QOS 开发日记 2: 寄存器、显存和其它

寄存器

在实模式下有几个可用的寄存器：

寄存器 助记名称 用途
ax 累加器（accumulator） 常用于各种运算以及保存和外设输入输出的数据
bx 基址寄存器（base） 常用于储存地址
cx 计数器（counter） 常用于统计循环次数
dx 数据寄存器（data） 通常情况下只用于保存外设控制器的端口号地址
si 源变址寄存器（source index） 常用于字符串中的源地址
di 目的变址寄存器（destination index） 常用于字符串中的目标地址
sp 栈指针（stack pointer） 段基址为 ss，指向栈顶。push 和 pop 会对它造成修改
bp 基址指针（base pointer） 用于访问栈中间的数据。可通过 ss:bp 访问。不随 push 等改变
flags 标志寄存器 用于存放好多标记

总结一下：寄存器 ax 到 dx 都是通用寄存器，啥都能存。

后面带 i 的一般是地址，带 p 的一般是指针，带 s 的一般是段地址。

关于这个 flags 寄存器，它里面的数据是按位读取的，如下：

1
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                              F  L  A  G  S
 31  ...  21 20   19 18 17 16 15 14  13-12  11 10  9  8  7  6 5  4 3  2 1  0 
+--+-----+--+---+---+--+--+--+--+--+-------+--+--+--+--+--+--+-+--+-+--+-+--+
|  | ... |ID|VIP|VIF|AC|VM|RF|  |NT|  IOPL |OF|DF|IF|TF|SF|ZF| |AF| |PF| |CF|
+--+-----+--+---+---+--+--+--+--+--+-------+--+--+--+--+--+--+-+--+-+--+-+--+

其中，比较重要的标志位是：

  • 计算标志：
    • CF（Carry Flag）进位标志：反映运算最高位是否进位或借位。
    • PF（Parity Flag）奇偶标志：反映运算结果低 8 位中 1 的个数的奇偶性。若有偶数个 1 则置 1，否则置 0。
    • AF（Auxiliary Carry Flag） 辅助进位标志：在字节操作时低半字节向高半字节进位或借位、字操作时低字节向高字节进位或借位，置 1，否则置 0（类似 CF）。
    • ZF（Zero Flag）零标志：用于判断结果是否为 0。
    • SF（Sign Flag）符号标志：用于反映运算结果的符号，运算结果为负则置 1，否则置 0。由于有符号数用补码表示，SF 与运算结果的最高位相同。
    • OF（Overflow Flag）溢出标志：反映有符号数加减运算是否溢出。
  • 控制标志：
    • TF（Trap Flag）陷阱标志：当 TF 被设置为 1 时，CPU 进入单步模式，每执行一步指令后都产生一个单步中断,主要用于程序的调试。8086 / 8088 中没有专门用来置位和清零 TF 的命令，需要用其他办法。
    • IF（Interrupt Flag）中断标志：决定 CPU 是否响应外部可屏蔽中断请求。
    • DF（Direction Flag）方向标志：决定串操作指令执行时有关指针寄存器调整方向。当 DF 为 1 时，串操作指令按递减方式改变有关存储器指针值，每次操作后使 SI、DI 递减。

更新 MBR

这次我们直接操作显存来输出。

根据上一次的表格，我们可以直接往 0xb8000 到 0xb8fff 写数据达到输出的效果。

显示器上的每个字符用两个字节表示，如图：

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31   ......   16 15 .... 1
[ 背景色 ]
+-+-+-+-+-+-+-+-+---------+
|K|R|G|B|I|R|G|B|  ASCII  |
+-+-+-+-+-+-+-+-+---------+
        [ 前景色 ]

其中 K 表示是否闪烁，I 表示前景亮度。

由此写出新的代码：

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; src/mbr.s
; 主引导记录
;*-----------------------*;
SECTION MBR vstart=0x7c00 ; 表示起始地址为 0x7c00
; 初始化
    mov ax, cs ; 此时 cs 是 0x00，把它当零寄存器用用
    mov dx, ax
    mov es, ax
    mov ss, ax
    mov fs, ax ; 清空这些寄存器
    mov ax, 0xb800
    mov gs, ax ; 显存段地址
    mov sp, 0x7c00 ; 当前栈指针指向 0x7c00

; 清屏
    mov ax, 0x0600 ; 0x06, 0x00
    mov bx, 0x0700 ; 0x07, 0x00
    mov cx, 0x0000 ; 左上角 (0, 0) = (0x00, 0x00)
    mov dx, 0x184f ; 右下角 (79, 24) = (0x4f, 0x18)
    int 0x10 ; 调用中断

; 用显存打印字符串
    mov byte [gs:0x00], 'Q'
    mov byte [gs:0x01], 0x0a
    mov byte [gs:0x02], 'O'
    mov byte [gs:0x03], 0x0a
    mov byte [gs:0x04], 'S'
    mov byte [gs:0x05], 0x0a
    mov byte [gs:0x06], ':'
    mov byte [gs:0x07], 0x0a
    mov byte [gs:0x08], ' '
    mov byte [gs:0x09], 0x0a
    mov byte [gs:0x0a], 'H'
    mov byte [gs:0x0b], 0x8a
    mov byte [gs:0x0c], 'i'
    mov byte [gs:0x0d], 0x8a
    mov byte [gs:0x0e], '.'
    mov byte [gs:0x0f], 0x8a

; 无限循环，等待
    jmp $ ; $ 表示当前指令位置

; 把剩下的填充为 0
    times 510 - ($ - $$) db 0 ; $$ 表示当前节的开始位置，那么 $-$$ 就是已经写了多少
    db 0x55, 0xaa ; 填充最后两个字节。注意端序问题

此时再运行汇编、写入、模拟就可以了。

方便起见，写个脚本：

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# make.sh
nasm src/mbr.s -o bin/mbr.bin
dd if=bin/mbr.bin of=harddisk.img count=1 bs=512 conv=notrunc

关于启动 bochs 后终端 backspace 等键映射被改成 ^? 的解决方案

用 screen 跑就行了：

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screen bochs -f .bochsrc

注意需要在连接到串口之前输入 c，否则可能会有奇怪的问题！