + call rd_disk_m_16 ; ���¶�ȡ�������ʼ���֣�һ�������� + + jmp LOADER_BASE_ADDR + 0x300 + +;------------------------------------------------------------------------------- +;����:��ȡӲ��n������ +rd_disk_m_16: +;------------------------------------------------------------------------------- + ; eax=LBA������ + ; ebx=������д����ڴ��ַ + ; ecx=����������� + mov esi,eax ;����eax + mov di,cx ;����cx +;��дӲ��: +;��1��������Ҫ��ȡ�������� + mov dx,0x1f2 + mov al,cl + out dx,al ;��ȡ�������� + + mov eax,esi ;�ָ�ax + +;��2������LBA��ַ����0x1f3 ~ 0x1f6 + + ;LBA��ַ7~0λд��˿�0x1f3 + mov dx,0x1f3 + out dx,al + + ;LBA��ַ15~8λд��˿�0x1f4 + mov cl,8 + shr eax,cl + mov dx,0x1f4 + out dx,al + + ;LBA��ַ23~16λд��˿�0x1f5 + shr eax,cl + mov dx,0x1f5 + out dx,al + + shr eax,cl + and al,0x0f ;lba��24~27λ + or al,0xe0 ; ����7��4λΪ1110,��ʾlbaģʽ + mov dx,0x1f6 + out dx,al + +;��3������0x1f7�˿�д������0x20 + mov dx,0x1f7 + mov al,0x20 + out dx,al + +;��4�������Ӳ��״̬ + .not_ready: + ;ͬһ�˿ڣ�дʱ��ʾд�������֣���ʱ��ʾ����Ӳ��״̬ + nop + in al,dx + and al,0x88 ;��4λΪ1��ʾӲ�̿�������׼�������ݴ��䣬��7λΪ1��ʾӲ��æ + cmp al,0x08 + jnz .not_ready ;��δ׼���ã������ȡ� + +;��5������0x1f0�˿ڶ����� + mov ax, di + mov dx, 256 + mul dx + mov cx, ax ; diΪҪ��ȡ����������һ��������512�ֽڣ�ÿ�ζ���һ���֣� + ; ����di*512/2�Σ�����di*256 + mov dx, 0x1f0 + .go_on_read: + in ax,dx + mov [bx],ax + add bx,2 + loop .go_on_read + ret + + times 510-($-$$) db 0 + db 0x55,0xaa diff --git a/c9/thread_start/device/timer.c b/c9/thread_start/device/timer.c new file mode 100755 index 0000000..af7221c --- /dev/null +++ b/c9/thread_start/device/timer.c @@ -0,0 +1,39 @@ +#include "time.h" +#include "io.h" +#include "kernel/print.h" + + +#define IRQ0_FREQUENCY 100 // 时钟频率 +#define INPUT_FREQUENCY 1193180 // 计数器原本的工作频率 +#define COUNTER0_VALUE INPUT_FREQUENCY / IRQ0_FREQUENCY //计数器 0 初始值 +#define COUNTRER0_PORT 0x40 // 计数器 0 的接口 +#define COUNTER0_NO 0 // 计数器号码 +#define COUNTER_MODE 2 // 模式 2 +#define READ_WRITE_LATCH 3 // 读写方式，先读写低 8 位，再读写高 8 位 +#define PIT_CONTROL_PORT 0x43 // 控制器寄存器接口 + +/* + * 把操作的计数器counter_no、读写锁属性rwl、计数器模式counter_mode + * 写入模式控制寄存器 + * 并赋予初始值counter_value + * */ +static void frequency_set(uint8_t counter_port, \ + uint8_t counter_no, \ + uint8_t rwl, \ + uint8_t counter_mode, \ + uint16_t counter_value) { +/* 往控制字寄存器端口0x43中写入控制字 */ +// 最后一位为 0 ，即选择二进制 + outb(PIT_CONTROL_PORT, (uint8_t)(counter_no << 6 | rwl << 4 | counter_mode << 1)); +/* 先写入counter_value的低8位 */ + outb(counter_port, (uint8_t)counter_value); +/* 后写入counter_value的高8位 */ + outb(counter_port, (uint8_t)counter_port >> 8); +} + +// 初始化 8253 +void timer_init() { + put_str("timer_init start!\n"); + frequency_set(COUNTRER0_PORT, COUNTER0_NO, READ_WRITE_LATCH, COUNTER_MODE, COUNTER0_VALUE); + put_str("timer_init done!\n"); +} diff --git a/c9/thread_start/device/timer.h b/c9/thread_start/device/timer.h new file mode 100755 index 0000000..b83ed74 --- /dev/null +++ b/c9/thread_start/device/timer.h @@ -0,0 +1,6 @@ +#ifndef __DEVICE_TIME_H +#define __DEVICE_TIME_H +#include "stdint.h" +void timer_init(void); +#endif + diff --git a/c9/thread_start/include/boot.inc b/c9/thread_start/include/boot.inc new file mode 100755 index 0000000..6723479 --- /dev/null +++ b/c9/thread_start/include/boot.inc @@ -0,0 +1,56 @@ +;------------- loader和kernel ---------- + +LOADER_BASE_ADDR equ 0x900 +LOADER_STACK_TOP equ LOADER_BASE_ADDR +LOADER_START_SECTOR equ 0x2 + +KERNEL_BIN_BASE_ADDR equ 0x70000 +KERNEL_START_SECTOR equ 0x9 +KERNEL_ENTRY_POINT equ 0xc0001500 + +;------------- 页表配置 ---------------- +PAGE_DIR_TABLE_POS equ 0x100000 + +;-------------- gdt描述符属性 ----------- +DESC_G_4K equ 1_00000000000000000000000b +DESC_D_32 equ 1_0000000000000000000000b +DESC_L equ 0_000000000000000000000b ; 64位代码标记，此处标记为0便可。 +DESC_AVL equ 0_00000000000000000000b ; cpu不用此位，暂置为0 +DESC_LIMIT_CODE2 equ 1111_0000000000000000b +DESC_LIMIT_DATA2 equ DESC_LIMIT_CODE2 +DESC_LIMIT_VIDEO2 equ 0000_000000000000000b +DESC_P equ 1_000000000000000b +DESC_DPL_0 equ 00_0000000000000b +DESC_DPL_1 equ 01_0000000000000b +DESC_DPL_2 equ 10_0000000000000b +DESC_DPL_3 equ 11_0000000000000b +DESC_S_CODE equ 1_000000000000b +DESC_S_DATA equ DESC_S_CODE +DESC_S_sys equ 0_000000000000b +DESC_TYPE_CODE equ 1000_00000000b ;x=1,c=0,r=0,a=0 代码段是可执行的,非依从的,不可读的,已访问位a清0. +DESC_TYPE_DATA equ 0010_00000000b ;x=0,e=0,w=1,a=0 数据段是不可执行的,向上扩展的,可写的,已访问位a清0. + +DESC_CODE_HIGH4 equ (0x00 << 24) + DESC_G_4K + DESC_D_32 + DESC_L + DESC_AVL + DESC_LIMIT_CODE2 + DESC_P + DESC_DPL_0 + DESC_S_CODE + DESC_TYPE_CODE + 0x00 +DESC_DATA_HIGH4 equ (0x00 << 24) + DESC_G_4K + DESC_D_32 + DESC_L + DESC_AVL + DESC_LIMIT_DATA2 + DESC_P + DESC_DPL_0 + DESC_S_DATA + DESC_TYPE_DATA + 0x00 +DESC_VIDEO_HIGH4 equ (0x00 << 24) + DESC_G_4K + DESC_D_32 + DESC_L + DESC_AVL + DESC_LIMIT_VIDEO2 + DESC_P + DESC_DPL_0 + DESC_S_DATA + DESC_TYPE_DATA + 0x0b + +;-------------- 选择子属性 --------------- +RPL0 equ 00b +RPL1 equ 01b +RPL2 equ 10b +RPL3 equ 11b +TI_GDT equ 000b +TI_LDT equ 100b + + +;---------------- 页表相关属性 -------------- +PG_P equ 1b +PG_RW_R equ 00b +PG_RW_W equ 10b +PG_US_S equ 000b +PG_US_U equ 100b + + +;------------- program type 定义 -------------- +PT_NULL equ 0 + diff --git a/c9/thread_start/kernel/debug.c b/c9/thread_start/kernel/debug.c new file mode 100755 index 0000000..bef6acf --- /dev/null +++ b/c9/thread_start/kernel/debug.c @@ -0,0 +1,18 @@ +#include "debug.h" +#include "kernel/print.h" +#include "interrupt.h" + +/* 打印文件名,行号,函数名,条件并使程序悬停 */ +void panic_spin(char* filename, \ + int line, \ + const char* func, \ + const char* condition) \ +{ + intr_disable(); /* 打印文件名,行号,函数名,条件并使程序悬停 */ + put_str("\n\n\n!!!!! error !!!!!\n"); + put_str("filename:");put_str(filename);put_str("\n"); + put_str("line:0x");put_int(line);put_str("\n"); + put_str("function:");put_str((char*)func);put_str("\n"); + put_str("condition:");put_str((char*)condition);put_str("\n"); + while(1); +} \ No newline at end of file diff --git a/c9/thread_start/kernel/debug.h b/c9/thread_start/kernel/debug.h new file mode 100755 index 0000000..d4df982 --- /dev/null +++ b/c9/thread_start/kernel/debug.h @@ -0,0 +1,24 @@ +#ifndef __KERNEL_DEBUG_H +#define __KERNEL_DEBUG_H + +void panic_spin(char* filename, int line, const char* func, const char* condition); + +/*************************** __VA_ARGS__ ******************************* + * __VA_ARGS__ 是预处理器所支持的专用标识符。 + * 代表所有与省略号相对应的参数. + * "..."表示定义的宏其参数可变. + */ +#define PANIC(...) panic_spin (__FILE__, __LINE__, __func__, __VA_ARGS__) +/***********************************************************************/ + +#ifdef NDEBUG + #define ASSERT(CONDITION) ((void)0) +#else + #define ASSERT(CONDITION) \ + if (CONDITION) {} else { \ + /* 符号#让编译器将宏的参数转化为字符串字面量 */ \ + PANIC(#CONDITION); \ + } +#endif // __NDEBUG + +#endif // __KERNEL_DEBUG_H \ No newline at end of file diff --git a/c9/thread_start/kernel/global.h b/c9/thread_start/kernel/global.h new file mode 100755 index 0000000..7330902 --- /dev/null +++ b/c9/thread_start/kernel/global.h @@ -0,0 +1,39 @@ +#ifndef _KERNEL_GLOBAL_H +#define _KERNEL_GLOBAL_H + +#include "stdint.h" + +# define RPL0 0 +# define RPL1 1 +# define RPL2 2 +# define RPL3 3 + +# define TI_GDT 0 +# define TI_LDT 1 + + +# define SELECTOR_K_CODE ((1 << 3) + (TI_GDT << 2) + RPL0) // 指向内核代码段的选择子 +# define SELECTOR_K_DATA ((2 << 3) + (TI_GDT << 2) + RPL0) +# define SELECTOR_K_STACK SELECTOR_K_DATA +# define SELECTOR_K_GS ((3 << 3) + (TI_GDT << 2) + RPL0) + +/* IDT描述符属性 */ +# define IDT_DESC_P 1 +# define IDT_DESC_DPL0 0 +# define IDT_DESC_DPL3 3 +// S 都为 0 +# define IDT_DESC_32_TYPE 0xE // 32 位的门 +# define IDT_DESC_16_TYPE 0x6 // 16 位的门 + +# define IDT_DESC_ATTR_DPL0 \ + ((IDT_DESC_P << 7) + (IDT_DESC_DPL0 << 5) + IDT_DESC_32_TYPE) + +# define IDT_DESC_ATTR_DPL3 \ + ((IDT_DESC_P << 7) + (IDT_DESC_DPL3 << 5) + IDT_DESC_32_TYPE) + +#define NULL ((void*)0) +#define bool int +#define true 1 +#define false 0 + +#endif \ No newline at end of file diff --git a/c9/thread_start/kernel/init.c b/c9/thread_start/kernel/init.c new file mode 100755 index 0000000..995b338 --- /dev/null +++ b/c9/thread_start/kernel/init.c @@ -0,0 +1,13 @@ +#include "init.h" +#include "kernel/print.h" +#include "interrupt.h" +#include "../device/timer.h" +#include "memory.h" + +/*负责初始化所有模块 */ +void init_all() { + put_str("init_all start!\n"); + idt_init(); + timer_init(); + mem_init();//初始化内存管理系统 +} \ No newline at end of file diff --git a/c9/thread_start/kernel/init.h b/c9/thread_start/kernel/init.h new file mode 100755 index 0000000..bf575c9 --- /dev/null +++ b/c9/thread_start/kernel/init.h @@ -0,0 +1,4 @@ +#ifndef __KERNEL_INIT_H +#define __KERNEL_INIT_H +void init_all(void); +#endif diff --git a/c9/thread_start/kernel/interrupt.c b/c9/thread_start/kernel/interrupt.c new file mode 100755 index 0000000..c037c36 --- /dev/null +++ b/c9/thread_start/kernel/interrupt.c @@ -0,0 +1,201 @@ +#include "stdint.h" +#include "global.h" +#include "io.h" +#include "print.h" +#include "interrupt.h" + +#define IDT_DESC_CNT 0x21 // 现在支持的中断数 33 + +// 这里用的可编程中断控制器是8259A +#define PIC_M_CTRL 0x20 // 主片的控制端口是0x20 +#define PIC_M_DATA 0x21 // 主片的数据端口是0x21 +#define PIC_S_CTRL 0xa0 // 从片的控制端口是0xa0 +#define PIC_S_DATA 0xa1 // 从片的数据端口是0xa1 + +#define EFLAGS_IF 0x00000200 // eflags 寄存器的 if 位为 1 +#define GET_EFLAGS(EFLAG_VAR) asm volatile("pushfl; popl %0" : "=g" (EFLAG_VAR)) + +// 中断门描述符结构体 +struct gate_desc{ + uint16_t func_offset_low_word; + uint16_t selector; + uint8_t dcount; // 表示双字计数段门描述符的第 4 字节，为固定值 + + uint8_t attribute; + uint16_t func_offset_high_word; +}; + +// 创建中断门描述符函数，参数：指针、属性、描述符对应的中断函数 +static void make_idt_desc(struct gate_desc* p_gdesc, uint8_t attr, intr_handler function); +static struct gate_desc idt[IDT_DESC_CNT]; // 中断描述符数组 + +/** + * 中断的名称. + */ +char* intr_name[IDT_DESC_CNT]; // 用于保存异常名字的数组 +// 中断处理程序数组.在kernel.S中定义的intrXXentry只是中断处理程序的入口, +// 最终调用的是ide_table中的处理程序 +intr_handler idt_table[IDT_DESC_CNT]; +// 声明引用定义在kernel.S中的中断处理函数入口数组 +extern intr_handler intr_entry_table[IDT_DESC_CNT]; + +/* 初始化可编程中断控制器8259A */ +static void pic_init(void) { + // 初始化主片 + outb(PIC_M_CTRL, 0x11); // ICW1：边沿触发， 级联8259， 需要 ICW4 + outb(PIC_M_DATA, 0x20); // ICW2: 起始中断向量号为 0x20, 也就是IR[0-7] 为 0x20 ~ 0x27. + outb(PIC_M_DATA, 0x04); // ICW3: IR2 接从片 + outb(PIC_M_DATA, 0x01); // ICW4: 8086模式， 正常EOI + + /* 初始化从片 */ + outb(PIC_S_CTRL, 0x11); // ICW1: 边沿触发,级联8259, 需要ICW4. + outb(PIC_S_DATA, 0x28); // ICW2: 起始中断向量号为0x28,也就是IR[8-15] 为 0x28 ~ 0x2F. + outb(PIC_S_DATA, 0x02); // ICW3: 设置从片连接到主片的IR2引脚 + outb(PIC_S_DATA, 0x01); // ICW4: 8086 模式，正常 EOI + + // 打开主片上 IR0 ，也就是目前只接受时钟中断 + outb(PIC_M_DATA, 0xfe); + outb(PIC_S_DATA, 0xff); + + put_str(" pic_init done!\n"); +} + +/** + * 创建中断门描述符. + */ +static void make_idt_desc(struct gate_desc* p_gdesc, uint8_t attr, intr_handler function) { + p_gdesc->func_offset_low_word = (uint32_t) function & 0x0000FFFF; + p_gdesc->selector = SELECTOR_K_CODE; + p_gdesc->dcount = 0; + p_gdesc->attribute = attr; + p_gdesc->func_offset_high_word = ((uint32_t) function & 0xFFFF0000) >> 16; +} + +/** + * 初始化中断描述符表. + */ +static void idt_desc_init(void) { + int i; + for (i = 0; i < IDT_DESC_CNT; i++){ + make_idt_desc(&idt[i], IDT_DESC_ATTR_DPL0, intr_entry_table[i]); + } + put_str(" idt_desc_init done!\n"); +} + +/* 通用的中断处理函数,一般用在异常出现时的处理 */ +static void general_intr_handler(uint8_t vec_nr) { + // 处理伪中断，，无法通过 IMR 寄存器屏蔽，因此单独处理 + if(vec_nr == 0x27 || vec_nr == 0x2f) { + return; + } + // 将光标置为 0 ，从屏幕左上角清出一片打印异常信息的区域 + set_cursor(0);// 有时候甚至可能中断错误是由光标错误引起 + // 因此先将左上角空出四行来 + int cursor_pos = 0; + while(cursor_pos < 320) { + put_char(' '); + cursor_pos++; + } + // 至此 已经将左上角空出四行，因此将光标再移到 0 位置，进行输出 + set_cursor(0); + put_str("!!!!!! exception message begin !!!!!!"); + set_cursor(88);// 第二行第 8 列 + put_str(intr_name[vec_nr]); + if(vec_nr == 14) { // 若为 pagefault，将缺失的地址打印出来 + int page_fault_vaddr = 0; + // 发生 pagefult + asm("movl %%cr2, %0" : "=r" (page_fault_vaddr));// cr2 是存放造成 page_fault 的地址 + put_str("\npage fault addr is "); + put_int(page_fault_vaddr); + } + put_str("!!!!!! exception message end !!!!!!"); + // 能进入中断处理程序就表示已经处在关中断情况下 + // 不会出现 +} + +/* 完成一般中断处理函数注册及异常名称注册 */ +static void +exception_init(void) { // 完成一般中断处理函数注册及异常名称注册 + int i; + for (i = 0; i < IDT_DESC_CNT; i++){ + // 默认为general_intr_handler。 + // 以后会由register_handler来注册具体处理函数。 + idt_table[i] = general_intr_handler; + intr_name[i] = "unknown"; // 先统一赋值为unknown + } + intr_name[0] = "#DE Divide Error"; + intr_name[1] = "#DB Debug Exception"; + intr_name[2] = "NMI Interrupt"; + intr_name[3] = "#BP Breakpoint Exception"; + intr_name[4] = "#OF Overflow Exception"; + intr_name[5] = "#BR BOUND Range Exceeded Exception"; + intr_name[6] = "#UD Invalid Opcode Exception"; + intr_name[7] = "#NM Device Not Available Exception"; + intr_name[8] = "#DF Double Fault Exception"; + intr_name[9] = "Coprocessor Segment Overrun"; + intr_name[10] = "#TS Invalid TSS Exception"; + intr_name[11] = "#NP Segment Not Present"; + intr_name[12] = "#SS Stack Fault Exception"; + intr_name[13] = "#GP General Protection Exception"; + intr_name[14] = "#PF Page-Fault Exception"; + // intr_name[15] 第15项是intel保留项，未使用 + intr_name[16] = "#MF x87 FPU Floating-Point Error"; + intr_name[17] = "#AC Alignment Check Exception"; + intr_name[18] = "#MC Machine-Check Exception"; + intr_name[19] = "#XF SIMD Floating-Point Exception"; +} + +/* 开中断并返回开中断前的状态*/ +enum intr_status intr_enable() { + enum intr_status old_status; + if(INTR_ON == intr_get_status()) { + old_status = INTR_ON; + return old_status; + } else { + old_status = INTR_OFF; + asm volatile("sti"); // 开中断， sti 指令将 IF 位 置 1 + return old_status; + } +} + +/* 关中断,并且返回关中断前的状态 */ +enum intr_status intr_disable() { + enum intr_status old_status; + if(INTR_ON == intr_get_status()) { + old_status = INTR_ON; + asm volatile("cli" : : : "memory"); // 关中断，cli 指令将 IF 位 置 0 + return old_status; + } else { + old_status = INTR_OFF; + return old_status; + } +} + + +/* 将中断状态设置为status */ +enum intr_status intr_set_status(enum intr_status status) { + return status & INTR_ON ? intr_enable() : intr_disable(); +} + +/* 获取当前中断状态 */ +enum intr_status intr_get_status() { + uint32_t eflags = 0; + GET_EFLAGS(eflags); + // 判断 IF 位的值是否为 1 + return (EFLAGS_IF & eflags) ? INTR_ON : INTR_OFF; +} + +/*完成有关中断的所有初始化工作*/ +void idt_init() { + put_str("idt_init start!\n"); + idt_desc_init(); // 初始化中断描述符表 + exception_init(); + pic_init(); // 初始化 8259A + + // 加载 idt + // 尽管 LDTR 为 48位，我们没有 48 位变量，但是，可以采用 64 位，提取前 48 位即可 + // 指针只能转换为 对应长度 整型，因此需要先转换为 32 位 + uint64_t idt_operand = ((sizeof(idt) - 1) | ((uint64_t)(uint32_t)idt << 16)); + asm volatile("lidt %0" : : "m"(idt_operand));// m 表示 内存约束，实则是将idt_operand 地址传给 lidt + put_str("idt_init done!\n"); +} \ No newline at end of file diff --git a/c9/thread_start/kernel/interrupt.h b/c9/thread_start/kernel/interrupt.h new file mode 100755 index 0000000..f2882d6 --- /dev/null +++ b/c9/thread_start/kernel/interrupt.h @@ -0,0 +1,21 @@ +#ifndef __KERNEL_INTERRUPT_H +#define __KERNEL_INTERRUPT_H +#include "stdint.h" + +typedef void* intr_handler; +void idt_init(void); + +/* 定义中断的两种状态: + * INTR_OFF值为0,表示关中断, + * INTR_ON值为1,表示开中断 */ +enum intr_status { // 中断状态 + INTR_OFF, // 中断关闭 + INTR_ON // 中断打开 +}; + +enum intr_status intr_get_status(void); +enum intr_status intr_set_status (enum intr_status); +enum intr_status intr_enable (void); +enum intr_status intr_disable (void); + +#endif \ No newline at end of file diff --git a/c9/thread_start/kernel/kernel.S b/c9/thread_start/kernel/kernel.S new file mode 100755 index 0000000..e5010ca --- /dev/null +++ b/c9/thread_start/kernel/kernel.S @@ -0,0 +1,90 @@ +[bits 32] +; 对于CPU会自动压入错误码的中断类型，无需额外的操作 +%define ERROR_CODE nop +; 如果CPU没有压入错误码，为了保持处理逻辑的一致性，我们需要手动压入一个0 +%define ZERO push 0 + +# 调用 interrupt 中的函数来中断处理 +# extern put_str ; 声明外部函数 +extern idt_table ; idt_table 是 C 中注册的中断处理程序数组 + +section .data +global intr_entry_table +intr_entry_table: + +; 中断处理程序宏定义 +; 接受两个参数 +%macro VECTOR 2 +section .text +intr%1entry: ; %1 表示中断向量号，用于确定中断位置 + %2 ; 需要首先进行压入操作 nop / push 0 + + ; 保护上下文 + push ds + push es + push fs + push gs +; PUSHAD指令压入32位寄存器,其入栈顺序是: EAX,ECX,EDX,EBX,ESP,EBP,ESI,EDI + pushad + + ; 如果是从片上进入的中断,除了往从片上发送EOI外,还要往主片上发送EOI + mov al, 0x20 ; 中断结束命令 EOI + out 0xa0, al ; 向从片发送 + out 0x20, al ; 向主片发送 + +; 不管idt_table中的目标程序是否需要参数,都一律压入中断向量号,调试时很方便 + push %1 ; 向量号 + call [idt_table + %1*4] ; 调用 idt_table 中的中断处理函数 + jmp intr_exit + +section .data + dd intr%1entry + +%endmacro + +section .text +global intr_exit +intr_exit: +; 以下是恢复上下文环境 + add esp, 4 ; 跳过中断号 + popad + pop gs + pop fs + pop es + pop ds + add esp, 4 ; 跳过error_code + iretd + +VECTOR 0x00, ZERO +VECTOR 0x01, ZERO +VECTOR 0x02, ZERO +VECTOR 0x03, ZERO +VECTOR 0x04, ZERO +VECTOR 0x05, ZERO +VECTOR 0x06, ZERO +VECTOR 0x07, ZERO +VECTOR 0x08, ZERO +VECTOR 0x09, ZERO +VECTOR 0x0a, ZERO +VECTOR 0x0b, ZERO +VECTOR 0x0c, ZERO +VECTOR 0x0d, ZERO +VECTOR 0x0e, ZERO +VECTOR 0x0f, ZERO +VECTOR 0x10, ZERO +VECTOR 0x11, ZERO +VECTOR 0x12, ZERO +VECTOR 0x13, ZERO +VECTOR 0x14, ZERO +VECTOR 0x15, ZERO +VECTOR 0x16, ZERO +VECTOR 0x17, ZERO +VECTOR 0x18, ZERO +VECTOR 0x19, ZERO +VECTOR 0x1a, ZERO +VECTOR 0x1b, ZERO +VECTOR 0x1c, ZERO +VECTOR 0x1d, ZERO +VECTOR 0x1e, ERROR_CODE +VECTOR 0x1f, ZERO +VECTOR 0x20, ZERO \ No newline at end of file diff --git a/c9/thread_start/kernel/main.c b/c9/thread_start/kernel/main.c new file mode 100755 index 0000000..d03300e --- /dev/null +++ b/c9/thread_start/kernel/main.c @@ -0,0 +1,35 @@ +#include "print.h" +#include "init.h" +#include "debug.h" +#include "memory.h" +#include "thread.h" + +void k_thread_HuSharp_1(void* args); + +int main(void) { + put_str("I am kernel!\n"); + init_all(); + //ASSERT(1 == 2); + // asm volatile("sti"); // 打开中断 即将 EFLAGS 的 IF置为 1 + + // 进行内存分配 + /* 内核物理页分配 + void* addr = get_kernel_pages(3); + put_str("\n get_kernel_page start vaddr is: "); + put_int((uint32_t) addr); + put_str("\n"); + */ + + // 线程演示 + thread_start("k_thread_HuSharp_1", 31, k_thread_HuSharp_1, "zdy is a shazi! "); + + while(1); + return 0; +} + +void k_thread_HuSharp_1(void* args) { + char* para = args; + while(1) { + put_str(para); + } +} \ No newline at end of file diff --git a/c9/thread_start/kernel/memory.c b/c9/thread_start/kernel/memory.c new file mode 100755 index 0000000..afbb653 --- /dev/null +++ b/c9/thread_start/kernel/memory.c @@ -0,0 +1,257 @@ +#include "memory.h" +#include "stdint.h" +#include "kernel/print.h" +#include "kernel/bitmap.h" +#include "global.h" +#include "debug.h" +#include "kernel/print.h" +#include "string.h" + +#define PG_SIZE 4096 + +/*************** 位图地址 ******************** + * 因为0xc009f000是内核主线程栈顶，0xc009e000是内核主线程的pcb. + * 一个页框大小的位图可表示128M内存, 位图位置安排在地址0xc009a000, + * 这样本系统最大支持4个页框的位图,即512M */ +#define MEM_BITMAP_BASE 0xc009a000 + +// 返回虚拟地址的 高 10 位(即pde)，与中间 10 位(即pte) +#define PDE_IDX(addr) ((addr & 0xffc00000) >> 22) +#define PTE_IDX(addr) ((addr & 0x003ff000) >> 12) + +/* 0xc0000000是内核从虚拟地址3G起. 0x100000意指跨过低端1M内存, + * 使虚拟地址在逻辑上连续 */ +#define K_HEAP_START 0xc0100000 + +// 内存池结构,生成两个实例用于管理内核内存池和用户内存池 +struct pool { + // 本内存池用到的位图结构,用于管理物理内存 + struct bitmap pool_bitmap; + uint32_t phy_addr_start;// 本内存池所管理物理内存起始地址 + uint32_t pool_size; //本内存池字节容量 +}; + +struct pool kernel_pool, user_pool; // 生成全局内核内存池， 用户内存地址 +struct virtual_addr kernel_addr; // 给内核分配虚拟地址 + + +/* 在pf表示的虚拟内存池中申请pg_cnt个虚拟页, + * 成功则返回虚拟页的起始地址, 失败则返回NULL + */ +static void* vaddr_get(enum pool_flags pf, uint32_t pg_cnt) { + int vaddr_start = 0;//用于存储分配的虚拟地址 + int bit_idx_start = -1;// 存储位图扫描函数的返回值 + uint32_t cnt = 0; + if(pf == PF_KERNEL) {// 说明在内核虚拟池中 + bit_idx_start = bitmap_scan(&kernel_addr.vaddr_bitmap, pg_cnt); + if(bit_idx_start == -1) {//说明没找到 + return NULL; + } + // 将已经选出的内存置为 1 ，表示已经使用 + while(cnt < pg_cnt) { + bitmap_set(&kernel_addr.vaddr_bitmap, bit_idx_start + cnt++, 1); + } + // 虚拟地址应当加上 页表所占的内存 + vaddr_start = kernel_addr.vaddr_start + bit_idx_start * PG_SIZE; + } else {// 用户进程池 还未完善 + + } + return (void*)vaddr_start; +} + +/********* 以下两个获取虚拟地址 addr 的 pde & pte 地址，为建立映射做准备 ********/ +// 得到虚拟地址 vaddr 对应的 pte 指针 +// 构造一个 访问该 pte 的32位地址，欺骗处理器 +uint32_t* pte_ptr(uint32_t vaddr) { + /* 先访问到页目录表自己（位于1023项目录项中） + \ + * 再用页目录项 pde (页目录内页表的索引)做为pte的索引访问到页表 + \ + * 再用 pte 的索引做为页内偏移 + */ + uint32_t* pte = (uint32_t*) (0xffc00000 + \ + ((vaddr & 0xffc00000) >> 10) + PTE_IDX(vaddr) * 4); + return pte;// 得到物理页的虚拟地址，即通过这个虚拟地址，可以访问到该物理页（保护模式下必须通过 vaddr） +} + +// 得到虚拟地址 vaddr 对应的 pde 指针 +// 构造一个 访问该 pde 的32位地址，欺骗处理器 +uint32_t* pde_ptr(uint32_t vaddr) { + uint32_t* pde = (uint32_t*) (0xfffff000 + PDE_IDX(vaddr) * 4); + return pde; +} + +/* 在m_pool指向的物理内存池中分配1个物理页, + * 成功则返回页框的物理地址,失败则返回NULL + */ +static void* palloc(struct pool* m_pool) { + // 扫描或设置位图要保证原子操作 + int bit_idx = bitmap_scan(&m_pool->pool_bitmap, 1); //找一个空闲物理页面 + if(bit_idx == -1) { + return NULL; + } + bitmap_set(&m_pool->pool_bitmap, bit_idx, 1); //表示已经占用 + // 成功则返回页框的物理地址 + uint32_t page_phyaddr = (m_pool->phy_addr_start + (bit_idx * PG_SIZE)); + return (void*)page_phyaddr; +} + +/********使用 pde_ptr 和 pte_ptr 来建立虚拟地址和物理地址的映射 ********/ +// 本质上便是将 pte 写入到 获取的 pde 项中，将 物理地址写入到 pte 中 +static void page_table_add(void* _vaddr, void* _page_phyaddr) { + uint32_t vaddr = (uint32_t)_vaddr; + uint32_t page_phyaddr = (uint32_t)_page_phyaddr; + // 以下两个函数都是通过 虚拟地址来获取 + uint32_t* pde = pde_ptr(vaddr); + uint32_t* pte = pte_ptr(vaddr); + +/************************ 注意 ************************* + * 执行*pte,会访问到空的pde。所以确保pde创建完成后才能执行*pte, + * 否则会引发page_fault。因此在*pde为0时,*pte只能出现在下面else语句块中的*pde后面。 + * *********************************************************/ + // 先在页目录内判断目录项的P位，若为1,则表示该表(pte)已存在 + if(*pde & 0x00000001) {// 通过 P 位来判断目录项是否存在 + ASSERT(!(*pte & 0x00000001)); // 表示 pte 不存在 + + // 再判断 pte 是否存在 + if(!(*pte & 0x00000001)) { + *pte = (page_phyaddr | PG_US_U | PG_RW_W | PG_P_1); + } else { // 并不会执行到此处，因为此处意思是：pde存在，pte也存在 + // 但是之前的 ASSERT 已经判断了 pde 不存在 + PANIC("pte repeat!"); + *pte = (page_phyaddr | PG_US_U | PG_RW_W | PG_P_1); + } + } else {// pde 不存在 + // 需要分配 pte 物理页，采用 plloc 函数 + uint32_t new_pde_phyaddr = (uint32_t)palloc(&kernel_pool);//页表中的页框一律从内核中分配 + + *pde = (new_pde_phyaddr | PG_US_U | PG_RW_W | PG_P_1);// 写入到 pde 中 + + /* 分配到的物理页地址 new_pde_phyaddr 对应的物理内存清0,(使用时清零比回收后清零高效，因为不知道回收后会不会再使用) + * 避免里面的陈旧数据变成了页表项,从而让页表混乱. + * 访问到pde对应的物理地址,用pte取高20位便可. + * 因为pte是基于该pde对应的物理地址内再寻址, + * 把低12位置0便是该pde对应的物理页的起始 + */ + // 现需要获得新创建的这个物理页的虚拟地址（保护模式得看虚拟地址！） + memset(((void*)((int)pte & 0xfffff000)), 0, PG_SIZE);//将该新配物理页清0 + + ASSERT(!(*pte & 0x00000001));// 断言 pte 此时是否存在 + + // pte项 此时更改为新建物理页的位置 + *pte = (page_phyaddr | PG_US_U | PG_RW_W | PG_P_1);//将 物理页地址 写入到 pte项中 + } +} + + +// 分配pg_cnt个页空间（物理页),成功则返回起始虚拟地址,失败时返回NULL +void* malloc_page(enum pool_flags pf, uint32_t pg_cnt) { + ASSERT(pg_cnt > 0 && pg_cnt < 3840); +/*********** malloc_page的原理是三个动作的合成: *********** + 1.通过vaddr_get在虚拟内存池中申请虚拟地址 + 2.通过palloc在物理内存池中申请物理页 + 3.通过page_table_add将以上得到的虚拟地址和物理地址在页表中完成映射 +***************************************************************/ + void* vaddr_start = vaddr_get(pf, pg_cnt); + if(vaddr_start == NULL) { + return NULL; + } + + uint32_t vaddr = (uint32_t)vaddr_start, cnt = pg_cnt; + struct pool* mem_pool = (pf & PF_KERNEL)? &kernel_pool : &user_pool; + + // 因为虚拟地址是连续的,但物理地址可以是不连续的,所以逐个做映射 + while(cnt-- > 0) { + void* page_phyaddr = palloc(mem_pool); + if(page_phyaddr == NULL) { + return NULL; + } + page_table_add((void*)vaddr, page_phyaddr);// 在页表建立映射 + vaddr += PG_SIZE;// 下一个虚拟页 + } + return vaddr_start; +} + +// 从内核物理内存池中申请pg_cnt页内存,成功则返回其虚拟地址,失败则返回NULL +void* get_kernel_pages(uint32_t pg_cnt) { + void* vaddr = malloc_page(PF_KERNEL, pg_cnt); + if(vaddr != NULL) {// 虚拟地址是连续的 + memset(vaddr, 0, pg_cnt * PG_SIZE); + } + return vaddr; +} + +// 初始化内存池, 通过all_mem 初始化物理内存池相关结构 +static void mem_pool_init(uint32_t all_mem) { + put_str(" phy_mem_pool_init start!\n"); + // 页表大小= 1页的页目录表+第0和第768个页目录项指向同一个页表+ + // 第769~1022个页目录项共指向254个页表,共256个页框 + uint32_t page_table_size = PG_SIZE * 256; + // 用于记录当前已经使用的内存字节数 + uint32_t used_mem = page_table_size + 0x100000;// 0x100000为低端 1M 内存 + uint32_t free_mem = all_mem - used_mem; + uint16_t all_free_pages = free_mem / PG_SIZE;//转换为 页数 + + // 内核物理内存池 与 用户物理内存池 大小一致 + uint16_t kernel_free_pages = all_free_pages / 2; + uint16_t user_free_pages = all_free_pages - kernel_free_pages; + + /* 为简化位图操作，余数不处理，坏处是这样做会丢内存。 + * 好处是不用做内存的越界检查,因为位图表示的内存少于实际物理内存 + */ + uint32_t kbm_length = kernel_free_pages / 8; // Kernel BitMap的长度,位图中的一位表示一页,以字节为单位 + uint32_t ubm_length = user_free_pages / 8; // User BitMap的长度. + + uint32_t kp_start = used_mem; // kernel pool start 内核内存池的起始位置 + uint32_t up_start = kp_start + kernel_free_pages * PG_SIZE; + + kernel_pool.phy_addr_start = kp_start; + user_pool.phy_addr_start = up_start; + + kernel_pool.pool_bitmap.btmp_bytes_len = kbm_length;// 位图字节长度 + user_pool.pool_bitmap.btmp_bytes_len = ubm_length; + + kernel_pool.pool_size = kernel_free_pages * PG_SIZE; + user_pool.pool_size = user_free_pages * PG_SIZE; + +/********* 内核内存池和用户内存池位图 *********** + * 位图是全局的数据，长度不固定。 + * 全局或静态的数组需要在编译时知道其长度， + * 而我们需要根据总内存大小算出需要多少字节。 + * 所以改为指定一块内存来生成位图. + * ************************************************/ +// 内核使用的最高地址是0xc009f000,这是主线程的栈地址.(内核的大小预计为70K左右) +// 32M内存占用的位图是2k.内核内存池的位图先定在MEM_BITMAP_BASE(0xc009a000)处. + kernel_pool.pool_bitmap.bits = (void*) MEM_BITMAP_BASE; + + // 用户内存池的位图紧跟在内核内存池位图后面 + user_pool.pool_bitmap.bits = (void*)(MEM_BITMAP_BASE + kbm_length); + /******************** 输出内存池信息 **********************/ + put_str(" kernel_pool_bitmap_start:");put_int((int)kernel_pool.pool_bitmap.bits); + put_str(" kernel_pool_phy_addr_start:");put_int(kernel_pool.phy_addr_start); + put_str("\n"); + put_str(" user_pool_bitmap_start:");put_int((int)user_pool.pool_bitmap.bits); + put_str(" user_pool_phy_addr_start:");put_int(user_pool.phy_addr_start); + put_str("\n"); + + /**************** 进行初始化 ***************/ + // 将位图 置为 0 表示还未分配 + bitmap_init(&kernel_pool.pool_bitmap); + bitmap_init(&user_pool.pool_bitmap); + + // 初始化内核的虚拟地址 + // 用于维护内核堆的虚拟地址,所以要和内核内存池大小一致 + kernel_addr.vaddr_bitmap.btmp_bytes_len = kbm_length; + // 位图的数组指向一块未使用的内存,目前定位在内核内存池和用户内存池之后 + kernel_addr.vaddr_bitmap.bits = (void*)(MEM_BITMAP_BASE + kbm_length + ubm_length); + // 虚拟内存池的起始地址，以达到进程在堆中动态申请内存 + kernel_addr.vaddr_start = K_HEAP_START; //内核堆 + bitmap_init(&kernel_addr.vaddr_bitmap); + put_str(" mem_pool_init done\n"); +} + +// 内存管理部分初始化入口 +void mem_init() { + put_str("mem_init start!\n"); + uint32_t mem_bytes_total = (*(uint32_t*)(0xb00)); // 储存机器上物理内存总量 + mem_pool_init(mem_bytes_total); //初始化内存池 + put_str("mem_init done!\n"); +} \ No newline at end of file diff --git a/c9/thread_start/kernel/memory.h b/c9/thread_start/kernel/memory.h new file mode 100755 index 0000000..405f8d7 --- /dev/null +++ b/c9/thread_start/kernel/memory.h @@ -0,0 +1,33 @@ +#ifndef __KERNEL_MEMORY_H +#define __KERNEL_MEMORY_H + +#include "stdint.h" +#include "bitmap.h" + +// 内存池的标记，用来判断使用哪个内存池 +enum pool_flags { + PF_KERNEL = 1, // 内核内存池 + PF_USER = 2 // 用户内存池 +}; + +#define PG_P_1 1 // 页表项或页目录项存在属性位 +#define PG_P_0 0 // 页表项或页目录项存在属性位 +#define PG_RW_R 0 // R/W 属性位值, 读/执行 +#define PG_RW_W 2 // R/W 属性位值, 读/写/执行 +#define PG_US_S 0 // U/S 属性位值, 系统级 +#define PG_US_U 4 // U/S 属性位值, 用户级 + +// 虚拟地址池，用于虚拟地址管理 +struct virtual_addr{ + struct bitmap vaddr_bitmap; // 虚拟地址用到的 bitmap 结构, 页 为单位 + uint32_t vaddr_start; // 虚拟地址起始地址 +}; + +extern struct pool kernel_pool, user_pool; +void mem_init(void); +void* get_kernel_pages(uint32_t pg_cnt); +void* malloc_page(enum pool_flags pf, uint32_t pg_cnt); +void malloc_init(void); +uint32_t* pte_ptr(uint32_t vaddr); +uint32_t* pde_ptr(uint32_t vaddr); +#endif \ No newline at end of file diff --git a/c9/thread_start/lib/kernel/bitmap.c b/c9/thread_start/lib/kernel/bitmap.c new file mode 100755 index 0000000..323b793 --- /dev/null +++ b/c9/thread_start/lib/kernel/bitmap.c @@ -0,0 +1,82 @@ +#include "bitmap.h" +#include "stdint.h" +#include "string.h" +#include "print.h" +#include "interrupt.h" +#include "debug.h" + +// bitmap 的初始化 +void bitmap_init(struct bitmap* btmp) { + memset(btmp->bits, 0, btmp->btmp_bytes_len); +} + +// 判断 btmp 为指针处，bit_idx 位是否为 1，为 1 就返回 true +bool bitmap_scan_test(struct bitmap* btmp, uint32_t bit_idx) { + uint32_t byte_idx = bit_idx / 8;//用于标注字节 + uint32_t bit_odd = bit_idx % 8; //用于标注字节内的位 + return (btmp->bits[byte_idx] & (BITMAP_MASK << bit_odd)); +} + +// 在位图中申请连续cnt个位,成功则返回其起始位下标，失败返回-1 +int bitmap_scan(struct bitmap* btmp, uint32_t cnt) { + uint32_t idx_byte = 0; // 用于记录空闲位所在的字节 + // 先逐字节比较，蛮力法 + // 0 表示空闲，若停止，则说明至少有一个空闲位 + while(( 0xff == btmp->bits[idx_byte]) && (idx_byte < btmp->btmp_bytes_len)) { + idx_byte++; + } + ASSERT(idx_byte < btmp->btmp_bytes_len);// 断言此时在内部 + if(idx_byte == btmp->btmp_bytes_len) { + return -1;// 访问失败，返回 -1 + } + + /* 若在位图数组范围内的某字节内找到了空闲位， + * 在该字节内逐位比对,返回空闲位的索引。 + */ + int idx_bit = 0;//字节内部位数 + while((uint8_t)(BITMAP_MASK << idx_bit) & btmp->bits[idx_byte]) { + idx_bit++; + }// 找到空闲位 + int bit_idx_start = idx_byte * 8 + idx_bit; // 空闲位在bitmap 下标 + if(cnt == 1) { + return bit_idx_start; + } + + // 至此说明 cnt > 1 + // 因此首先进行剩余位数的判断，以免超过bitmap记录数 + uint32_t bit_left = (btmp->btmp_bytes_len * 8 - bit_idx_start); + uint32_t idx_next_bit = bit_idx_start + 1; + uint32_t free_bit_cnt = 1;// 一定要记得记录一下 之前判断后 还有个空闲位 + + bit_idx_start = -1; // 先将其置为 -1，若找不到连续的位就直接返回 + while(bit_left-- > 0) { + // 调用 scan_test 函数，为 0 则为 false + if(!(bitmap_scan_test(btmp, idx_next_bit))) { + free_bit_cnt++; + } else { // 由于必须是连续的，因此只要遇到 不空闲的 位 便将记录cnt置为 0 + free_bit_cnt = 0; + } + // 若是已经满足空闲数 + if(free_bit_cnt == cnt) { + bit_idx_start = idx_next_bit - cnt + 1; + break; + } + idx_next_bit++;// 继续判断下一位 + } + + return bit_idx_start; +} + +// 将位图btmp的bit_idx位设置为value +void bitmap_set(struct bitmap* btmp, uint32_t bit_idx, int8_t value) { + ASSERT((value ==0) || (value == 1));// 只能赋予 0 或 1 + uint32_t byte_idx = bit_idx / 8; //字节位 + uint32_t bit_odd = bit_idx % 8; //位数 位 + + if(value) { + btmp->bits[byte_idx] |= (BITMAP_MASK << bit_odd); + } else { + btmp->bits[byte_idx] &= ~(BITMAP_MASK << bit_odd); + } + +} diff --git a/c9/thread_start/lib/kernel/bitmap.h b/c9/thread_start/lib/kernel/bitmap.h new file mode 100755 index 0000000..ab3d2db --- /dev/null +++ b/c9/thread_start/lib/kernel/bitmap.h @@ -0,0 +1,18 @@ +#ifndef __LIB_KERNEL_BITMAP_H +#define __LIB_KERNEL_BITMAP_H +#include "global.h" +#define BITMAP_MASK 1 // 用在位图中逐位判断，主要通过 按位与 & +struct bitmap{ + uint32_t btmp_bytes_len; + /* 在遍历位图时,整体上以字节为单位,细节上是以位为单位, + 所以此处位图的指针必须是单字节 */ + uint8_t* bits; +}; + +// 函数 +void bitmap_init(struct bitmap* btmp); +bool bitmap_scan_test(struct bitmap* btmp, uint32_t bit_idx); +int bitmap_scan(struct bitmap* btmp, uint32_t cnt); +void bitmap_set(struct bitmap* btmp, uint32_t bit_idx, int8_t value); + +#endif \ No newline at end of file diff --git a/c9/thread_start/lib/kernel/io.h b/c9/thread_start/lib/kernel/io.h new file mode 100755 index 0000000..7a30b8f --- /dev/null +++ b/c9/thread_start/lib/kernel/io.h @@ -0,0 +1,49 @@ +/************** 机器模式 *************** + b -- 输出寄存器QImode名称,即寄存器中的最低8位:[a-d]l。 + w -- 输出寄存器HImode名称,即寄存器中2个字节的部分,如[a-d]x。 + + HImode + “Half-Integer”模式，表示一个两字节的整数。 + QImode + “Quarter-Integer”模式，表示一个一字节的整数。 +*******************************************/ +#ifndef _LIB_IO_H +# define _LIB_IO_H + +#include "stdint.h" + +/** + * 向指定的端口写入一个字节的数据. + * port 为 16 位即可容纳 65535 所有端口号 + * N 为立即数约束 + */ +static inline void outb(uint16_t port, uint8_t data) { + asm volatile("outb %b0, %w1" : : "a"(data), "Nd"(port)); +} +/* + * 将addr处起始的word_cnt个字写入端口port + * insw是将从端口port处读入的16位内容写入es:edi指向的内存, + * 我们在设置段描述符时, 已经将ds,es,ss段的选择子都设置为相同的值了, + * 此时不用担心数据错乱。 + */ +static inline void outsw(uint16_t port, const void* addr, uint32_t word_cnt) { + asm volatile("cld; rep outsw" : "+S"(addr), "+c"(word_cnt) : "d"(port)); +} + +/** + * 将从端口port读入的一个字节返回. + */ +static inline uint8_t inb(uint16_t port) { + uint8_t data; + asm volatile("inb %w1, %b0" : "=a"(data) : "Nd"(port)); + return data; +} + +/** + * 将从port读取的word_cnt字节写入addr. + */ +static inline void insw(uint16_t port, void* addr, uint32_t word_cnt) { + asm volatile("cld; rep insw" : "+D"(addr), "+c"(word_cnt) : "d"(port) : "memory"); +} + +#endif \ No newline at end of file diff --git a/c9/thread_start/lib/kernel/list.c b/c9/thread_start/lib/kernel/list.c new file mode 100755 index 0000000..17dbd76 --- /dev/null +++ b/c9/thread_start/lib/kernel/list.c @@ -0,0 +1,95 @@ +#include "list.h" +#include "interrupt.h" + +// 初始化双向链表 +void list_init (struct list* list) { + list->head.prev = NULL; + list->tail.next = NULL; + + list->head.next = &list->tail; + list->tail.prev = &list->head; +} + +// 将链表元素 before 插入在元素 elem 前 +void list_insert_before(struct list_elem* elem, struct list_elem* before) { + // 由于队列是公共资源，因此要保证为原子操作 + enum intr_status old_status = intr_disable();//关中断 + + // 更新节点 + elem->prev->next = before; + before->prev = elem->prev; + elem->prev = before; + before->next = elem; + + intr_set_status(old_status); +} + +void list_append(struct list* plist, struct list_elem* elem) { + list_insert_before(&plist->tail, elem);// 队列的FIFO +} + +void list_remove(struct list_elem* pelem) { + enum intr_status old_status = intr_disable(); + + pelem->prev->next = pelem->next; + pelem->next->prev = pelem->prev; + + intr_set_status(old_status);// 返回原状态 +} + +void list_push(struct list* plist, struct list_elem* elem) { + list_insert_before(plist->head.next, elem); +} + +// pop 操作，为啥没有关中断？ +struct list_elem* list_pop(struct list* plist) { + struct list_elem* elem = plist->head.next; + list_remove(elem); + return elem; +} + +// 查找元素 +bool elem_find(struct list* plist, struct list_elem* obj_elem) { + struct list_elem* elem = plist->head.next; + while(elem != &plist->tail) { + if(elem == obj_elem) { + return true; + } + elem = elem->next; + } + return false; +} + +// 遍历列表的所有元素，判断是否有 elem 满足条件 +// 判断方法采用 func 回调函数进行判断 +struct list_elem* list_traversal(struct list* plist, function func, int arg) { + struct list_elem* elem = plist->head.next; + // 如果队列为空 直接 return + if(list_empty(plist)) { + return NULL; + } + while(elem != &plist->tail) { + if(func(elem, arg)) { + return elem; + } + elem = elem->next; + } + return NULL; +} + +// 判断空 +bool list_empty(struct list* plist) { + return (plist->head.next == &plist->tail ? true : false); +} + +uint32_t list_len(struct list* plist) { + struct list_elem* elem = plist->head.next; + uint32_t len = 0; + while(elem != &plist->tail) { + elem = elem->next; + len++; + } + return len; +} + + diff --git a/c9/thread_start/lib/kernel/list.h b/c9/thread_start/lib/kernel/list.h new file mode 100755 index 0000000..f78992b --- /dev/null +++ b/c9/thread_start/lib/kernel/list.h @@ -0,0 +1,31 @@ +#ifndef __LIB_KERNEL_LIST_H +#define __LIB_KERNEL_LIST_H +#include "global.h" + +// 节点，不需要 data 域 +struct list_elem { + struct list_elem* prev;// 前驱 + struct list_elem* next;// 后继 +}; + +// 链表结构，用来实现队列 +struct list { + struct list_elem head;// 头指针 + struct list_elem tail;// 尾指针 +}; + +typedef bool (function)(struct list_elem*, int arg); + +void list_init (struct list*); +void list_insert_before(struct list_elem* elem, struct list_elem* before); +void list_push(struct list* plist, struct list_elem* elem); +void list_iterate(struct list* plist); +void list_append(struct list* plist, struct list_elem* elem); +void list_remove(struct list_elem* pelem); +struct list_elem* list_pop(struct list* plist); +bool list_empty(struct list* plist); +uint32_t list_len(struct list* plist); +struct list_elem* list_traversal(struct list* plist, function func, int arg); +bool elem_find(struct list* plist, struct list_elem* obj_elem); + +#endif \ No newline at end of file diff --git a/c9/thread_start/lib/kernel/print.S b/c9/thread_start/lib/kernel/print.S new file mode 100755 index 0000000..52b9246 --- /dev/null +++ b/c9/thread_start/lib/kernel/print.S @@ -0,0 +1,217 @@ +TI_GDT equ 0 +RPL0 equ 0 +SELECTOR_VIDEO equ (0x0003<<3) + TI_GDT + RPL0 + +section .data +put_int_buffer dq 0 ; 定义8字节缓冲区用于数字到字符的转换 + +[bits 32] +section .text +;-------------------------------------------- +;put_str 通过put_char来打印以0字符结尾的字符串 +;-------------------------------------------- +;输入：栈中参数为打印的字符串 +;输出：无 + +global put_str +put_str: +;由于本函数中只用到了ebx和ecx,只备份这两个寄存器 + push ebx + push ecx + xor ecx, ecx ; 准备用ecx存储参数,清空 + mov ebx, [esp + 12] ; 从栈中得到待打印的字符串地址 +.goon: + mov cl, [ebx] + cmp cl, 0 ; 如果处理到了字符串尾,跳到结束处返回 + jz .str_over + push ecx ; 为put_char函数传递参数 + call put_char + add esp, 4 ; 回收参数所占的栈空间 + inc ebx ; 使ebx指向下一个字符 + jmp .goon +.str_over: + pop ecx + pop ebx + ret + +;------------------------ put_char ----------------------------- +;功能描述:把栈中的1个字符写入光标所在处 +;------------------------------------------------------------------- +global put_char +put_char: + pushad ;备份32位寄存器环境 + ;需要保证gs中为正确的视频段选择子,为保险起见,每次打印时都为gs赋值 + mov ax, SELECTOR_VIDEO ; 不能直接把立即数送入段寄存器 + mov gs, ax + +;;;;;;;;; 获取当前光标位置 ;;;;;;;;; + ;先获得高8位 + mov dx, 0x03d4 ;索引寄存器 + mov al, 0x0e ;用于提供光标位置的高8位 + out dx, al + mov dx, 0x03d5 ;通过读写数据端口0x3d5来获得或设置光标位置 + in al, dx ;得到了光标位置的高8位 + mov ah, al + + ;再获取低8位 + mov dx, 0x03d4 + mov al, 0x0f + out dx, al + mov dx, 0x03d5 + in al, dx + + ;将光标存入bx + mov bx, ax + ;下面这行是在栈中获取待打印的字符 + mov ecx, [esp + 36] ;pushad压入4×8＝32字节,加上主调函数的返回地址4字节,故esp+36字节 + cmp cl, 0xd ;CR是0x0d,LF是0x0a + jz .is_carriage_return + cmp cl, 0xa + jz .is_line_feed + + cmp cl, 0x8 ;BS(backspace)的asc码是8 + jz .is_backspace + jmp .put_other +;;;;;;;;;;;;;;;;;; + + .is_backspace: +;;;;;;;;;;;; backspace的一点说明 ;;;;;;;;;; +; 当为backspace时,本质上只要将光标移向前一个显存位置即可.后面再输入的字符自然会覆盖此处的字符 +; 但有可能在键入backspace后并不再键入新的字符,这时在光标已经向前移动到待删除的字符位置,但字符还在原处, +; 这就显得好怪异,所以此处添加了空格或空字符0 + dec bx + shl bx,1 + mov byte [gs:bx], 0x20 ;将待删除的字节补为0或空格皆可 + inc bx + mov byte [gs:bx], 0x07 + shr bx,1 + jmp .set_cursor +;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;; + + .put_other: + shl bx, 1 ; 光标位置是用2字节表示,将光标值乘2,表示对应显存中的偏移字节 + mov [gs:bx], cl ; ascii字符本身 + inc bx + mov byte [gs:bx],0x07 ; 字符属性 + shr bx, 1 ; 恢复老的光标值 + inc bx ; 下一个光标值 + cmp bx, 2000 + jl .set_cursor ; 若光标值小于2000,表示未写到显存的最后,则去设置新的光标值 + ; 若超出屏幕字符数大小(2000)则换行处理 + .is_line_feed: ; 是换行符LF(\n) + .is_carriage_return: ; 是回车符CR(\r) + ; 如果是CR(\r),只要把光标移到行首就行了。 + xor dx, dx ; dx是被除数的高16位,清0. + mov ax, bx ; ax是被除数的低16位. + mov si, 80 ; 由于是效仿linux，linux中\n便表示下一行的行首，所以本系统中， + div si ; 把\n和\r都处理为linux中\n的意思，也就是下一行的行首。 + sub bx, dx ; 光标值减去除80的余数便是取整 + ; 以上4行处理\r的代码 + + .is_carriage_return_end: ; 回车符CR处理结束 + add bx, 80 + cmp bx, 2000 + .is_line_feed_end: ; 若是LF(\n),将光标移+80便可。 + jl .set_cursor + +;屏幕行范围是0~24,滚屏的原理是将屏幕的1~24行搬运到0~23行,再将第24行用空格填充 + .roll_screen: ; 若超出屏幕大小，开始滚屏 + cld + mov ecx, 960 ; 一共有2000-80=1920个字符要搬运,共1920*2=3840字节.一次搬4字节,共3840/4=960次 + mov esi, 0xb80a0 ; 第1行行首 + mov edi, 0xb8000 ; 第0行行首 + rep movsd + +;;;;;;;将最后一行填充为空白 + mov ebx, 3840 ; 最后一行首字符的第一个字节偏移= 1920 * 2 + mov ecx, 80 ;一行是80字符(160字节),每次清空1字符(2字节),一行需要移动80次 + .cls: + mov word [gs:ebx], 0x0720 ;0x0720是黑底白字的空格键 + add ebx, 2 + loop .cls + mov bx,1920 ;将光标值重置为1920,最后一行的首字符. + + .set_cursor: + ;将光标设为bx值 +;;;;;;; 1 先设置高8位 ;;;;;;;; + mov dx, 0x03d4 ;索引寄存器 + mov al, 0x0e ;用于提供光标位置的高8位 + out dx, al + mov dx, 0x03d5 ;通过读写数据端口0x3d5来获得或设置光标位置 + mov al, bh + out dx, al + +;;;;;;; 2 再设置低8位 ;;;;;;;;; + mov dx, 0x03d4 + mov al, 0x0f + out dx, al + mov dx, 0x03d5 + mov al, bl + out dx, al + .put_char_done: + popad + ret + +;-------------------- 将小端字节序的数字变成对应的ascii后，倒置 ----------------------- +;输入：栈中参数为待打印的数字 +;输出：在屏幕上打印16进制数字,并不会打印前缀0x,如打印10进制15时，只会直接打印f，不会是0xf +;------------------------------------------------------------------------------------------ +global put_int +put_int: + pushad + mov ebp, esp + mov eax, [ebp+4*9] ; call的返回地址占4字节+pushad的8个4字节 + mov edx, eax + mov edi, 7 ; 指定在put_int_buffer中初始的偏移量 + mov ecx, 8 ; 32位数字中,16进制数字的位数是8个 + mov ebx, put_int_buffer + +;将32位数字按照16进制的形式从低位到高位逐个处理,共处理8个16进制数字 +.16based_4bits: ; 每4位二进制是16进制数字的1位,遍历每一位16进制数字 + and edx, 0x0000000F ; 解析16进制数字的每一位。and与操作后,edx只有低4位有效 + cmp edx, 9 ; 数字0～9和a~f需要分别处理成对应的字符 + jg .is_A2F + add edx, '0' ; ascii码是8位大小。add求和操作后,edx低8位有效。 + jmp .store +.is_A2F: + sub edx, 10 ; A~F 减去10 所得到的差,再加上字符A的ascii码,便是A~F对应的ascii码 + add edx, 'A' + +;将每一位数字转换成对应的字符后,按照类似“大端”的顺序存储到缓冲区put_int_buffer +;高位字符放在低地址,低位字符要放在高地址,这样和大端字节序类似,只不过咱们这里是字符序. +.store: +; 此时dl中应该是数字对应的字符的ascii码 + mov [ebx+edi], dl + dec edi + shr eax, 4 + mov edx, eax + loop .16based_4bits + +;现在put_int_buffer中已全是字符,打印之前, +;把高位连续的字符去掉,比如把字符000123变成123 +.ready_to_print: + inc edi ; 此时edi退减为-1(0xffffffff),加1使其为0 +.skip_prefix_0: + cmp edi,8 ; 若已经比较第9个字符了，表示待打印的字符串为全0 + je .full0 +;找出连续的0字符, edi做为非0的最高位字符的偏移 +.go_on_skip: + mov cl, [put_int_buffer+edi] + inc edi + cmp cl, '0' + je .skip_prefix_0 ; 继续判断下一位字符是否为字符0(不是数字0) + dec edi ;edi在上面的inc操作中指向了下一个字符,若当前字符不为'0',要恢复edi指向当前字符 + jmp .put_each_num + +.full0: + mov cl,'0' ; 输入的数字为全0时，则只打印0 +.put_each_num: + push ecx ; 此时cl中为可打印的字符 + call put_char + add esp, 4 + inc edi ; 使edi指向下一个字符 + mov cl, [put_int_buffer+edi] ; 获取下一个字符到cl寄存器 + cmp edi,8 + jl .put_each_num + popad + ret diff --git a/c9/thread_start/lib/kernel/print.h b/c9/thread_start/lib/kernel/print.h new file mode 100755 index 0000000..903039e --- /dev/null +++ b/c9/thread_start/lib/kernel/print.h @@ -0,0 +1,8 @@ +#ifndef __LIB_KERNEL_PRINT_H +#define __LIB_KERNEL_PRINT_H +#include "stdint.h" +void put_char(uint8_t char_asci); +void put_str(char* message); +void put_int(uint32_t num); // 以16进制打印 +#endif + diff --git a/c9/thread_start/lib/stdint.h b/c9/thread_start/lib/stdint.h new file mode 100755 index 0000000..af563e0 --- /dev/null +++ b/c9/thread_start/lib/stdint.h @@ -0,0 +1,11 @@ +#ifndef __LIB_STDINT_H +#define __LIB_STDINT_H +typedef signed char int8_t; +typedef signed short int int16_t; +typedef signed int int32_t; +typedef signed long long int int64_t; +typedef unsigned char uint8_t; +typedef unsigned short int uint16_t; +typedef unsigned int uint32_t; +typedef unsigned long long int uint64_t; +#endif diff --git a/c9/thread_start/lib/string.c b/c9/thread_start/lib/string.c new file mode 100755 index 0000000..ab47322 --- /dev/null +++ b/c9/thread_start/lib/string.c @@ -0,0 +1,121 @@ +#include "string.h" +#include "global.h" +#include "debug.h" + +/* 进行初始化 将dst_起始的size个字节置为value */ +// 通常用于内存分配时的数据清 0 +void memset(void* dst_, uint8_t value, uint32_t size) { + ASSERT(dst_ != NULL); + uint8_t* dst = (uint8_t*)dst_; + while (size-- > 0){ + *dst++ = value; + } +} + +/* 将src_起始的size个字节复制到dst_ */ +void memcpy(void* dst_, const void* src_, uint32_t size) { + ASSERT(dst_ != NULL && src_ != NULL); + uint8_t* dst = dst_; + const uint8_t* src = src_; + while(size-- > 0) { + *dst++ = *src++; + } +} + +/* 连续比较以地址a_和地址b_开头的size个字节, + 若相等则返回0,若a_大于b_返回+1,否则返回-1 */ +int memcmp(const void* a_, const void* b_, uint32_t size) { + const char* a = a_; + const char* b = b_; + ASSERT(a != NULL && b != NULL); + while(size-- > 0) { + if(*a != *b) { + return *a > *b ? 1 : -1; + } + a++; + b++; + } + // 至此说明相等 + return 0; +} + +/* 将字符串从src_复制到dst_ */ +char* strcpy(char* dst_, const char* src_) { + ASSERT(dst_ != NULL && src_ != NULL); + char* temp = dst_; // 暂存地址 + // 以 字符串结尾 '0' 作为终止条件 + while((*dst_++ = *src_++)); + return temp; +} + + +/* 返回字符串长度 */ +uint32_t strlen(const char* str) { + ASSERT(str != NULL); + const char* end = str;// 标记结尾处位置 + // 和strcpy 函数一样，遇到 '0'停止 + while(*end++); + return (end - str - 1); +} +/* 比较两个字符串,若a_中的字符大于b_中的字符返回1,相等时返回0,否则返回-1. */ +int8_t strcmp (const char* a, const char* b) { + ASSERT(a != NULL && b != NULL); + while(*a != 0 && *a == *b) { + a++; + b++; + } + // 如果 < 就返回 -1 + // 如果 >= 就前往 布尔式 + // 该布尔式表示，要是 > 就 返回 1, 否则只可能是 = ，布尔值刚好是 0 + return *a < *b ? -1 : *a > *b; +} + +/* 从左到右查找字符串str中首次出现字符ch的地址(不是下标,是地址) */ +char* strchr(const char* str, const uint8_t ch) { + ASSERT(str != NULL); + while(*str != 0) { + if(*str == ch) { + return (char*) str;// 强制转换 + } + str++; + } + return NULL; +} + +/* 从右往左查找字符串str中首次出现字符ch的地址(不是下标,是地址) */ +char* strrchr(const char* str, const uint8_t ch) { + ASSERT(str != NULL); + const char* last = NULL; + // 从左往右遍历，将 last 更新即可，这样便不用手动判断 '0' + while(*str != 0) { + if(*str == ch) { + last = str; + } + str++; + } + return (char*)last; +} + +/* 将字符串src_拼接到dst_后,将回拼接的串地址 */ +char* strcat(char* dst_, const char* src_) { + ASSERT(dst_ != NULL && src_ != NULL); + char* str = dst_; + while(*str++);// 循环到末尾 + --str;//得到拼接位置 + while((*str++ = *src_++)); + return dst_; +} + +/* 在字符串str中查找指定字符ch出现的次数 */ +uint32_t strchrs(const char* str, uint8_t ch) { + ASSERT(str != NULL); + uint32_t cnt = 0; + const char* temp = str; + while(*temp != 0) { + if(*temp == ch) { + cnt++; + } + temp++; + } + return cnt; +} \ No newline at end of file diff --git a/c9/thread_start/lib/string.h b/c9/thread_start/lib/string.h new file mode 100755 index 0000000..e69de29 diff --git a/c9/thread_start/makefile b/c9/thread_start/makefile new file mode 100755 index 0000000..ec4b481 --- /dev/null +++ b/c9/thread_start/makefile @@ -0,0 +1,100 @@ +BUILD_DIR = ./build +# 存储编译的所有文件 +ENTRY_POINT = 0xc0001500 +# ld 链接 -Ttext参数 +# 编译器及编译参数 +AS = nasm +CC = gcc +LD = ld +LIB = -I lib/ -I lib/kernel/ -I lib/user/ -I kernel/ -I device/ -I thread/ +ASFLAGS = -f elf +ASIB = -I include/ +CFLAGS = -Wall -m32 -fno-stack-protector $(LIB) -c -fno-builtin \ + -W -Wstrict-prototypes -Wmissing-prototypes +LDFLAGS = -m elf_i386 -Ttext $(ENTRY_POINT) -e main -Map $(BUILD_DIR)/kernel.map +OBJS = $(BUILD_DIR)/main.o $(BUILD_DIR)/init.o $(BUILD_DIR)/interrupt.o \ + $(BUILD_DIR)/timer.o $(BUILD_DIR)/kernel.o $(BUILD_DIR)/print.o \ + $(BUILD_DIR)/debug.o $(BUILD_DIR)/memory.o $(BUILD_DIR)/bitmap.o \ + $(BUILD_DIR)/string.o $(BUILD_DIR)/thread.o + + +############## c代码编译 ############### +$(BUILD_DIR)/main.o: kernel/main.c lib/kernel/print.h \ + lib/stdint.h kernel/init.h + $(CC) $(CFLAGS) $< -o $@ + +$(BUILD_DIR)/init.o: kernel/init.c kernel/init.h lib/kernel/print.h \ + lib/stdint.h kernel/interrupt.h device/timer.h + $(CC) $(CFLAGS) $< -o $@ + +$(BUILD_DIR)/interrupt.o: kernel/interrupt.c kernel/interrupt.h \ + lib/stdint.h kernel/global.h lib/kernel/io.h lib/kernel/print.h + $(CC) $(CFLAGS) $< -o $@ + +$(BUILD_DIR)/timer.o: device/timer.c device/timer.h lib/stdint.h\ + lib/kernel/io.h lib/kernel/print.h + $(CC) $(CFLAGS) $< -o $@ + +$(BUILD_DIR)/debug.o: kernel/debug.c kernel/debug.h \ + lib/kernel/print.h lib/stdint.h kernel/interrupt.h + $(CC) $(CFLAGS) $< -o $@ + +$(BUILD_DIR)/string.o: lib/string.c lib/string.h lib/stdint.h kernel/global.h \ + lib/stdint.h kernel/debug.h + $(CC) $(CFLAGS) $< -o $@ + +$(BUILD_DIR)/bitmap.o: lib/kernel/bitmap.c lib/kernel/bitmap.h \ + kernel/global.h lib/stdint.h lib/string.h lib/stdint.h \ + lib/kernel/print.h kernel/interrupt.h kernel/debug.h + $(CC) $(CFLAGS) $< -o $@ + +$(BUILD_DIR)/memory.o: kernel/memory.c kernel/memory.h lib/stdint.h lib/kernel/bitmap.h \ + kernel/global.h kernel/global.h kernel/debug.h lib/kernel/print.h \ + lib/kernel/io.h kernel/interrupt.h lib/string.h lib/stdint.h + $(CC) $(CFLAGS) $< -o $@ + +$(BUILD_DIR)/thread.o: thread/thread.c thread/thread.h lib/stdint.h \ + kernel/global.h lib/kernel/bitmap.h kernel/memory.h lib/string.h \ + lib/stdint.h lib/kernel/print.h kernel/interrupt.h kernel/debug.h + $(CC) $(CFLAGS) $< -o $@ + + +# 编译loader和mbr +$(BUILD_DIR)/mbr.bin: boot/mbr.S + $(AS) $(ASIB) $< -o $@ + +$(BUILD_DIR)/loader.bin: boot/loader.S + $(AS) $(ASIB) $< -o $@ + +############## 汇编代码编译 ############### +$(BUILD_DIR)/kernel.o: kernel/kernel.S + $(AS) $(ASFLAGS) $< -o $@ +$(BUILD_DIR)/print.o: lib/kernel/print.S + $(AS) $(ASFLAGS) $< -o $@ + +############## 链接所有目标文件 ############# +$(BUILD_DIR)/kernel.bin: $(OBJS) + $(LD) $(LDFLAGS) $^ -o $@ + +.PHONY : mk_dir hd clean tran all + +mk_dir: + if [[ ! -d $(BUILD_DIR) ]];then mkdir $(BUILD_DIR);fi + +hd: + # echo ".....Writing mbr, loader and kernel to disk....." + dd if=$(BUILD_DIR)/mbr.bin of=/home/ahu/install/bochs/hd60M.img bs=512 count=1 conv=notrunc + dd if=$(BUILD_DIR)/loader.bin of=/home/ahu/install/bochs/hd60M.img bs=512 count=4 seek=2 conv=notrunc + dd if=$(BUILD_DIR)/kernel.bin of=/home/ahu/install/bochs/hd60M.img bs=512 count=200 seek=9 conv=notrunc + + +clean: + cd $(BUILD_DIR) && rm -f ./* + +build: $(BUILD_DIR)/mbr.bin $(BUILD_DIR)/loader.bin $(BUILD_DIR)/kernel.bin + # echo ".....build kernel now....." + +all: mk_dir build hd tran + +tran: + cd /home/ahu/install/bochs/ && bin/bochs -f bochsrc.disk \ No newline at end of file diff --git a/c9/thread_start/test_pra/thread_test.c b/c9/thread_start/test_pra/thread_test.c new file mode 100755 index 0000000..11567c1 --- /dev/null +++ b/c9/thread_start/test_pra/thread_test.c @@ -0,0 +1,2 @@ +#include +#include diff --git a/c9/thread_start/thread/thread.c b/c9/thread_start/thread/thread.c new file mode 100755 index 0000000..34d4ee6 --- /dev/null +++ b/c9/thread_start/thread/thread.c @@ -0,0 +1,76 @@ +#include "thread.h" +#include "stdint.h" +#include "string.h" +#include "global.h" +#include "memory.h" + +#define PG_SIZE 4096 + +// 不能按照以往的函数调用， 比如 kernel_thread(function， func_arg) +// 因为 我们此处采用的是 ret 返回，而不是 call ， +// 因此需要采用存储到 kernel_thread 的栈中，存储参数和占位返回地址的方式 + + +/* 由kernel_thread去执行function(func_arg) */ +static void kernel_thread(thread_func* function, void* func_arg) { + function(func_arg); // 调用 function +} + +// 初始化线程栈thread_stack,将待执行的函数和参数放到thread_stack中相应的位置 +void thread_create(struct task_struct* pthread, thread_func function, void* func_arg) { + // 由于 init_thread 中，已经指向最顶端了 + // 先预留中断使用栈的空间，可见 thread.h 中定义的结构 + // 中断栈用于保存中断时的上下文，实现用户进程时，初始值也会放在中断栈 + pthread->self_kstack -= sizeof(struct intr_stack); + + // 再留出线程栈空间 + pthread->self_kstack -= sizeof(struct thread_stack); + + // 定义线程栈指针 + struct thread_stack* kthread_stack = (struct thread_stack*) pthread->self_kstack; + + // 为 kernel_thread 中 能调用 function 做准备 + // kernel_thread 是第一个函数， eip直接指向它，然后再调用其他的 function + kthread_stack->eip = kernel_thread; + kthread_stack->function = function; + kthread_stack->func_arg = func_arg; + // 初始化为 0 ，在还未执行函数前，寄存器不应该有值 + kthread_stack->ebp = kthread_stack->ebx = \ + kthread_stack->edi = kthread_stack->esi = 0; +} + + +// 初始化线程基本信息 +void init_thread(struct task_struct* pthread, char* name, int prio) { + // + memset(pthread, 0, sizeof(*pthread)); + + strcpy(pthread->name, name); + // 此处是为演习，因此直接将 状态置为 running + pthread->status = TASK_RUNNING; + pthread->priority = prio; + pthread->stack_magic = 0x20000611; //自定义一个魔数 + // self_kstack 是线程自己在内核态下使用的栈顶地址，指向最顶端 + pthread->self_kstack = (uint32_t*)((uint32_t)pthread + PG_SIZE); +} + +// 线程创建函数 +//创建一优先级为prio的线程,线程名为name,线程所执行的函数是function(func_arg) +struct task_struct* thread_start(char* name, int prio, thread_func function, void* func_arg) { + // pcb 位于内核空间，包括用户进程的 pcb 也是在内核空间中 + + // 先通过 内核物理页申请函数 申请一页 + struct task_struct* thread = get_kernel_pages(1); + // 由于 get_kernel_page 获取的是起始位置，因此获取的是 pcb 最低地址 + // 初始化新建线程 + init_thread(thread, name, prio); + // 创建线程 + thread_create(thread, function, func_arg); + + // 简陋版本（以后改为 switch_to + // 作用为：开启线程 + // 由于 thread_create 中将 self_kstack 指向线程栈的最低处，现在将 self_kstack 作为栈顶 + // ret 操作时，由于 thread_create 函数中，将 eip 指向了 kernel_thread，因此 ret时，会跳转到该函数 + asm volatile("movl %0, %%esp; pop %%ebp; pop %%ebx; pop %%edi; pop %%esi; ret" : : "g"(thread->self_kstack) : "memory"); + return thread; +} \ No newline at end of file diff --git a/c9/thread_start/thread/thread.h b/c9/thread_start/thread/thread.h new file mode 100755 index 0000000..14bd23f --- /dev/null +++ b/c9/thread_start/thread/thread.h @@ -0,0 +1,90 @@ +#ifndef __THREAD_THREAD_H +#define __THREAD_THREAD_H +#include "stdint.h" + +// 自定义通用函数类型,它将在很多线程函数中做为形参类型 +typedef void thread_func(void*); + +// 进程或线程的状态 +enum task_status { + TASK_RUNNING, + TASK_READY, + TASK_BLOCKED, + TASK_WAITING, + TASK_HANGING, + TASK_DIED +}; + +/*********** 中断栈intr_stack *********** + * 此结构用于中断发生时保护程序(线程或进程)的上下文环境: + * 进程或线程被外部中断或软中断打断时,会按照此结构压入上下文 + * 寄存器, intr_exit中的出栈操作是此结构的逆操作 + * 此栈在线程自己的内核栈中位置固定,所在页的最顶端 +********************************************/ +struct intr_stack { + uint32_t vec_no; // kernel.S 宏VECTOR中push %1压入的中断号 + uint32_t edi; + uint32_t esi; + uint32_t ebp; + // 虽然pushad把esp也压入,但esp是不断变化的,所以会被popad忽略 + uint32_t esp_dummy; + uint32_t ebx; + uint32_t edx; + uint32_t ecx; + uint32_t eax; + uint32_t gs; + uint32_t fs; + uint32_t es; + uint32_t ds; + +/* 以下由cpu从低特权级进入高特权级时压入 */ + uint32_t err_code; // err_code会被压入在eip之后 + void (*eip) (void); + uint32_t cs; + uint32_t eflags; + void* esp; + uint32_t ss; +}; + +/*********** 线程栈thread_stack *********** + * 线程自己的栈,用于存储线程中待执行的函数 + * 此结构在线程自己的内核栈中位置不固定, + * 用在switch_to时保存线程环境。 + * 实际位置取决于实际运行情况。 + ******************************************/ +struct thread_stack { + uint32_t ebp; + uint32_t ebx; + uint32_t edi; + uint32_t esi; + + /* 线程第一次执行时,eip指向待调用的函数kernel_thread + 其它时候,eip是指向switch_to的返回地址*/ + void (*eip) (thread_func* func, void* func_arg); + + /***** 以下仅供第一次被调度上cpu时使用 ****/ + // 占位函数，迷惑 ret ,假装为返回地址，实则为获取参数提供栈顶位置 + // 用于找到函数参数位置 + void (*unused_retaddr); + thread_func* function; // 由 Kernel_thread 所调用的函数名 + void* func_arg; // 由 Kernel_thread 所调用函数所需要的的参数 +}; + +// 进程或线程的 pcb， 程序控制块 +struct task_struct { + uint32_t* self_kstack; // 各内核线程都用自己的内核栈 + char name[16]; // 记录任务的名字 + enum task_status status; // 线程状态 + uint8_t priority; // 线程优先级 + + // 通过判断栈的边界溢出魔数值是否发生变化 + uint32_t stack_magic; // 栈的边界标记，用于检测栈的溢出 + + +}; + +void thread_create(struct task_struct* pthread, thread_func function, void* func_arg); +void init_thread(struct task_struct* pthread, char* name, int prio); +struct task_struct* thread_start(char* name, int prio, thread_func function, void* func_arg); + +#endif \ No newline at end of file diff --git a/tool/calculator.sh b/tool/calculator.sh new file mode 100755 index 0000000..2c6627f --- /dev/null +++ b/tool/calculator.sh @@ -0,0 +1 @@ +echo |awk "{printf(\"%$2\n\",$1)}" diff --git a/tool/kernel.sh b/tool/kernel.sh new file mode 100755 index 0000000..caf1a8d --- /dev/null +++ b/tool/kernel.sh @@ -0,0 +1,2 @@ +gcc -c -o kernel/main.o kernel/main.c && ld kernel/main.o -Ttext 0xc0001500 -e main -o kernel/kernel.bin && dd if=kernel/kernel.bin of=/home/work/my_workspace/bochs/hd60M.img bs=512 count=200 seek=9 conv=notrunc + diff --git a/tool/loader.sh b/tool/loader.sh new file mode 100755 index 0000000..08489ea --- /dev/null +++ b/tool/loader.sh @@ -0,0 +1 @@ +nasm -I include/ -o loader.bin loader.S && dd if=./loader.bin of=/home/work/my_workspace/bochs/hd60M.img bs=512 count=3 seek=2 conv=notrunc diff --git a/tool/mbr.sh b/tool/mbr.sh new file mode 100755 index 0000000..fb6f63e --- /dev/null +++ b/tool/mbr.sh @@ -0,0 +1 @@ +nasm -I include/ -o mbr.bin mbr.S && dd if=./mbr.bin of=/home/work/my_workspace/bochs/hd60M.img bs=512 count=1 conv=notrunc diff --git a/tool/xxd.sh b/tool/xxd.sh new file mode 100755 index 0000000..564272a --- /dev/null +++ b/tool/xxd.sh @@ -0,0 +1,21 @@ +#usage: sh xxd.sh 文件 起始地址 长度 +xxd -u -a -g 1 -s $2 -l $3 $1 + +#-u use upper case hex letters. Default is lower case. +# +#-a | -autoskip +# toggle autoskip: A single ’*’ replaces nul-lines. Default off. +# +#-g bytes | -groupsize bytes +# separate the output of every bytes (two hex characters or eight bit-digits each) by a whitespace. Specify -g 0 to +# suppress grouping. defaults to 2 in normal mode and 1 in bits mode. Grouping does not apply to postscript or +# include style. +# +#-c cols | -cols cols +# format octets per line. Default 16 (-i: 12, -ps: 30, -b: 6). Max 256. +# +#-s [+][-]seek +# start at bytes abs. (or rel.) infile offset. + indicates that the seek is relative to the current stdin file position +# (meaningless when not reading from stdin). - indicates that the seek should be that many characters from the end of +# the input (or if combined with +: before the current stdin file position). +# Without -s option, xxd starts at the current file position.