Linux0.11内核--启动引导代码分析setup.s

setup的整体作用：

首先利用BIOS中断读取机器的数据，将其保存在地址0x9000:0x0000处，覆盖了原来bootsect.s代码所在的位置，由于bootsetc模块的代

码运行完毕，已经没有其他的用处了，所以可以将其覆盖掉。

然后关闭中断，setup将system模块整体移动至内存起始处，原来位于0x1000:0x0000，由于movsb和movsw指令的功能是移动一个字节或

者一个字，源地址由寄存器ds:si指定，目的地址由es:di指定。

指令cld指明di和si的方向是递增，而std是递减。

由于system模块大小超过64K(实模式一个段的最大偏移)，而移动指令需要指明段寄存器，所以需要分段移动，下面是移动代码，代码语法是

AT＆T改写的

# first we move the system to it's rightful place
	mov	$0x0000, %ax
	cld			# 'direction'=0, movs moves forward
do_move:
	mov	%ax, %es	# destination segment
	add	$0x1000, %ax
	cmp	$0x9000, %ax
	jz	end_move
	mov	%ax, %ds	# source segment
	sub	%di, %di
	sub	%si, %si
	mov 	$0x8000, %cx
	rep
	movsw
	jmp	do_move
# then we load the segment descriptors
end_move:

然后设置数据段寄存器ds并加载中断描述符和全局描述符

end_move:
	mov	$SETUPSEG, %ax	# right, forgot this at first. didn't work :-)
	mov	%ax, %ds
	lidt	idt_48		# load idt with 0,0
	lgdt	gdt_48		# load gdt with whatever appropriate

lidt和lgdt的操作数是6个字节

第一第二字节表示描述符表的长度值，第三到第六字节表示的是32位的线性基地址（描述符在内存的中的位置）

GDT格式的详情请见

Linux0.11内核--32位保护模式GDT(全局描述符表)

idt_48和gdt_48的内容如下：

idt_48:
	.word	0			# idt limit=0
	.word	0,0			# idt base=0L
gdt_48:
	.word	0x800			# gdt limit=2048, 256 GDT entries
	.word   512+gdt, 0x9		# gdt base = 0X9xxxx, 
	# 512+gdt is the real gdt after setup is moved to 0x9020 * 0x10

其中gdt_48中第一个字节表示描述符表中的描述符的个数，由于GDT表在内存中占用2KB的内存空间，一个GDT有64位（8个字节），故有

256项，后面四个字节表示一个32位的线性地址0x0009<<16+0x0200+gdt

实际就是本程序中的gdt的地址。

下面开启A20地址线

操作系统从实模式转换成保护模式时需要开启A20地址线，那什么是A20地址线呢？

在8086／8088CPU中，地址线只有20根，而寄存器都是16位的，为了能够使用20位地址线，它采用段地址：偏移地址的形式，寻址范围

就可以达到1M，但是到了80286地址线达到24根，80386达到32根寻址能力达到4GB。为了向后兼容，IBM采用了一个控制方法：用键盘

控制器上的一个空闲的控制线来控制。即A20控制线。当A20打开时可以使用20-31的地址线，如果A20没有打开，后面的地址线就不可以使

用，全部为0。

所以，激活A20地址线的流程为：

1.关闭中断；

2.等待8042 Input buffer为空；

3.发送禁止键盘操作命令；

4.等待8042 Input buffer为空；

5.发送读取8042 Output Port命令；

6.等待8042 Output buffer有数据；

7.读取8042 Output buffer，并保存得到的字节；

8.等待8042 Input buffer为空；

9.发送Write 8042 Output Port命令到8042 Input buffer；

10.等待8042 Input buffer为空；

11.将从8042 Output Port得到的字节的第2位置1（或清0），然后写入8042 Input buffer；

12.等待，直到8042 Input buffer为空为止；

13.发送允许键盘操作命令到8042 Input buffer；

14. 打开中断。

下面是as86的汇编代码（linux0.11内核中）

	call	empty_8042
	mov	al,#0xD1		! command write
	out	#0x64,al
	call	empty_8042
	mov	al,#0xDF		! A20 on
	out	#0x60,al
	call	empty_8042

empty_8042:
	.word	0x00eb,0x00eb
	in	al,#0x64	! 8042 status port
	test	al,#2		! is input buffer full?
	jnz	empty_8042	! yes - loop
	ret

然后对中断进行编程

实际上就是设置8259中断控制器的ICW字

	mov	$0x11, %al		# initialization sequence(ICW1)
					# ICW4 needed(1),CASCADE mode,Level-triggered
	out	%al, $0x20		# send it to 8259A-1
	.word	0x00eb,0x00eb		# jmp $+2, jmp $+2
	out	%al, $0xA0		# and to 8259A-2
	.word	0x00eb,0x00eb
	mov	$0x20, %al		# start of hardware int's (0x20)(ICW2)
	out	%al, $0x21		# from 0x20-0x27
	.word	0x00eb,0x00eb
	mov	$0x28, %al		# start of hardware int's 2 (0x28)
	out	%al, $0xA1		# from 0x28-0x2F
	.word	0x00eb,0x00eb		#               IR 7654 3210
	mov	$0x04, %al		# 8259-1 is master(0000 0100) --/
	out	%al, $0x21		#				|
	.word	0x00eb,0x00eb		#			 INT	/
	mov	$0x02, %al		# 8259-2 is slave(       010 --> 2)
	out	%al, $0xA1
	.word	0x00eb,0x00eb
	mov	$0x01, %al		# 8086 mode for both
	out	%al, $0x21
	.word	0x00eb,0x00eb
	out	%al, $0xA1
	.word	0x00eb,0x00eb
	mov	$0xFF, %al		# mask off all interrupts for now
	out	%al, $0x21
	.word	0x00eb,0x00eb
	out	%al, $0xA1

其中.word 0x00eb是直接进跳转指令的操作码，带一个字节的相对移位值，移动范围是－127－－＋127CPU通过将这个移位值加到EIP寄

存器，形成新的地址。实际上就是起到延迟的作用。

最后，进入32位的保护模式运行，首先加载机器状态字，CR0，其比特位0置1表示CPU工作在保护模式下。

下面分别是AS86格式和AT＆T汇编格式

	mov	ax,#0x0001	! protected mode (PE) bit
	lmsw	ax		! This is it!
	jmpi	0,8		! jmp offset 0 of segment 8 (cs)

	mov	%cr0, %eax	# get machine status(cr0|MSW)	
	bts	$0, %eax	# turn on the PE-bit 
	mov	%eax, %cr0	# protection enabled
				
				# segment-descriptor        (INDEX:TI:RPL)
	.equ	sel_cs0, 0x0008 # select for code segment 0 (  001:0 :00) 
	ljmp	$sel_cs0, $0	# jmp offset 0 of code segment 0 in gdt