自制操作系统

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工程运行说明

本工程基于Window10环境

需要下载相关的软件，链接如下：

• NASM:汇编语言编译器，第一本书是用自写的nask，但找不到啊，只能网上搜索，然后用这个了（可能后面会导致一些困难，但也没办法了，总有困难在前方）
• qemu：前面使用的虚拟机，用来启动我们的操作系统，vm和物理机感觉太麻烦了，这个直接用一行命令启动就行了，很方便
• git for windows:在本篇中需要拼接其他文件放到镜像文件后面，本文使用的linux下的dd命令，使用git的bash窗口可以使用dd命令，比较方便
• bochs download:尝试下来比qemu好用点，还带调试,安装配置说明参考后面
• Object file converter download

下载完成后，在git bash中运行run.bat脚本即可

bochs安装使用说明

首先bochs的下载地址为：https://sourceforge.net/projects/bochs/

解压后，我们需要修改：D:\software\Bochs-2.7\dlxlinux\bochsr.bxrc成D:\software\Bochs-2.7\dlxlinux\bochsr_m.bxrc

主要修改文件的对应路径和启动方式，整个配置文件如下：

###############################################################
# bochsrc.txt file for DLX Linux disk image.
###############################################################

# how much memory the emulated machine will have
megs: 32

# filename of ROM images,替换原来的相对路径为绝对路径
romimage: file=D:\\software\\Bochs-2.7\\BIOS-bochs-latest
vgaromimage: file=D:\\software\\Bochs-2.7\\VGABIOS-lgpl-latest

# what disk images will be used 
# 指明启动的镜像为我们的os.iso镜像文件
floppya: 1_44=E:\\code\\other\\self\\operating-system\\os.iso, status=inserted
floppyb: 1_44=floppyb.img, status=inserted

# hard disk
ata0: enabled=1, ioaddr1=0x1f0, ioaddr2=0x3f0, irq=14
ata0-master: type=disk, path="D:\\software\\Bochs-2.7\\dlxlinux\\hd10meg.img", cylinders=306, heads=4, spt=17

# choose the boot disk.修改启动方式为软盘
boot: floppy

# default config interface is textconfig.
#config_interface: textconfig
#config_interface: wx

#display_library: x
# other choices: win32 sdl wx carbon amigaos beos macintosh nogui rfb term svga

# where do we send log messages?
log: bochsout.txt

# disable the mouse, since DLX is text only
mouse: enabled=0

# set up IPS value and clock sync
cpu: ips=15000000
clock: sync=both

# enable key mapping, using US layout as default.
#
# NOTE: In Bochs 1.4, keyboard mapping is only 100% implemented on X windows.
# However, the key mapping tables are used in the paste function, so 
# in the DLX Linux example I'm enabling keyboard_mapping so that paste 
# will work.  Cut&Paste is currently implemented on win32 and X windows only.

# 替换原来的相对路径为绝对路径
keyboard: keymap=D:\\software\\Bochs-2.7\\keymaps/x11-pc-us.map
#keyboard: keymap=D:\\software\\Bochs-2.7\\keymaps/x11-pc-fr.map
#keyboard: keymap=D:\\software\\Bochs-2.7\\keymaps/x11-pc-de.map
#keyboard: keymap=D:\\software\\Bochs-2.7\\keymaps/x11-pc-es.map

这样就OK了，这个是启动的配置文件

在我们的一键运行脚本中，配置使用该文件即可

D:\\software\\Bochs-2.7\\bochs -q -f D:\\software\\Bochs-2.7\\dlxlinux\\bochsrc_m.bxrc

博客文章列表

• 自制操作系统日记（一）：显示hello world开始旅程
• 自制操作系统日记（二）：软盘读取
• 自制操作系统日记（三）：加载其他文件执行
• 自制操作系统日记（四）：进入64位模式
• 自制操作系统日记（5）：跳转到C语言执行
• 自制操作系统日记（6）：静态桌面初步
• 自制操作系统日记（7）：字符串显示
• 自制操作系统日记（8）：变量显示

参考书籍列表

• 《三十天自制操作系统》
• 《汇编程序语言设计》
• 《一个64位操作系统的设计与实现》

参考链接

• writing-an-os-in-rust:使用rust写操作系统
• 5分钟理解make/makefile/cmake/nmake
• cmd中内容如何输出到文件中
• BIOS系统服务 —— 直接磁盘服务（int 0x13）
• nasm常用指令

书籍源码仓库

• 《三十天自制操作系统》yourtion/30dayMakeOS
• 一个64位操作系统的设计和实现
• os-tutorial

相关软件下载

• Make for Windows
• [《一个64位操作系统的设计与实现》学习笔记](https://github.com/yifengyou/The-design-and-implementation-of-a-64-bit-os
• NASM:汇编语言编译器，第一本书是用自写的nask，但找不到啊，只能网上搜索，然后用这个了（可能后面会导致一些困难，但也没办法了，总有困难在前方）
• qemu：虚拟机，用来启动我们的操作系统，vm和物理机感觉太麻烦了，这个直接用一行命令启动就行了，很方便
• dd for windows
• WinHex Hex Editor
• DiskGenius
• git for windows:在本篇中需要拼接其他文件放到镜像文件后面，本文使用的linux下的dd命令，使用git的bash窗口可以使用dd命令，比较方便
• bochs download
• Object file converter download

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备忘

一般说来，如果能用一个寄存器来表示内存地址的话，当然会很方便，但一个BX只能表示0～0xffff的值，也就是只有0～65535，最大才64K 于是为了解决这个问题，就增加了一个叫EBX的寄存器，这样就能处理4G内存了。这是CPU能处理的最大内存量，没有任何问题。但EBX的导入是很久以后的事情，在设计BIOS的时代，CPU甚至还没有32位寄存器，所以当时只好设计了一个起辅助作用的段寄存器（segment register）。在指定内存地址的时候，可以使用这个段寄存器。 0x7c00～0x7dff用于启动区，0x7e00以后直到0x9fbff为止的区域都没有特别的用途，操作系统可以随便使用。 但0x8000～0x81ff这512字节是留给启动区的，要将启动区的内容读到那里，所以就这样吧。

当电脑启动时，主板上特殊的闪存中存储的BIOS固件将被加载。BIOS固件将会上电自检、初始化硬件，然后它将寻找一个可引导的存储介质。如果找到了，那电脑的控制权将被转交给引导程序（bootloader）：一段存储在存储介质的开头的、512字节长度的程序片段。大多数的引导程序长度都大于512字节——所以通常情况下，引导程序都被切分为一段优先启动、长度不超过512字节、存储在介质开头的第一阶段引导程序（first stage bootloader），和一段随后由其加载的、长度可能较长、存储在其它位置的第二阶段引导程序（second stage bootloader）。

引导程序必须决定内核的位置，并将内核加载到内存。引导程序还需要将CPU从16位的实模式，先切换到32位的保护模式（protected mode），最终切换到64位的长模式（long mode）：此时，所有的64位寄存器和整个主内存（main memory）才能被访问。引导程序的第三个作用，是从BIOS查询特定的信息，并将其传递到内核；如查询和传递内存映射表（memory map）。

本系统的内核程序起始地址位于物理地址0x100000（1 MB）处，因为1 MB以下的物理地址并不全是可用内存地址空间，这段物理地址被划分成若干个子空间段，它们可以是内存空间、非内存空间以及地址空洞。随着内核体积的不断增长，未来的内核程序很可能会超过1 MB，因此让内核程序跳过这些纷繁复杂的内存空间，从平坦的1 MB地址开始，这是一个非常不错的选择。

BIOS在实模式下只支持上限为1 MB的物理地址空间寻址，所以必须先将内核程序读入到临时转存空间，然后再通过特殊方式搬运到1 MB以上的内存空间中。