x86 汇编语言 - 02 hello world

创建时间 2021-03-02

更新时间 2021-05-03

分类

计算机技术

标签

汇编语言

专题

x86 汇编语言

重新编译 bochs

由于 bochs-2.6.11 gtk GUI 的源码有 bug，导致无法查看堆栈，以及其他的一些调试工具，所以下面重新编译 bochs

有以下两个文件

PKGBUILD

# Maintainer: Kyle Keen <keenerd@gmail.com>
# Contributor: Tom Newsom <Jeepster@gmx.co.uk>
# Contributor: Kevin Piche <kevin@archlinux.org>

pkgname=bochs
pkgver=2.6.11
pkgrel=1
pkgdesc="A portable x86 PC emulation software package, including GUI debugger"
arch=('x86_64')
url="http://bochs.sourceforge.net/"
license=('LGPL')
depends=('gcc-libs' 'libxrandr' 'libxpm' 'gtk2')
source=("https://downloads.sourceforge.net/sourceforge/$pkgname/$pkgname-$pkgver.tar.gz"
        "fix-build.patch")
sha256sums=('63897b41fbbbdfb1c492d3c4dee1edb4224282a07bbdf442a4a68c19bcc18862'
            'SKIP')

prepare() {
    cd "$srcdir/$pkgname-$pkgver"
    # 4.X kernel is basically 3.20
    sed -i 's/2\.6\*|3\.\*)/2.6*|3.*|4.*)/' configure*

    patch -p1 < ../fix-build.patch # https://sourceforge.net/p/bochs/bugs/1411/
}

build() {
    cd "$srcdir/$pkgname-$pkgver"

    ./configure \
        --prefix=/usr \
        --without-wx \
        --with-x11 \
        --with-x \
        --with-term \
        --disable-docbook \
        --enable-cpu-level=6 \
        --enable-fpu \
        --enable-3dnow \
        --enable-disasm \
        --enable-smp \
        --enable-x86-64 \
        --enable-avx \
        --enable-evex \
        --enable-long-phy-address \
        --enable-disasm \
        --enable-pcidev \
        --enable-usb \
        --enable-debugger \
        --with-sdl \
        --enable-x86-debugger \
        --enable-all-optimizations \
        --enable-plugins
    sed -i 's/^LIBS = /LIBS = -lpthread/g' Makefile
    make -j 1
}

package() {
    cd "$srcdir/$pkgname-$pkgver"
    make DESTDIR="$pkgdir" install
    install -Dm644 .bochsrc "$pkgdir/etc/bochsrc-sample.txt"
}

fix-build.patch

Description: Fix the build with SMP enabled
Origin: https://sourceforge.net/p/bochs/code/13778/

Index: bochs/bx_debug/dbg_main.cc
===================================================================
--- bochs/bx_debug/dbg_main.cc  (revision 13777)
+++ bochs/bx_debug/dbg_main.cc  (working copy)
@@ -1494,11 +1494,11 @@
 {
   char cpu_param_name[16];

-  Bit32u index = BX_ITLB_INDEX_OF(laddr);
+  Bit32u index = BX_CPU(dbg_cpu)->ITLB.get_index_of(laddr);
   sprintf(cpu_param_name, "ITLB.entry%d", index);
   bx_dbg_show_param_command(cpu_param_name, 0);

-  index = BX_DTLB_INDEX_OF(laddr, 0);
+  index = BX_CPU(dbg_cpu)->DTLB.get_index_of(laddr);
   sprintf(cpu_param_name, "DTLB.entry%d", index);
   bx_dbg_show_param_command(cpu_param_name, 0);
 }

Index: bochs/gui/gtk_enh_dbg_osdep.cc
===================================================================
--- bochs/gui/gtk_enh_dbg_osdep.cc
+++ bochs/gui/gtk_enh_dbg_osdep.cc
@@ -819,7 +819,7 @@ void ShowDListCols (int totcols)
     while (++i < firsthide)
         gtk_tree_view_column_set_visible(AllCols[i], TRUE);
     while (i < 23)
-        gtk_tree_view_column_set_visible(AllCols[i], FALSE);
+        gtk_tree_view_column_set_visible(AllCols[i++], FALSE);
 }

注意最后需要一个空行

然后执行 makepkg -si 重新安装 bochs

启动过程

处理器加电或者复位之后，如果硬盘是首选的启动设备，那么 ROM-BIOS 将试图读取硬盘的第一个扇区（编号从0开始），这个扇区就是主引导扇区 (MBR, Main Boot Sector)。

读取的主引导扇区数据有 512 字节，ROM-BIOS 程序将它加载到逻辑地址 0x0000:0x7c00 处，也就是物理地址 0x07c00 处，然后判断它是否有效。

一个有效的主引导扇区，其最后两个字节应该是 0x55 和 0xAA。ROM-BIOS 程序首先检测这两个标志，如果主引导扇区有效，则以一个段间转义指令 jmp 0x0000:0x7c00 跳转到那里继续执行。

一般主引导扇区程序用于加载操作系统内核，可能会有多级加载，毕竟 512 字节的代码可以实现的功能有限。

BIOS 的全称叫做 Base Input Output System，即基本输入输出系统。

实模式下的内存布局

起始地址	结束地址	大小	用途
`0x000`	`0x3FF`	1KB	中断向量表
`0x400`	`0x4FF`	256B	BIOS 数据区
`0x500`	`0x7BFF`	29.75 KB	可用区域
`0x7C00`	`0x7DFF`	512B	MBR 加载区域
`0x7E00`	`0x9FBFF`	607.6KB	可用区域
`0x9FC00`	`0x9FFFF`	1KB	扩展 BIOS 数据区
`0xA0000`	`0xAFFFF`	64KB	用于彩色显示适配器
`0xB0000`	`0xB7FFF`	32KB	用于黑白显示适配器
`0xB8000`	`0xBFFFF`	32KB	用于文本显示适配器
`0xC0000`	`0xC7FFF`	32KB	显示适配器 BIOS
`0xC8000`	`0xEFFFF`	160KB	映射内存
`0xF0000`	`0xFFFEF`	64KB-16B	系统 BIOS
`0xFFFF0`	`0xFFFFF`	16B	系统 BIOS 入口地址

中断向量表 (IVT Interrupt Vector Table)
映射内存表示：映射硬件适配器 ROM 或者内存映射式 I/O
BIOS 入口地址，此处的 16 字节的内容是跳转指令 jmp f000:e05b

可以看到，我们能够使用的内存区域只有两块，0x500 ~ 0x7BFF 和 0x7E00 ~ 0x9FBFF，这两个内存区域是一定可用的，如果要使用超过 1M 内存区域之外的内存，这样每个机器的内存大小可能都不一样，所以后面的内存就不一定有了。

为什么是 0xb800

可以看到 0xb8000 开始的 32KB 用于文本显示适配器，也就是说这 32K 的内存区域是用来操作显示器的，一般而言，操作硬件都需要输入和输出操作，但是显示器对于计算机来说太重要了。所以就把这块内存映射到了显示器，用来显示字符。0xb8000 - 0xbffff 是留给显卡的，由显卡来提供。

由于历史原因，所有在个人计算机上使用的显卡，在加电自检后都会把自己初始化到 80x25 的文本模式，在这种模式下可以显示 25 行，每行 80 个字符，每屏总共 2000 个字符。

一个字符由连个字节控制，前一个字节标识字符，后一个字节标识样式，具体的样式如下：

字符串显示的格式：

高四位背景色：| K | R | G | B |
底四位前景色：| I | R | G | B |
K=0：背景不闪烁
K=1：背景闪烁
I=1：浅色
I=0：深色

为什么是 `0x7c00`？

1981 年 8 月， IBM 公司生产了世界上第一台个人计算机 PC 5150 ，所以它就是现代 x86 个人计算机兼容机的祖先。说到有关历史的东西，不给来点真相就感觉气场不足。

既然 Intel 开发手册中没有相关说明，那咱们就朝其他方向找答案，换句话说，既然不是 CPU 的硬性规定，那很可能就是代码中写死的。为了搞清楚。0x7c00 是哪里来的，咱们先探索下 IBM PC 5150 BIOS 的秘密。

0x7c00 最早出现在 IBM 公司出产的个人电脑 PC 5150 ROM BIOS 的INT19H 中断处理程序中，通电开机之后，BIOS 处理程序开始自检，随后，调用 BIOS 中断 0x19h ，即 call int 19h。在此中断处理函数中， BIOS 要检测这台计算机有多少硬盘或软盘，如果检测到了任何可用的磁盘， BIOS 就把它的第一个扇区加载到 0x7c00。它是属于 BIOS 中的规范。既然是 BIOS 中的规范，那肯定是 IBM PC 5150 BIOS 开发团队规定的这个数。

8086 CPU 要求物理地址。0x0～Ox3FF 存放中断向量表，所以此处不能动了，再选新的地方看看。

按 DOS 1.0 要求的最小内存 32KB 来说， MBR 希望给人家尽可能多的预留空间，这样也是保全自己的作法，免得过早被覆盖。所以MBR 只能放在 32KB 的末尾。

MBR 本身也是程序，是程序就要用到栈，栈也是在内存中的，MBR 虽然本身只有 512 字节，但还要为其所用的栈分配点空间，所以其实际所用的内存空间要大于 512 字节，当时估计 1KB 内存够用了。

结合以上三点，选择 32KB 中的最后 1KB 最为合适，那此地址是多少呢？ 32KB 换算为十六进制为 0x8000, 减去 1KB(0x400) 的话，等于 0x7c00。这就是倍受质疑的 0x7c00 的由来。

hello world

mov ax, 3
int 0x10 ; 设置显示模式为文本模式（清屏）

mov ax, 0xb800
mov ds, ax

mov byte [0], 'h'
mov byte [2], 'e'
mov byte [4], 'l'
mov byte [6], 'l'
mov byte [8], 'o'
mov byte [10], ','
mov byte [12], ' '
mov byte [14], 'w'
mov byte [16], 'o'
mov byte [18], 'r'
mov byte [20], 'l'
mov byte [22], 'd'


halt:
    jmp halt

times 510 - ($ - $$) db 0
db 0x55, 0xaa