【操作系统】BIOS与MBR之间的过渡实践

一．概述

???????? 根据以前写的一篇文章：【操作系统】MBR主引导目录结构以及作用，我们了解到BIOS在检测完内存、显卡，把硬盘等一系列外设简单检测之后，下一步将和主引导程序MBR进行交接，将主控权交付给下一位嘉宾，至此BIOS的任务就完成了继续睡去，本篇文章我们来开始编写一个简单MBR程序，并且让其完成从BIOS过渡到MBR这个过程，至于MBR的本质工作（启动引导程序等）我们将在之后逐步完善其内容。

二.实现的功能

???????? 本次文章需要用Bochs模拟器，详细可请参考之前写过的一篇文章：【操作系统】Bochs安装和配置，本次MBR实现的功能有：

• 实现BIOS与MBR的过渡
• MBR启动后，让其简单显示一些字符（效果为在屏幕上面打印出“1 MBR”字符），以便验证是否成功启动

三.源码和逐段解析

????????话不多说，直接先把源码全部贴上，后面再逐段解释：

• 其中第一行：

SECTION MBR vstart=0x7c00

????????该段代码表示本程序在编译时将其实地址编译为0x7c00。

• 第二行到第六行：

mov ax,cs
mov ds,ax
mov es,ax
mov ss,ax
mov fs,ax

????????该段代码进行了寄存器的初始化工作，因为ds、es、fs、ss等这类的寄存器不能通过赋值进行初始化，所以需要使用其他寄存器进行间接初始化，因为BIOS是通过jmp 0x7c00跳转到MBR的，此时段寄存器cs:ip的值分别为0和0x7c00，所以将cs的值赋予给力ax，通过通用寄存器ax来中转。Ps:cs不是通用寄存器，属于段寄存器，在程序运行中会被频繁使用，所以不能进行初始化寄存器使用喔。

• 第七行：

mov sp,0x7c00

????????该代码为初始化栈指针，将栈指针指向0x7c00的位置

• 第九行到第十四行：

mov  ax,0x0600
mov  bx,0x0700
mov  cx,0
mov  dx,0x184f
int  0x10

????????该段代码为清屏函数，因为BIOS在检测硬件时会显示一些硬件信息，为了看清楚我们自己的输出字符，所以使用了BIOS的0x10中断，0x06号上卷全部行的功能，其中ax的高位表示调用的功能号(AH=0x06)，低位表示上卷的行数（AX=0X00,如果为0，表示全部）。bx表示上卷行属性。cx的高低位置（CL,CH）分别表示窗口左上角(X,Y)位置，dx的高低位置（DL,DH）分别表示窗口右下角（X,Y）位置，在VGA文件模式中，一行只能容纳80个字符，共25行，所以右下角坐标最大可以为（79，24），最后执行以下BIOS的10号中断。

• 第十六到第十九行：

mov  ah,3
mov  bh,0
int  0x10

????????该段代码为获取光标位置函数，调用3号子功能获取光标位置并且将位置存入ah寄存器中，使用bh来存储带获取的光标的页号，最后再次执行下BIOS的10号中断。

• 第二十一行到第二十八行：

mov  ax,message
mov  bp,ax
mov  cx,5
mov  ax,0x1301
mov  bx,0x2
int  0x10

????????该段代码实现了打印字符串的功能，将需要打印的字符数据message存入到通用寄存器ax进行中转，将数据存入到bp寄存器中，es:bp为串首地址，此时es和cs保持一致，message在下面的第三十一行就进行了定义：

message db "1 MBR"

????????cx寄存器中保存字符串的长度，本文为5（包含空格）。紧接着调用13号显示字符以及属性的子功能，此时ah传入0x13，而al则为设置写入字符的方式，方式共有以下几种：

????????本文中使用了al=0x01的方式，而bh中存储的是要显示的页号，本文中bx=0x2，所以此处为第0页，bl为字符属性，bl=0x2为黑底绿字的意思，最后再次执行以下BIOS的10号中断。

• 第三十行到第三十三行：

jmp $
message  db "1 MBR"
times  510-($-$$) db 0
db  0x55,0xaa

????????该段代码进行了收尾，也是本篇文章的精华之处，使用jmp $使得程序进入死循环，作用相当于which(1)，其中“$”表示本行指令的地址，而“$$”则表示本section的起始地址，所以“$-$$”则是指本行到本section的偏移量。由于MBR的最后两个字节是固定的0x55和0xaa，所以要预留两个字节，故本扇区剩余的空间需要使用“0”来进行填充，通过510字节减去上面所算出来的偏移量得出的就是剩余的空间，将剩余的空间填充满“0”，并在最后的两个字节中固定为0x55和0xaa，使其变成MBR程序。

四.运行

???????? 代码编写完成后，我们保存一下代码（本文保存文件名为A.S），并且使用nasm对代码进行编译：

nasm  –o  A.bin  A.S

????????此时，我们就可以开始运行调试了，我们需要用到之前写过的一篇文章（【操作系统】Bochs安装和配置）里面的两个东西：

• 使用Bximage工具生成的空白镜像（本文文件名为test.img），大小随意，大于512个字节即可
• Bochs模拟硬件环境的配置文件（文章中文件名为boch.disk）

????????我们首先将生成的A.bin文件写入到空白镜像中：

dd  if=./A.bin  of=./test.img  bs=512  count=1  conv=notrunc

????????上述代码的具体参数可以自行百度，不再次赘述，将代码写入到镜像后，我们再将镜像文件加入到Bochs的模拟硬件环境配置文件中，根据文章中所描述的，我们直接将新生成的镜像写入配置文件的以下位置即可：

????????保存一下修改后的配置文件，我们开始运行Bochs模拟器进行模拟操作：

./Bochs ?–f ??boch.disk(你自己的硬件配置文件名)

????????运行成功后，会显示以下信息，并且默认为【6】：

????????此时我们再按一次回车，即可开始模拟：

????????我们在控制台中输入“c”（具体含义请查看上面所说的文章），继续往下运行，就能看到弹出的窗口中出现了我们所要的字符串：