X86汇编语言-从实模式到保护模式—笔记（8）

兰陵月

第8章  硬盘和显卡的访问与控制

例程理解学习

接-X86汇编语言-从实模式到保护模式—学习笔记（七）

;以下读取程序的起始部分，即第一个扇区，为什么先读程序的起始部分，因为用户程序的头部有该程
;序的关键信息，特别是程序的长度数据，这样加载程序就知道要读取多少数据才能正确完整地加载用
;户程序了。

;有关硬盘读取的相关资料：硬盘是块设备，每次读取都是一个扇区一个扇区读取的。
;硬盘读取通过相关端口进行，端口有8个，分别是0x1f0~0x1f7。
;第一步：设置要读取的扇区数量。写入端口0x1f2，这是一个8位端口。
;第二部：设置起始LBA扇区号。将28位扇区号分别写入端口0x1f3~0x1f6，端口0x1f6高4位为1110。
;第三部：请求硬盘读。向端口0x1f7写入0x20。
;第四步：等待读写操作完成。不停检测端口0x1f7的第7位、第3位，值为0、1表示准备好了。
;第五步：连续取出数据。从端口0x1f0（16位）取出数据，分256次，每次1个字。

xor di,di  ; 第12行
mov si,app_lba_start  ; 第13行
;在硬盘LBA模式中，用28个比特位来表示逻辑扇区号。
;逻辑第100扇区二进制值为：0000 0000 0000 0000 0000 0110 0100，程序第13行的寄存器SI为16位，
;不能完整地存下其整个数值，因此余下的12位（28位减去SI中的低16位）放在寄存器DI的低12
;位中。（此处DI中最高4位的值为0，但并无用处）
;下图为LBA形式的逻辑扇区编号在寄存器DI、SI的存储示意图


xor bx,bx  ; 第14行
;初始化bx的值为0，表示下面要将用户程序加载到目标缓冲区DS:0x0000处开始的地方。
;bx使用的地方在过程“read_hard_disk_0”里。
;下图红框里就是用户程序将加载到的目标位置。


call read_hard_disk_0  ; 第15行
;调用过程“read_hard_disk_0”,读取第1个扇区。
;执行这句的时：
;第1步，处理器将当前SP值减去2，再将当前CS值压入栈中SS:SP指向的地方-0000:FFFE；
;第2步，处理器再将当前SP值减去2，再将当前IP值压入栈中SS:SP指向的地方-0000:FFFC；
;第3步，跳转到标号“read_hard_disk_0”处开始执行。
;压入的CS和IP指向下面的第16行的语句。
;【跳转到第51行处】
      
;【由第91行跳转来此处】
;以下判断整个程序有多大
mov dx,[2]  ; 第16行
mov ax,[0]  ; 第17行
;“[0]”、“[2]”的意思是DS:[0]、DS:[2]，此时DS的值为0x1000。见程序第10行、第11行注释。
;我们知道经过过程“read_hard_disk_0”之后，我们已经将用户程序开头一个扇区长度的内容加载到了
;DS:0000处。而用户程序最开始的地方-header段-定义了一个双字 “program_length”，如下图。

;用户程序加载后，该标号“program_length”所处的位置为DS：0000开始的4个字节。放置的内容为
;“program_end”，而标号“program_end”编译后的数值实际上等于该用户程序的长度（以字节计算）。
;根据低端字节序存放方式，我们可以得知，DS:[0]处存放着用户程序长度的低字，DS:[2]处存放着用
;户程序长度的高字。因此，程序第16行将用户程序长度数值的高字放入寄存器DX中，程序第17行
;将用户程序长度数值的低字放入寄存器AX中。

;得到了用户程序长度的数值后，我们就可以判断经过一个扇区的加载后，程序是已经加载完？如果加
;载完成了，那我们就接下来重定位用户程序。如果没有加载完，就计算还要加载多少个扇区。

mov bx,512  ;第18行
div bx  ;第19行
;现在程序的总长度（以字节计算）储存在DX:AX中。因为硬盘读取每次是一个一个扇区读取的，而
;一个扇区长度是512字节，因此在知道用户程序长度（以字节计算）之后，要知道一个程序要通过多
;少个扇区读取才能加载完成，我们可以将用户程序长度整除512，除法之后的商就是整个用户程序的
;扇区数。
;程序第18行将除数512给了寄存器BX。程序第19行进行除法操作。
;程序第19行执行完毕之后，商放在AX中，余数放在DX中。

;得到商和余数之后，我们要考虑以下几个可能的情况：
;【情况1】余数是否为0的状况。代表用户程序长度是否正好是512的倍数。如果余数DX=0，则说
;明程序长度刚好能够被整除。如果余数DX不等于0，则说明用户程序长度不能被512整除。
;【情况2】根据【情况1】，如果DX=0，则说明用户程序长度能够被512整除，这时整个用户程序长
;度扇区数目为商的值（即AX的值，这个值肯定>=1），而此时已经加载了一个扇区，因此还需要加
;载的扇区数目为AX的值减去1。这个时候我们再判断AX-1的值，如果AX-1的值为0，则说明
;还要加载0个扇区（意思就是用户程序刚好一个扇区大，经过第一次加载，我们已经全部加载完了）。
;如果AX-1的值>=1，则说明还要加载AX-1个扇区，那我们就循环AX-1次调用过程
;“read_hard_disk_0”继续加载用户程序。
;【情况3】根据【情况1】，如果DX≠0，则说明用户程序不能被512整除，即用户程序长度不是整
;数个扇区长度。在DX≠0的情况下，我们又要考虑两种情况。一是AX是否等于0，如果AX=0，则
;说明用户程序长度不足512字节，因此时我们已经加载了一个扇区，因此整个用户程序在第一次加载
;的时候，就已经全部加载完毕了，我们可以对用户程序进行后续加工处理。二是AX≠0，则说明整
;个用户程序的长度为商+1，即AX+1。为什么是AX+1，因为用户程序长度数值整除512有余数，且
;加载硬盘数据是一个一个扇区为单位，不是以字节为单位，因此余数在加载时也是用一个扇区长度来
;加载的，所以在DX≠0，且AX≠0的情况下，整个用户程序是需要AX+1个扇区来加载。因此时我
;们已经加载一个扇区长度的内容，因此用户程序剩下的内容需要加载（AX+1）-1个扇区，即AX个
;扇区。接下来我们就循环AX次调用过程“read_hard_disk_0”继续加载用户程序。

push ds  ;第26行                        
;等下要用到并改变DS寄存器，这里对DS进行现场保存。
;在执行此句之前，DS的值位0x1000，也就是用户程序加载的位置，这个位置等下还要用到，因此这
;里必须保存，否则后续处理就用不上了，当然后面要用到DS的地方，也可以采取把ES给AX后，
;再由AX给DS的方式，但是那种做法不如这里简单，程序执行也更慢。

mov cx,ax  ;第27行
;将AX值给CX，作为循环次数，也就是循环调用过程“read_hard_disk_0”的次数。

@2:  ;此处忘记填写行号，如添加则会改动下面太多处，所以不添加了。
mov ax,ds  ;第28行
add ax,0x20  ;第29行
mov ds,ax  ;第30行
xor bx,bx  ;第31行
;用户程序被加载的位置是由DS和ES所指向的逻辑段。一个逻辑段最大也只有64KB，当用户程序大
;于64KB的时候，如果仍靠原来的DS和ES加偏移地址，则偏移地址达到FFFF时，又会绕回到0000
;的地方，把原来最初的开始加载的内容覆盖掉，就会导致发生错误。
;要解决这个问题的最好办法就是，每次往内存中加载一个扇区前，都重新在前面的数据尾部构造一个
;新的逻辑段，并把要读取的数据加载到这个新的逻辑段内，如此一来，因为每个段的大小是512字节，
;即十六进制的0x200，右移4位后（相当于除以16）为0x20，这就是新段的段地址和旧段的段地址之
;间的差值。因此新段段地址=老段段地址+0x20，新段的偏移地址仍然是从0x0000开始。
;程序第28行将老段段地址给AX。
;程序第29行、第30行，将AX值加上0x20（即新老段地址差值）后，再给DS。
;程序第31行，将用作偏移地址的寄存器BX清零，意思是偏移地址每次从0开始。
;循环每次执行到这里之后，DS的值就是新段的段地址了，偏移地址就是BX（从0开始）。

inc si  ;第32行
;第一次读取的时候逻辑扇区号是100，现在要开始读下一个逻辑扇区，因此将SI自加1。得到下一个
;将要读取的逻辑扇区的扇区号。
;这里考虑SI的值可能大于65535的情况，比如我将用户程序储存在逻辑扇区65535号的位置，即主
;引导程序中常量定义为65535，将65535即十六进制的FFFF给SI，当用户程序有2个或2个以上扇
;区长度时，读完第一个扇区之后，SI自加1，则变成0x10000，但SI只有16位，因此只保留低16位，
;所以SI的值变成了0，而硬盘上第0号扇区储存的是主引导扇区，因此读取的数据就会发生错误。
;按照上述情况进行操作后，即把主引导扇区的“app_lba_start”值改为65535，将用户程序储存在硬盘
;第65535个扇区起始处，编译后运行，结果果然发生了错误。
;如下图，将“app_lba_start”值改为65535。红线部分。

;如下图，将用户程序存储在硬盘的第65535号扇区开始的地方。

;程序运行之后，不能如原来设计一般正常运行。红色部分开始产生乱码。

;下图为程序正常运行图


call read_hard_disk_0  ;第33行
;调用过程“read_hard_disk_0”读取SI指向的扇区。

loop @2  ;第34行
;循环读CX次数，直到读完整个功能程序。

pop ds  ;第35行                        
;程序全部加载完毕，恢复数据段基址到用户程序头部段。
;push ds之前，DS的值为0x1000，此处执行完毕后，DS的值恢复为0x1000。

;程序运行到此处时，用户程序已经全部正确加载完毕。
;接下来就是要对用户程序头部进行处理，以处理器从加载程序正确地跳到用户程序处。
;下面开始计算入口点代码段基址

【未完待续，接-X86汇编语言-从实模式到保护模式—学习笔记（九）】