BasicOS - A Minimal Operating System

Hello World!

死循環沒什么意思，我們來嘗試輸出一句 Hello, World!

問題來了，如何在匯編中打印字符？首先，我們要設置要打印哪個字符。我們只需要將字符存儲在 ax 寄存器的低 8 位（也就是 al 寄存器），然后調用 int 0x10 中斷執行打印即可。

對于此時的 x86 CPU 來講，一共有 4 個 16 位通用寄存器，包括 ax、bx、cx 和 dx。有時候我們只需要使用 8 位，因此每個 16 位寄存器可以拆為兩個 8 位寄存器，例如 al 和 ah。

什么是中斷？簡單來講就是給 CPU 正在做的事情按下暫停，然后去執行我們指定的任務。中斷可以執行的任務被存儲在內存最開始的區域，這個區域像一張表格（中斷向量表），每個單元格指向一段指令的地址，也就是 ISR（interrupt service routines）。

為了方便在匯編中調用，BIOS 給這些中斷分配了號碼。例如，int 0x10 就是第 16 個中斷，它指向了一個打印字符的 ISR。

然而 int 0x10 中斷只知道要打印，但并不知道要怎么打印。我們這里將其設置為 TTY（TeleTYpe）模式，讓它接收字符并顯示在屏幕上，然后將光標向后移動。設置 TTY 模式的方法是將 ah 寄存器設置為 0x0e，你可以理解為傳給系統中斷的參數。

why have to load into 0x7c00?

512 字節小小的也很可愛，但顯然滿足不了操作系統龐大的欲望，因此操作系統的絕大部分代碼被放在磁盤的其它地方。這些代碼是如何加載到內存的呢？

在回答如何加載到內存之前，我們先關注另一個更緊迫的問題：加載時應該加載到內存的哪里？

答案是，引導扇區并沒有被加載到內存的 0x0000 處。這是因為內存中還需要存儲一些重要的信息，例如中斷向量表、BIOS 數據區等。這些內容需要占用一部分內存，因此有人規定，引導扇區應當被加載到 0x7c00 處。

更具體地講，開頭這塊的內存布局如下：

              |         Free          |

0x100000 +-----------------------+
| BIOS (256 KB) |
0x0C0000 +-----------------------+
| Video Memory (128 KB) |
0x0A0000 +-----------------------+
|Extended BIOS Data Area|
| (639 KB) |
0x09FC00 +-----------------------+
| Free (638 KB) |
0x007E00 +-----------------------+
| Loaded Boot Sector |
| (512 Bytes) |
0x007C00 +-----------------------+
| |
0x000500 +-----------------------+
| BIOS Data Area |
| (256 Bytes) |
0x000400 +-----------------------+
| Interrupt Vector Table|
| (1 KB) |
0x000000 +-----------------------+

編譯

nasm -f bin boot.asm -o boot.bin

創建磁盤映像

創建一個 1.44MB 的空磁盤映像：

dd if=/dev/zero of=floppy.img bs=512 count=2880

將引導扇區寫入磁盤映像：

dd if=boot.bin of=floppy.img bs=512 count=1 conv=notrunc

測試引導扇區

qemu-system-x86_64 -fda floppy.img

你應該能看到屏幕打印出 Hello, world!，然后程序進入死循環。