X86汇编语言-从实模式到保护模式—笔记（13）【多图，手鸡慎入】

兰陵月

接——X86汇编语言-从实模式到保护模式—学习笔记（九）

主引导扇区程序将用户程序全部加载之后，就开始处理用户程序的头部，主要处理的内容有：1、重新处理用户程序入口点所在段的段地址并回填，重新处理其他段的段地址并回填，头部所在段的段地址不需要作处理，因为这是处理器的事情，且用户程序需要实现的一些也不需要修改头部所在段的段地址。
处理完用户程序的头部之后，主引导扇区会用一个“jmp far [偏移地址]”指令，跳转到用户程序入口点处开始执行。

jmp far [0x04]  ;第50行（位于主引导扇区程序内）
【从主引导扇区程序第50行跳转而来】

第119行为用户程序入口点。从主引导扇区程序第50行跳转而来
第120、121、122行，将用户程序所使用的栈的段地址给了段寄存器SS，并确定了栈指针SP。第122行运行完毕之后，段寄存器SS栈指针指向下图中第297行所处的段，栈指针SP指向指向第300行处的标号处，标号“ss_pointer”的值为256，即栈指针SP的值为256D。“mov sp,ss_pointer”实际上等于“mov sp,256”。
我们可以看到这个栈的大小是256字节，即128个字。


上图中伪指令“resb”的意思是从当前位置开始，保留指定数量的字节，但不初始化它们的值，在源程序编译时，编译器会保留一段内存区域，用来存放编译后的内容。当它看到这条伪指令时，它仅仅是跳过指定数量的字节，而不管里面的原始内容是什么。内存是反复使用的，谁也无法知道以前的使用者在这里留下了什么。也就是说，跳过的这段空间，每个字节的值是不确定的。
【知识点】栈无疑是很重要的，不能被破坏。绝大多数时候，对栈的改变是分两步进行的，先改变段寄存器SS的内容，接着又修改栈指针寄存器SP的内容。假如在刚刚修改了段寄存器SS—比如第121行处执行完修改了段寄存器SS，在还没来得及修改SP的情况下，就发生了中断，会出现什么后果呢？因为中断需要使用栈，而栈不是单独使用SS就可以了，需要SP与其配合才能正常读取数据，此时SS已经修改，而SP还没来得及修改时发生中断，而处理器如果在这个时候响应中断，则会将错误的返回地址压入当前SS:SP位置，且不论这个SS:SP是否有效，但处理器处理完中断无法正常返回那就是肯定的了，程序就这样发生了致命错误。
因此，在程序第121、122行执行期间，处理器禁止中断。
第123、124行，将用户程序的数据段data的段地址给了寄存器ds。第124行执行完毕之后，寄存器ds指向下图第286行处所处的段，即data段。

上图中，我们可以看到，data段定义的时候，有子句“vstart=0”，因此，我们可以知道，其段内的标号“init_msg”、“inst_msg”、“done_msg”、“tips_msg”的地址是从第286行开始计算的，并且是从“0”开始计算的。所以，程序第123、124行运行完毕之后，ds:[init_msg]指向标号“init_msg”处，ds:[inst_msg]指向标号“inst_msg”处，ds:[done_msg]指向标号“done_msg”处，ds:[tips_msg]指向标号“tips_msg”处。

经过上述操作后，段寄存器DS、SS被重新赋值，指向用户程序自身相关段，这样用户程序就可以访问自己的专属数据了。段寄存器CS就不用初始化了，那毕竟是加载器负责的事情，要不然用户程序怎么可能自己执行呢。

要响应中断，处理器就必须能找到处理中断的程序，也就是必须有中断处理程序的入口点地址。而中断程序的入口地点放置在中断向量表中，因此，下一步我们要在中断向量表中安装实时时钟中断的入口点。


为了增加程序的友好性，在安装中断向量之前，我们应该显示一些提示信息。

程序第126行，将标号“init_msg”的值给寄存器bx，作为显示初始信息的参数。
程序第127行，跳转至标号“put_string”处执行。程序第129、130行功能类似，只是显示的信息不同而已。

子程序“put_string”在源程序第179行~第189行。如下图：

程序第181行，将内存单元DS:[BX]处的字节传递给寄存器CL。
程序第182行，将CL与自己进行“或”操作。一个数和自己做“或”运算，结果还是它自己，但计算结果会影响标志寄存器中的某些位。如果ZF位置位0，则说明取到了串结束标志“0”，程序转移到第188行处执行，退出过程“put_string”。否则，将取到的字符串作为参数，调用过程“put_char”。过程“put_char”起始处在源程序第192行，结束处在源程序第283行。

字符串未结束的情况下，程序由第183行顺序执行到第184行。
第184行，调用过程“put_char”，跳转到第192行。如下图：

第194行~第199行，由于在子程序“put_char”运行过程中，会破坏调用前的各个寄存器的值，因此，在这里，将各个寄存器的值压栈保护，程序返回前再出栈恢复。

光标是在屏幕上有规律地闪动的一条小横线，通常用于指示下一个要显示的字符位置。因此我们要在屏幕上显示字符，首先就要找到当前光标的位置。
光标在屏幕上的位置保存在显卡内部的两个光标寄存器中，每个寄存器是8位的，合起来形成一个16位的数值。比如，0表示光标在屏幕上第0行第0列，80表示它在第1行第0列，因为标准VGA文本模式是25行，每行80个字符。这样算来，当光标在屏幕右下角时，该值为25×80-1=1999。
光标寄存器是可读可写的，而且显卡从来不自动移动光标位置，移动光标位置实际就是对光标寄存器进行读写操作。显卡内部的寄存器操作只能通过索引寄存器间接访问。索引寄存器的端口号是0x3d4，可以向它写入一个值，用来指定内部的某个寄存器。指定了某个寄存器后，可以通过数据端口0x3d5进行读写。前面提到的光标的两个8位寄存器，其索引值分别是0x0e和0x0f，分别用于提供光标位置的高8位和低8位。


第202行，将0x3d4给寄存器dx，表明等下对0x3d4端口操作。
第203行，将提供光标位置高8位的光标寄存器的索引值0x0e给al。
第204行，将索引值0x0e写入0x3d4端口。表明下面将对提供光标位置高8位的光标寄存器进行操作。
第205行，将0x3d5给寄存器dx，表明即将对0x3d5端口进行操作。
第206行，从0x3d5端口取出一个字节，这个字节就是光标位置高8位数值。
第207行，将光标位置高8位数值给寄存器ah，腾出al来，因为等下还要用al进行操作。
第209行~第213行，用同样的方法取出光标位置低8位，只不过中间的索引值由0x0e变成了0x0f。
程序执行完第213行后，寄存器AH中放置了光标位置的高8位，寄存器AL中放置了光标位置的低8位。因此寄存器AX就是光标位置的16位完整数据。
第214行，将光标位置数据给BX，因为下面的操作中要用到寄存器AX。

执行到第216行，出现了一个比较语句。将cl的值和0x0d相比较。Cl的值来自第82行，也就是从字符串中取来的。0x0d在字符串中代表是回车的意思。这一行的意思是：将取到的字符同回车符进行比较。
第217行，判断第216行的比较结果，如果是回车符，则不符合本行“jnz .put_0a”的跳转条件，不进行跳转，而顺序往下执行第218行。如果不是回车符，则跳转到“.put_0a”处执行。
假如是回车符，那么取到的CL的值肯定为0x0d，那第216行执行后，ZF会被置1。第217行执行时跳转条件不成立，顺序执行第218行。
第218行，将bx的值给ax。bx的值我们从第214行可以得知，是16位的光标位置数据，这里将光标位置数据给了ax。因为等下要用寄存器AX作为被除数。
第219行，将80给寄存器BL，准备进行8位整除除法了。
第220行，被除数为AX，除数为BL，进行8位整除除法。经过整除后，AL中为商，AH中为余数。我们再次重温下下图中的光标位置知识：

下面的理解中，关于光标位置我们这样来表述：光标位于第N行第M列。其中0 =< N =< 24，0 =< M =< 79。

我们可以想象光标位置的两种情况：
第一种：光标位于某一行的开头，即该行第0列；
第二种：光标位于某一行的其他位置。
在第一种情况下，光标位置数据肯定可以被80整除。因为根据上图中的知识，我们可以知道，假如光标位于第0行第0列，则光标数值为0；假如光标位于第1行第0列，则光标数值为80；假如光标位于第2行第0列，则光标数值为160；依次类推，假如光标位于第24行第0列，则光标数值为24×80=1920。不管处于哪一行的第0列，光标数值都可以被80整除。
在第二种情况下，依据上段中的讲述，光标位置数据肯定不可以被80整除。这样就会产生余数。
回车的意思是将光标移动到本行第0列。结合“回车符”的含义，只要将得到的商乘以80，即可以将光标位置数据变为能够被80整除，也即移动到该行第0列处。
程序第221行，将商（在AL中）乘以BL（值为80），就是光标在当前行第0列（即行首）的位置数据。
这里我们只是得到了下一步光标应该处的位置数据，但还没有把光标移过去。同时，也因为回车符只是在本行内操作，并不会有滚屏的需求，因此我们可以直接进行光标位置设置，不需要考虑滚屏的情况，因此程序第222行，这里直接跳转到设置光标子程序“.set_cursor”，进行光标设置。如下图，这是过程“.set_cursos”子程序入口。

第263行~第265行，向0x3d4端口写入准备操作的光标寄存器索引值0x0e。
第266行~第268行，通过0x3d5端口向提供光标位置高8位数据（即索引值为0x0e的光标寄存器）的寄存器写入光标位置数据的高8位，我们已经在第222行得到了光标位置数据，因此光标位置高8位数据在寄存器bh中。
第269行~第274行，用同样的方法将光标位置低8位数据写入索引值为0x0f的光标寄存器中。
经过设置，光标位置就到该行的行首了。那么到这里，这个字符就处理完毕了。
第276行~第281行，将第194行~第199行压入的寄存器值依次恢复。
第283行，经过第276行~第281行的恢复操作后，栈顶又指向了第184行调用过程时压入的IP值，ret指令将此值给当前IP，程序跳转到第185行继续执行。如下图：

第185行，将寄存器BX的值自加1，指向下一个字符。
第186行，无条件跳转到第179行标号“put_string”处，继续开始下一个字符的处理，直到遇到字符“0”（代表本次要显示的字符串已经全部处理完毕），则跳转到第188行标号“.exit”处，这里只有一个指令ret，执行ret指令，返回到调用过程“put_string”处的下一条指令即第166行继续执行。

第166行代码处的执行我们稍后学习，现在我们回到第182行处。

假如不是回车符，那么说明取到的CL的值肯定不是为0x0d，那第216行执行后，ZF会被置0。第217行执行时跳转条件成立，跳转到第225行过程“.put_0a”的入口处。如下图：

第226行，在取到的字符不是0x0d的情况下，再比较这个字符是不是0x0a（换行符）。这里肯定又有两种情况，一种情况是取到的字符是换行符；另一种情况是取到的字符不是换行符。
假如不是回车符，而是换行符的情况，那么第226行比较结果，ZF会被置1。则第227行“jnz .put_other”跳转条件不成立，程序顺序往下执行，即执行第228行。
第228行，寄存器BX中存放的光标位置数据，将其加80，即换到下一行的同一列。
第229行，跳转到标号“.roll_screen”处，即第241行。如下图：

第242行，我们知道如果光标在屏幕最右下角的位置，则光标位置数据为1999。根据前面程序执行，光标位置数据目前存放在寄存器BX中，因此这里将BX与2000进行比较。
第243行，如果BX值小于2000，则说明经过换行后，光标还在当前可显示的屏幕内，不用滚屏，直接将光标设置过去即可。因此，这里当BX小于2000时，“jl .set_cursor”跳转条件成立，程序跳转到标号“.set_cursor”处执行，那处已经学习过，这里不再重复。
第243行，如果BX值大于等于2000，则说明经过换行后，光标已经不在当前可显示的屏幕内，必须要进行滚屏操作。因此，这里当BX大于等于2000时，“jl .set_cursor”跳转条件不成立，程序顺序执行到第245行。

滚屏，实际上就是将屏幕上第2行（从内存数据角度来说是第1行）~第25行（从内存数据角度来说是第24行）的内容整体往上提一行，最后用黑底白字的空白字符填充第25行（从内存数据角度来说是第24行），使这一行什么也不显示。
movsw指令：用于把数据从内存中的一个地方批量地传送（复制）到另一个地方，处理器把它们看成是数据串。movsb的传送以字节为单位，movsw的传送以字为单位。指令执行时，原始数据串的段地址由DS指定，偏移地址由SI指定，简写为DS:SI；要传送到的目的地址由ES:DI指定；传送的字节数（movsb）或者字数（movsw）由CX指定。除此之外，还要指定是正向传送还是反向传送，正向传送是指传送操作的方向是从内存区域的低地址端到高地址端；反向传送则正好相反。正向传送时，每传送一次字节（movsb）或者一个字（movsw），SI和DI加1后者加2；反向传送时，每传送一个字节（movsb）或者一个字（movsw）时，SI和DI减去1或者减去2.不管是正向传送还是反向传送，也不管每次传送的是字节还是字，每传送一次，CX内容自动减一。
CLD指令将方向标志DF清零，以指示传送是正方向的。STD指令将方向标志DF置位1，以指示传送是反方向的。
REP指令：前缀指令REP，意思是CX不为零则重复。rep movsw的操作码是0xF3 0xA5，它将重复执行其后的语句直到CX的内容为零。


第245行~第247行，将0xb800给段寄存器ES，使段寄存器指向显存所在段。
第248行，CLD指令将方向标志DF清零，以指示传送是正方向的。
第249行~第252行，将屏幕上第2行到第25的数据拷贝到屏幕上第1行到第24行。第249行，十六进制数“0xA0”等于十进制数“160”，这个内存中的偏移地址代表屏幕上第2行行首位置，此行将其设定为拟传送数据的源地址。第250行，将DI设置为0，代表将数据拷贝到的地方的起始地址0。第251行，将循环次数1920给寄存器CX。1920这个数字的来由：要拷贝的数据总共24行，每行80个字符，每个字符在显存中占两个字节。因此要拷贝的总字节数就是3840，movsw每次传送一个字，因此总共需要循环的次数就是1920次。
第252行，执行传送操作，重复1920次。


第253行~第258行，将屏幕最下面一行，即第25行（内存数据中为第24行）变成黑底白字的空白字符。
第253行，将3840给寄存器BX作为偏移地址（此时BX内容不是作为光标位置的数据，而是作为字符在实际内存中的偏移地址），该偏移相对于屏幕来说位于最下面一行的行首。
第254行，一行有80个字符，每个字符占用两个字节，因为有160个字节的内容需要改写，每次改写2个字节，需要循环次数80次。将循环次数80给寄存器CX。
第256行，一个黑底白字的空白字符在两个连续的字节中表示方法是：前面的字节显示空白字符的ASCII码：0010 0000，后面一个字节显示颜色属性黑底白字：0000 0111，因此其在内存中的排列如下面的示意图：

如上图所示，我们只要重复80次，把“0x0720”按字取代屏幕第25行（内存中第24行）在内存中的内容，就能使该行变成黑底白字的空白字符。第253行~第258行正是实现了这样的功能。


第260行，此处将1920作为参数给了寄存器BX。此时的1920并不是偏移地址，而是光标位置的数据，程序从第258行执行过来后，光标的位置应该是位屏幕上第25行的行首，因此将1920给了BX。第253行和此行BX中的数据意义一定要区分开来。
继续往下执行，将光标设置到屏幕上第25行的行首。再继续执行，又返回到第184行，继续执行，然后继续第179行到第186行的循环，取下一个字符，进行判断，直到要显示的字符全部显示完毕。

假如不是回车符，也不是换行符的情况，而是其他字符的情况：这种情况下，处理器取到了真正要在屏幕上显示的字符。那么第226行的比较结果肯定不是“0”，ZF被清零。第227行的跳转条件成立。程序跳转到第231行继续执行，如下图：

在正常显示读取字符的情况下，处理器直接显示该字符。
第234行，由前面运行可以知道此处BX的值为光标位置数据。“shl bx,1”是将bx逻辑左移以为，相当于bx×2。这个值就是光标在显存中的偏移地址。
第235行，此时CL的值为取到的字符的ASCII码值，将此值给“[es:bx]”，字符将在屏幕上显示。为什么不在后面紧接着显示字符的颜色属性呢，因为在写入其他内容之前，显存里全部是黑底白字的空白字符，所以不需要重写黑底白字的属性。


执行完第235行也就是说显示完取到的字符之后，光标当然要往前推进一个位置，以表示下一个字符要显示的位置。前面第234行已经将bx的值逻辑左移了一位，这里再逻辑右移一位，恢复bx原来的值。第239行，将bx的值加1，表示光标位置到了下一个字符的位置。这里第238、239行的bx的值均为光标位置数据。

执行完第239行之后，光标换了新的位置，当然又要考虑是否需要滚屏等等之类的因素，如果需要滚屏则滚屏，如果不需要滚屏就设置光标到新的位置。


经过上面一系列的处理，直到最后取到“0”，标号“init_msg”处的“'Starting...',0x0d,0x0a,0”整个字符串显示完毕，过程“put_string”执行完毕，程序返回到过程的下一行第129行。如下图：

这两行同第126行、第127行一样，也是显示一个字符串信息。只是参数不一样，显示的是标号“inst_msg”处的“'Installing a new interrupt 70H...',0”字符串。工作过程和前面一样，调用的都是同样的过程，这里不再重复。

接——X86汇编语言-从实模式到保护模式—学习笔记（十三）