用软盘引导扇区加载.bin文件到内存…

在x86平台，如果我们的汇编程序比较小，例如只显示一个字符串，则我们用软盘的引导扇区（占一个扇区）就够了；但是我们的程序以后会越写越大，会超出一个扇区的范围（512字节），这时我们就需要改变策略，我们先把程序分成两个部分，第一部分是引导程序，第二部分是我们要真正操作的核心程序。我们把第二部分存到软盘的某个地方，然后通过第一部分的引导程序把第二部分程序加载到内存中运行。这样我们的核心程序就可以写得很大。

我们先把简单的部分说了，也就是第二部分程序，为了方便起见，我们还是现实一个字符串，但是在这里我们开辟1024*2个字节的堆栈空间，这样第二部分程序的大小就远远超出了512个字节。
代码如下

%include "pm.inc"

org 0x7c00
jmp LABEL_BEGIN

;----------------------------------------------------------------------------------------
;GDT table
[SECTION .gdt]
LABEL_GDT: Descriptor 0,    
0,      
   0
LABEL_DESC_DATA: Descriptor 0,  
    DATA_LEN,  
DA_DRW
LABEL_DESC_STACK: Descriptor 0,  
    STACK_LEN,
 DA_DRWA + DA_32
LABEL_DESC_VIDEO: Descriptor  
   0xB8000, 0xFFFF,
   
DA_DRW 

GDT_LEN equ $ - LABEL_GDT
GDT_PTR dw GDT_LEN - 1
dd LABEL_GDT

;----------------------------------------------------------------------------------------
;Selector
SelectorData equ LABEL_DESC_DATA - LABEL_GDT
SelectorStack equ LABEL_DESC_STACK - LABEL_GDT
SelectorVideo equ LABEL_DESC_VIDEO - LABEL_GDT

;----------------------------------------------------------------------------------------
[SECTION .data]
ALIGN 32
[BITS 32]
LABEL_DATA:
SayHelloLily: db "Hello, Lily!"
LilyStringOffset equ SayHelloLily - $$
SayHelloKaito: db "Hello, kaito!"
KaitoStringOffset equ SayHelloKaito - $$
DATA_LEN equ $ - LABEL_DATA - 1

[SECTION .stack]
ALIGN 32
[BITS 32]
LABEL_STACK:
times 1024*2 db 0
STACK_LEN equ $ - LABEL_STACK - 1

;----------------------------------------------------------------------------------------
[SECTION .s16]
[BITS 16]
LABEL_BEGIN:
mov ax, cs
mov ds, ax
mov es, ax
mov ss, ax
mov sp, 0100h
mov ax, 0xB800
mov gs, ax
mov ah, 0x0F
mov di, (80 * 3 + 1) * 2
mov al, 'L'
mov [gs:di], ax
mov di, (80 * 3 + 2) * 2
mov al, 'i'
mov [gs:di], ax
mov di, (80 * 3 + 3) * 2
mov al, 'l'
mov [gs:di], ax

mov di, (80 * 3 + 4) * 2
mov al, 'y'
4000

mov [gs:di], ax

jmp $

虽然没有进入保护模式的代码，但是堆栈还是开辟了， 1024*2个字节
编译 nasm loader.asm -o loader.bin

接下来就是要写引导扇区的程序，要在软盘中找到loader.bin，再加载到内存运行

首先要学习一下软盘的存储结构，我在虚拟机上添加了一个虚拟软盘，FAT12的
其结构如下图




1.最开始的一个扇区（一个扇区512字节）是引导扇区，x86处理器开机会把这个扇区的内容加载到内存的0x7c00的位置运行；这里整个扇区的结构是固定的




我们的引导代码就放在62偏移位置。

2.然后是两个FAT区，每一个FAT区占9个扇区，一般FAT2是FAT1的复制，不用；
FAT区是由一个个FAT项构成的，每一个FAT项有3个字节（24位）。

3.再后面是根目录区，其大小不一定，但是可以设置（在引导扇区开头有一个结构，可以设置根目录区有多少个扇区）；
根目录区存放的文件的条目，每一个条目代表一个文件，占用32位



4.最后是数据区，存的是文件的内容，以簇为单位（这里一个簇占一个扇区）

【注】在数据区一般不用第0和1个簇号，也就是说数据区的第一个扇区的簇号是2；又因为FAT区的每一个FAT项对应数据区的一个簇，所以图形理解为




利用簇号*3/2可以得到FAT项

所以总的步骤是这样的
1.我们在引导程序中需要给出要加载的文件的文件名
2.根据这个文件名，在根目录区找到这个文件的条目
3.从条目的0x1A偏移处获取簇号，跳转到数据区文件的起始位置（簇号），并读取该扇区的内容到内存
4.根据簇号，计算其在FAT中对应的FAT项
5.判断该项是0xFFF（文件的结束），还是0x002~0xFEF（下一个簇号）
6.如果是下一个簇号，则跳转到数据区对应簇号位置，又读取一个扇区，再回到步骤4

mov word [wSectorNo], SectorNoOfRootDirectory
；表示当前要读取的扇区号
LABEL_SEARCH_IN_ROOT_DIR_BEGIN:
cmp word [wRootDirSizeForLoop], 0
；根目录总的扇区数，判断是否把整个根目录区读完了，若为0则表示读完了整个根目录区都没有找到lodaer.bin
jz LABEL_NO_LOADERBIN
dec word [wRootDirSizeForLoop]

mov ax, BaseOfLoader ；填写读取扇区函数的参数，读取扇区到内存处的基地址
mov es, ax
mov bx, OffsetOfLoader ；填写读取扇区函数的参数，读取扇区到内存处的偏移地址
mov ax, [wSectorNo] ；当前要读取的起始扇区号
mov cl, 1 ；要读取的扇区数
call ReadSector ；读取一个扇区到内存的[es:bx]位置
mov si, LoaderFileName
；读取完一个扇区后开始判断这个扇区里面是否有loader.bin这个文件名
mov di, OffsetOfLoader
cld
mov dx, 0x10
;根目录区中一个条目占用32个字节，一个扇区共512个字节，所以根目录区中，一共扇区共有16个条目
LABEL_SEARCH_FOR_LOADERBIN:
cmp dx, 0
jz LABEL_GOTO_NEXT_SECTOR_IN_ROOT_DIR
dec dx
mov cx, 11
LABEL_CMP_FILENAME: ;文件名占11位
cmp cx, 0
jz LABEL_FILENAME_FOUND
dec cx
lodsb
cmp al, byte [es:di]
jz LABEL_GO_ON
jmp LABEL_DIFFERENT
LABEL_GO_ON: ；判断文件名的下一个字节
inc di
jmp LABEL_CMP_FILENAME
LABEL_DIFFERENT:
and di, 0xFFE0
add di, 0x20
mov si, LoaderFileName
jmp LABEL_SEARCH_FOR_LOADERBIN

LABEL_GOTO_NEXT_SECTOR_IN_ROOT_DIR:
add word [wSectorNo], 1
jmp LABEL_SEARCH_IN_ROOT_DIR_BEGIN

在这其中，有一个函数：ReadSector

;读取第ax开始的扇区，读取cl个扇区，存到es:bx的位置
ReadSector:
mov cl, [BPB_SecPerTrk]
div cl
inc ah
mov cl, ah ;cl is ready
mov dh, al
mov ch, al
shr ch, 1 ;ch is ready
and dh, 1 ;dh is ready
mov dl, 0 ;dl is ready
.GoOnReading:
mov ah, 2
mov al, 1
int 13h
jc .GoOnReading

ret

用的是BIOS调用，读取cl个扇区（填写好下表中各个寄存器，调用int 0x13软中断即可）




LABEL_FILENAME_FOUND:
.........
这样我们就找到loader.bin文件在根目录的条目，来到了LABEL_FILENAME_FOUND
既然我们找到了这个文件，那接下来就要把loader.bin加载到内存中

LABEL_FILENAME_FOUND:
and di, 0xFFE0 ;指向该条目的DIR_Name的位置，即该条目的起始位置
add di, 0x1A ;指向该条目的DIR_FstClus位置，为该条目在数据区中的簇号
mov ax, word [es:di] ;ax为数据区中对应的簇号
push ax ;保存这个簇号，为GetFATEntry输入参数

；DeltaSectorNo equ 17
;文件的起始扇区号   =   [es:di]
     
   + RootDirSectors
     
 +  DeltaSectorNo
;      
 DirEntry中的簇号 + 根目录区占用的扇区数  +
 17(因为数据区0、1簇号不使用，所以减2)

add ax, RootDirSectors ；根目录区占用14个扇区
add ax, DeltaSectorNo ;此时ax为loader.bin的起始扇区号
mov dx, BaseOfLoader
mov es, dx
mov dx, OffsetOfLoader
mov bx, dx ;准备好ReadSector的[es:bx]
LABEL_GOON_LOADING_FILE:
mov cl, 1
call ReadSector ;读取在数据区loader.bin的起始扇区
pop ax
call GetFATEntry ;根据数据区的簇号，在FAT中找对应的条目，即找下一个簇号
cmp ax, 0xFFF
jz LABEL_FILE_LOADED
push ax
add ax, RootDirSectors
add ax, DeltaSectorNo
add bx, [BPB_BytesPerSec]
jmp LABEL_GOON_LOADING_FILE

；此处loader.bin已经全部加载到内存了BaseOfLoader:OffsetOfLoader这个位置，所以跳转到这里执行，也就是开始执行我们的loader.bin的程序了
LABEL_FILE_LOADED:
jmp BaseOfLoader:OffsetOfLoader

到此我们已经得到了boot.bin 和 loader.bin
我们要在虚拟机里面做好软盘，再运行

在Linux下制作软盘映像用bximage命令，选择fd，后面全默认
然后dd if=boot.bin of=a.img bs=512 count=1 conv=notrunc
mount -o loop /mnt/floppy （要事先在mnt目录下建立floppy目录）
cp loader.bin /mnt/floppy
umount /mnt/floppy

这样就得到了一个a.img映像，里面还包含loader.bin文件，我们把这个a.img作为新的虚拟机的启动软盘映像就可以启动了

下面是两个文件的代码：
boot&loader

虽然能够加载文件了，但是这个好像进不了保护模式，在切换到保护模式后，对段寄存器操作就会出错，我知道是GDT的首地址变了，可是改了也没用，这是个问题，回头再看了