自己动手写操作系统系列之----------加载Loader
本帖最后由 冰琥珀 于 2015-10-25 03:01 编辑上一个帖子：http://www.ihonker.org/thread-6657-1-1.html
上个帖子我们编写了引导扇区的代码，也说过引导扇区就是为了加载Loader的，但我们只写到在根目录中找到Loader的目录项，并没有把Loader加载到内存中，这次我们来完成把Loader加载到内存的工作。在此之前，我们先写个简单的Loader，代码如下
org 0x100
mov ax, cs
mov ds, ax
mov es, ax
mov ss, ax
call DispMsg
jmp $
DispMsg:
mov ax, Message
mov bp, ax
mov cx, 0x0a
mov dx, 0x1500
mov bx, 0x000c
mov ax, 0x1301
int 0x10
ret
Message: db "In the Loader.bin"
这段代码很简单，就是显示一串字符串，然后程序就停在那，具体的Loader里面该干些啥活，我们下个帖子再写，现在只有把它加载到内存就行。接下来该来完善我们的引导扇区了。上个帖子我们在目录区找到Loader之后，就调用了个jmp $，让程序停在那了，现在我们来接着往下写。
我们先来理下思路，在找到Loader的目录项之后，要取出Loader在FAT中的起始簇号，然后根据起始簇号找出Loader在FAT表中的偏移，从而找出下一个簇号(如果有的话，没有就是0xfff)，同时我们还要根据这个起始簇号来计算处Loader数据的第一个扇区的偏移，然后将该扇区数据读取进内存，再根据下一个簇号计算出下一个扇区的偏移，再将其读进内存，直到所有的数据都读取完毕。思路基本上理清了，现在有两个问题要处理：
一、怎么根据原始簇号得出Loader在FAT中的偏移。
我们先把上面的Loader代码编译成bin文件，然后将其拷贝到软盘中，命令如下
$sudo nasm Loader.asm-oLoader.bin
$sudo mount -o loop boot.img/mnt/floppy
$sudo cp Loader.bin /mnt/floppy
$sudo umount /mnt/floppy
然后我们来看看根目录的数据，如下图
上图中，根目录区的偏移 = 19 * 512，即两个FAT表的扇区数加上引导记录，结果为19个扇区，每个扇区512个字节。通过上图我们可以知道，Loader.bin的初始簇号为0x0003，下面我们先来计算Loader.bin在FAT表中的偏移。因为在FAT12文件系统中，每个簇号在FAT表中占一个半字节，即12位，所以3个字节可以存两个簇号，因此簇号偏移 = 簇号 * 3 / 2，这里得到的偏移是字节为单位，我们还要计算出簇号所在扇区相对于FAT的偏移，这时我们就用上面计算得到的簇号偏移/512，得到的商是相对于FAT的扇区偏移，余数是该簇号在当前扇区的偏移。
我们把初始簇号0x0003带入上面的公式，得到簇号偏移=0x0003 * 3 / 2 = 4，然后用4 / 512得到商为0，余数为4，也就是说，初始簇号在FAT中的偏移是FAT的第一个扇区，偏移为4字节的地方，我们到FAT表中去看看，如下图
因为FAT表在引导扇区之后，所以偏移为512个字节，通过上面的FAT表数据我们可知，从偏移为4开始，接下去的一个半字节为0xfff，在FAT表中，如果一个文件大小大于512字节(一个扇区)，那个当前簇号的位置存放的是下一个簇号，以0xfff表示文件结束，因为我们的Loader.bin文件很小，一个扇区可以装下所有的数据，所以这里就填了0xfff。
根据初始簇号得出Loader在FAT中的偏移这个问题，我们已经解决了，接下来就是要根据初始簇号来计算Loader.bin所在数据区的偏移了。因为数据区在根目录区之后，而我们要的Loader.bin文件的数据是存放在数据区的，所以数据偏移 = (19 + 14) * ((簇号 - 2) * 每簇扇区数)，因为簇号是从2号簇开始算起的，所以我们在计算偏移的时候要用当前簇号-2，这里我们的每簇扇区数为1，所以上面的公式计算出来的数据偏移为33(单位是扇区)，转换为字节就是0x4400，下面我们看看在a.img中，偏移为0x4400处的数据，如下图
我们可以对比Loader.bin，看数据是不是一致，下面是Loader.bin的数据
我们可以看出，在0x4400开始处的数据正是Loader.bin。
好了，现在主要的问题都解决了，接下来就是写代码来加载数据到内存中了，代码如下
LABEL_FOUND_LOADER: ;找到LOADER.BIN文件
xor cx, cx
and di, 0xffe0 ;这里把di设置为指向目录项的首地址
add di, 0x1a ;目录项中偏移0x1a处为初始簇号
mov cx, word ;将初始簇号存入cx
mov word , OffsetOfLoader
LABEL_GO_ON_LOADING:
push ax
push bx
mov ah, 0x0e
mov al, '.'
mov bl, 0x0f
int 0x10
pop bx
pop ax
push cx
mov ax, cx
sub ax, 2
xor cx, cx
mov cl,
mul cl
mov bx, DataOffsetSec
add ax, bx ;得到当前簇号的数据偏移(单位：扇区)
push ax
mov ax, BaseOfLoader
mov es, ax ;存放数据的段地址
pop ax
mov bx, word ;存放数据的偏移
mov cl, 1
call ReadSector ;读取数据
pop ax ;取出当前簇号
mov bx, 3
mul bx ;簇号 * 3
mov bx, 2
div bx ;再除2，这里得到簇号的偏移(单位：字节)
test dx, dx
jz LABEL_IN_HIGH_BYTE
mov byte , 1 ;该簇号的在当前字节的高4位
LABEL_IN_HIGH_BYTE:
xor dx, dx
mov bx,
add word , bx
div bx
inc ax ;FAT
push dx
push ax
mov ax, BaseOfLoader
sub ax, 0x100
mov es, ax ;设置读的位置的段地址
pop ax ;ax中存放要读取的扇区号
xor bx, bx
mov cl, 2 ;一次读取2个扇区
call ReadSector
pop dx
add bx, dx
mov ax, word
cmp byte , 0 ;看簇号是不是在当前字节的高4位
jz LABEL_EVEN
shr ax, 4 ;如果是则ax右移4位
LABEL_EVEN:
and ax, 0xfff
cmp ax, 0xfff ;如果ax的值为0xfff表示文件结束
jz LABEL_FILE_LOADED
mov cx, ax
jmp LABEL_GO_ON_LOADING
LABEL_FILE_LOADED:
mov dh, 1
call DispStr
jmp BaseOfLoader:OffsetOfLoader ;跳转到Loader.bin
代码看着有点长，我们一段一段来分析，在开始处，则需要先从目录项中取出初始簇号，代码如下
xor cx, cx
and di, 0xffe0 ;这里把di设置为指向目录项的首地址
add di, 0x1a ;目录项中偏移0x1a处为初始簇号
mov cx, word ;将初始簇号存入cx
mov word , OffsetOfLoader
得到了初始簇号之后，我们要通过初始簇号来计算出数据所在的扇区号，代码如下
LABEL_GO_ON_LOADING:
push ax
push bx
mov ah, 0x0e
mov al, '.'
mov bl, 0x0f
int 0x10 ;在屏幕上”Booting”之后显示'.'
pop bx
pop ax
push cx
mov ax, cx
sub ax, 2
xor cx, cx
mov cl,
mul cl
mov bx, DataOffsetSec
add ax, bx ;得到当前簇号的数据偏移(单位：扇区)
这段代码主要就是通过簇号来计算出数据所在的扇区号，因为簇号是从2开始算起的，所以我们要先用簇号减2，得到的结果乘以每簇扇区数，就可以得出数据所在扇区相对于数据区的偏移，然后再加上数据区的起始扇区号，就可以得出要加载数据的扇区号，得到扇区号之后，我们就要将数据读入内存了，代码如下
push ax
mov ax, BaseOfLoader
mov es, ax ;存放数据的段地址
pop ax
mov bx, word ;存放数据的偏移
mov cl, 1
call ReadSector ;读取数据
这里设置了加载数据的内存地址，和读取的扇区数，以及扇区号，然后开始读取数据，接下来，我们要判断该文件在其他扇区是否还有数据，这就要通过FAT表来判断，我们先根据初始扇区号来计算出它在FAT表中的偏移，然后读取出该偏移的数据，如果文件还有数据，则这个值是下个簇号，否则这个值为0xfff，我们来看代码
pop ax ;取出当前簇号
mov bx, 3
mul bx ;簇号 * 3
mov bx, 2
div bx ;再除2，这里得到簇号的偏移(单位：字节)
test dx, dx
jz LABEL_IN_HIGH_BYTE
mov byte , 1 ;该簇号的在当前字节的高4位
这里因为一个簇号占一个半字节，两个簇号占3个字节，所以我们要用簇号乘以3，然后除以2，就可以得出簇号在该扇区的偏移。因为我们无法从扇区中读取出一个半字节，因此我们每次读取出2个字节数据，然后根据具体情况来获取出这一个半字节。因为我们要从FAT表中读取出簇号，所以接下来我们要读取FAT表，代码如下
LABEL_IN_HIGH_BYTE:
xor dx, dx
mov bx,
add word , bx
div bx
inc ax ;ax存放的是相对扇区号，dx中存放的是在扇区中的偏移
push dx
push ax
mov ax, BaseOfLoader
sub ax, 0x100
mov es, ax ;设置读的位置的段地址
pop ax ;ax中存放要读取的扇区号
xor bx, bx
mov cl, 2 ;一次读取2个扇区
call ReadSector
我们已经得出簇号在FAT表中的偏移(字节)，所以我们就要根据这个偏移来计算处它所在的扇区号，然后我们将该扇区读出(磁盘的读写都是按照扇区来进行的)，然后再根据偏移来从该扇区中取出簇号。得到簇号之后，我们要判断是不是已经结束，如果不是则要继续读取下一个扇区，否则就跳转到加载结束的位置，代码如下
pop dx
add bx, dx
mov ax, word
cmp byte , 0 ;看簇号是不是在当前字节的高4位
jz LABEL_EVEN
shr ax, 4 ;如果是则ax右移4位
LABEL_EVEN:
and ax, 0xfff
cmp ax, 0xfff ;如果ax的值为0xfff表示文件结束
jz LABEL_FILE_LOADED
mov cx, ax
jmp LABEL_GO_ON_LOADING
接下来我们来看文件加载完成之后怎么处理，代码如下
LABEL_FILE_LOADED:
mov dh, 1
call DispStr
jmp BaseOfLoader:OffsetOfLoader ;跳转到Loader.bin
这个就很简单了，在屏幕上显示”Ready.”，然后通过jmp指令跳转到Loader.bin中去执行，这样我们的Loader就完成了，Loader.bin加载完成并将控制前转交给它之后，运行的结果如下图
感谢楼主的分享~ 还是不错的哦，顶了 冰大哥太流弊了666666666666666666666666666666 还是不错的哦，顶了 支持中国红客联盟(ihonker.org) 还是不错的哦，顶了 支持中国红客联盟(ihonker.org) 学习学习技术，加油！