如何編寫引導程序 Hello World

絲廣里 2019-01-21

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　　在存儲介質(zhì)（硬盤、軟盤、光盤）中有一塊特殊的區(qū)域，叫做引導區(qū)。在計算機啟動后，BIOS會讀取引導區(qū)內(nèi)的代碼到內(nèi)存中去，然后將執(zhí)行這些代碼。引導區(qū)的位置和大小與計算機的平臺有關，對于IBM-PC兼容機，引導區(qū)位于存儲介質(zhì)的第一個扇區(qū)，大小為512字節(jié)。位于引導區(qū)內(nèi)的代碼就稱為引導程序。引導區(qū)內(nèi)是否含有引導程序由引導區(qū)內(nèi)的標記標識。對于IBM-PC兼容機，如果引導區(qū)內(nèi)的最后兩個字節(jié)為0x55,0xAA，則BIOS檢測程序認為引導區(qū)內(nèi)包含引導程序。引導程序并不一定要實現(xiàn)加載操作的功能，它可以是任何程序。

IBM-PC兼容機的具體啟動過程如下：
　　1.按下計算機的電源鍵后，x86 CPU就開始在實模式下運行位于物理地址0xFFFFFFF0（通常這個地址是指向的是位于ROM中的BIOS的入口點）處的指令，這個指令是一個跳轉(zhuǎn)指令，跳轉(zhuǎn)到BIOS的啟動程序。啟動程序運行硬件檢測和初始化操作。
　　2.在初始化所需要的硬件后，BIOS就依據(jù)設定的啟動順序遍歷存儲設備，直到找到一個可引導的設備。一個可引導的存儲設備是引導區(qū)內(nèi)包含引導程序。BIOS通過檢查引導區(qū)的最后兩個字節(jié)是否為0x55,0xAA來判斷引導區(qū)內(nèi)是否包含引導程序。
　　3.一旦BIOS找到了可引導的設備，它就加載引導區(qū)代碼到內(nèi)存物理地址的0x7C00（通常是Segment:Offset 0000h:7C00h，也有些BIOS為07C0h:0000h），之后BIOS將控制權交給引導程序，CPU開始執(zhí)行引導程序，引導程序開始加載操作系統(tǒng)內(nèi)核或者其他。

　　在格式化硬盤安裝好Windows后，硬盤第一個扇區(qū)（引導區(qū)）包含MBR引導代碼，BIOS在加載MBR代碼后，MBR開始檢查硬盤中是否存在活動分區(qū)（含引導程序的分區(qū)），如果存在活動分區(qū)，則加載位于那個分區(qū)的引導程序（通常稱為VBR，與操作系統(tǒng)相關），然后執(zhí)行它。VBR的主要功能是加載操作系統(tǒng)的內(nèi)核。

了解了相關知識，我們?nèi)绾尉帉懸粋€打印Hello World的引導程序呢？

需要準備的工具：
　　文本編輯軟件、MASM編譯器（我采用的是VS2008自帶的ML 9.0）、16位Link程序、VMWare、PE（用于格式化VMWare創(chuàng)建的虛擬磁盤）、NtExplorer

具體步驟：
　　1. 打開你習慣使用的文本編輯器，編寫下面代碼。因為BIOS會將我們的引導程序加載到內(nèi)存地址的7C00h處，所以我們需要org指令設置我們代碼指令的地址值。

;------------------------------------------------------------.286 ; CPU type;------------------------------------------------------------.model TINY ; memory of model;------------------------------------------------------------ ;----------------------- CODE SEGMENT -----------------------.code org 07c00h ; for BootSectormain: jmp short start ; go to main nop;--------------------- Print a char on the screen ------------PrintChar PROC mov ah, 0Eh ;Tell BIOS that we need to print one charater on screen. mov bh, 0h ;Page no. mov bl, 07h ;Text attribute 0x07 is lightgrey font on black background int 10h ;Call video interrupt retPrintChar ENDP;------------------- Print a String on the screen -------------PrintStr PROCnext_character: ;Lable to fetch next character from string mov al, [si] ;Get a byte from string and store in AL register inc si ;Increment SI pointer or al, al ;Check if value in AL is zero (end of string) jz exit_function ;If end then return call PrintChar ;Else print the character which is in AL register jmp next_character ;Fetch next character from stringexit_function: ;End label retPrintStr ENDPstart: cli ; Clear interrupt flags mov ax,cs ; Setup segment registers mov ds,ax ; Make DS correct mov es,ax ; Make ES correct mov ss,ax ; Make SS correct mov bp,7c00h mov sp,7c00h ; Setup a stack sti helloString BYTE 'Hello World!', 0 mov si, offset helloString call PrintStr ; Print the 'Hello World!' string ret BYTE 510 - ($ - main) DUP(0) ; Fill the reminder of the first sector with zeros BYTE 55h, 0AAh ; Fill the last two bytes with 55h, 0AAh int the first sectorEND main ; End of program

　　2. 假設第一步中的代碼保存為BootLoader.asm，在BootLoader.asm的目錄下按住Shift，點擊鼠標右鍵，選擇在此處打開命令行（Windows 7系統(tǒng)，其他系統(tǒng)請通過CD指令轉(zhuǎn)到BootLoader.asm文件的目錄）。鍵入下面命令：
　　　　　　　　　　　　　　　　　　ml /AT /omf /Fl /Fm /c BootLoader.asm
　　　　　　　　　　　　　　　　　　C:\Irvine\link6.exe /T /NOD BootLoader.obj
　　如果提示找不到ml，請?zhí)砑悠渎窂降江h(huán)境變量（我的路徑為C:\Program Files\Microsoft Visual Studio 9.0\VC\bin\ml.exe）。執(zhí)行完后，我們將得到BootLoader.com文件。

編譯鏈接BootLoader.asm

　　3. 使用VMware創(chuàng)建一個虛擬機，并新建一塊虛擬磁盤（大小1G，預先分配磁盤空間，存儲為單文件格式）。將新建的虛擬磁盤格式化為NTFS格式（使用PE或者其他工具）。右擊VMWare界面左邊的我們新建的虛擬機，進入設置->選中我們新建的磁盤->工具->映射（或者也可以通過菜單的文件->映射虛擬磁盤->映射），出現(xiàn)下面的對話框。去掉read-only的選項，然后點擊OK。