自制操作系统日记（二）：软盘读取-阿里云开发者社区

代码仓库地址：https://github.com/freedom-xiao007/operating-system

简介

在上一篇中，我们使用汇编编写了一个直接显示hello的程序，接下来我们继续探索如果使用汇编读取软盘数据

软盘数据读取准备

在上一篇中，我们使用nasm将程序制作成了img文件，在尝试中，这个就可以视为软盘，使用软盘的读取方式能读取我们这个img文件

文件读取的功能不用自己实现，在BIOS函数中（可以视为系统级的函数库，里面提供了一些通用的函数）有相关的文件读取功能：BIOS INT 13H

其相关的说明如下：

① 13H号功能调用02H号子功能：
读扇区入口参数：

AH=02，指明读扇区功能调用

AL要读扇区数

DL驱动器代号，0和1代表软盘，80H和81H代表硬盘

DH所读磁盘磁头号，以软盘来说，只能是0和1

CH 10位磁道号的低8位，

CL寄存器的第6、第7位存放其高2位CL低5位为要读的第一个扇区的扇区号（注意扇区号从1开始而非从0开始）。高2位表示磁道柱面号的高2位ES：

BX指出存放从磁盘所读数据的内存地址出口参数：

读出数据放在ES:BX所指的内存区域中若产生错误，CF置1，AH内为错误代码

更多的细节可以参考：《汇编语言程序设计》第三版的10.2.2和10.3章节，微信读书上有

还需要了解软盘的相关知识，在《30天自制操作系统》中，我们看到其对软盘的描述，如下图：

我们需要循环读取磁头，柱面，扇区，才能把整个磁盘的数据进行读入

根据两本参考书和相关的资料，我们先把软盘数据读取功能实现，博主能力问题，没有办法步子迈太大

程序整体思路

程序实现的大致思路如下：

1.软盘读取相关的参数定义，也就是：AH、AL、DL、DH、CH、BX、ES
2.循环磁头、柱面、扇区，读取整个软盘数据到内存中
3.为了验证，我们读取内存中的内容，并打印到屏幕上

整体思路有了，我们开始看代码细节

程序细节实现

1.软盘读取的相关的参数定义

我们把软盘读取函数的相关的参数先给定义好，具体的说明如下，代码中已加入相关的注释：

; 定义数据存放的内存开始地址
OffSetOfLoader    equ    0x0820
read_file_ready: ;读软盘准备
    MOV AH, 02 ;指明读扇区功能调用
    MOV AL, 1 ;指明要读的扇区数为1
    MOV DL, 0x00 ;指明要读的驱动为A
    MOV DH, 0 ;指定读取的磁头0
    MOV CH, 0 ;柱面0
    MOV CL, 1 ;读取扇区1（因为目前没有其他文件，就只有扇区1的启动区数据，所以我们这从1开始，不是从2开始）
    ;下面三句指定读取到内存地址0x0820处
    MOV AX, OffSetOfLoader
    MOV ES, AX
    MOV BX, 0 ;数据读取后放到的内存地址

需要注意的是CL，扇区的值。在书中是2,跳过了启动区扇区1的数据，我们这里没有其他的文件，就只有启动区的数据，所以我们从扇区1开始进行加载

2.循环读取软盘数据

我们需要循环扇区、磁头、柱面就行数据的读取，代码如下：

read_file:
    ;调试用，用于查看读取磁盘是否达到了循环次数,call相当于函数调用
    MOV SI, read_file_msg
    CALL func_show_msg

    ;前面调用函数时，改变了有关的寄存器，这里重置回来（也可以使用栈，但这个方便点）
    MOV AH, 02 ;指明读扇区功能调用
    MOV AL, 1 ;指明要读的扇区数为1
    MOV BX, 0 ;数据读取后放到的内存地址

    INT 13H ;调用BIOS文件读取
    JNC read_file_loop
    MOV SI, read_file_error_msg
    JMP show_msg_info
read_file_loop: ;循环读取内容，循环的顺序是扇区->磁头->柱面，不知道这里面是否有什么说法？可以调换吗？
    ;把内存地址后移0x200
    MOV AX, ES
    ADD AX, 0x0020
    MOV ES, AX
    ADD CL, 1 ;加1，读取下一个扇区
    CMP CL, 18 ;如果CL扇区大于软盘总扇区数18，则说明读取完成，不再读取
    JBE read_file
    ; 上面是扇区的循环，完毕后到磁头的循环,重置扇区，增加磁头到反面1
    MOV CL, 1
    ADD DH, 1
    CMP DH, 2
    JB read_file
    ;上面都完成后，到柱面的读取循环，重置扇区(前面已重置）和磁头，增加柱面（不知道为啥书中不是80而是10）
    MOV DH, 0
    ADD CH, 1
    CMP CH, 10
    JB read_file
; 相关的函数定义
func_show_msg:
        MOV AL,[SI]
        ADD SI,1
        CMP AL,0
        JE func_ret
        MOV AH,0x0e ;显示一个文字
        MOV BX,15 ;指定字符的颜色
        INT 0x10 ;调用显卡BIOS
        JMP func_show_msg
func_ret:
    RET
; 相关的字符定义
read_file_msg:
        DB "r"
        DB 0
read_file_error_msg:
        DB 0x0a , 0x0a ;换行两次
        DB "read file error!!!"
        DB 0x0a
        DB 0

在编写的过程中，问题频发，所以我们这里对循环进行了验证，每次调用BIOS的软盘读取函数，我们就打印一个字符：r

这里我们读取也没有采用书中的重试五次的策略，直接一次到位，读取错误就显示错误即可，感觉方便一点，当然，你们也可以试试加上重试策略

接下来的循环部分，都是参数的书中的代码了，这里就不多说了

3.读取加载到内存中的文件内容，并进行显示

为了验证我们程序的正确性，我们读取内容中的数据，打印到屏幕上，看看是否正确

软盘数据读取到的内容位置是开头我们定义的位置：OffSetOfLoader

而我们的大小就是512，所以我们直接循环512次即可,代码如下：

show_mem_file: ;打印显示刚才加载的文件内容
    MOV AX, OffSetOfLoader
    MOV ES, AX
    MOV DI, 0
show_mem_byte: ;整个数据也就512，所以循环512次即可
    MOV AL, BYTE [ES:DI]
    CMP DI, 512
    JE loader_end
    ADD DI, 1
    MOV AH,0x0e ;显示一个文字
        MOV BX,15 ;指定字符的颜色
        INT 0x10 ;调用显卡BIOS    
    JMP show_mem_byte
loader_end: ;启动程序加载完成
    MOV AL,0x0a
        MOV AH,0x0e ;显示一个文字
        MOV BX,15 ;指定字符的颜色
        INT 0x10 ;调用显卡BIOS
    MOV SI,msg
···

这样我们就基本完成，运行看下效果：

; 编译
PS E:\code\other\self\operating-system> D:\software\NASM\nasm.exe .\myOS.asm -o .\myOS.img

：运行
PS E:\code\other\self\operating-system> D:\software\qemu\qemu-system-x86_64.exe -L . -m 64 -fda .\myOS.img
WARNING: Image format was not specified for '.\myOS.img' and probing guessed raw.

     Automatically detecting the format is dangerous for raw images, write operations on block 0 will be restricted.
     Specify the 'raw' format explicitly to remove the restrictions.

(qemu:19348): Gtk-WARNING **: 09:01:44.555: Could not load a pixbuf from icon theme.
This may indicate that pixbuf loaders or the mime database could not be found.


结果如下图：

![image.png](https://p9-juejin.byteimg.com/tos-cn-i-k3u1fbpfcp/4dd36fb7dd9a4318b44c64ed6c2daae3~tplv-k3u1fbpfcp-watermark.image?)

## 完整代码
所有的代码如下：

; cherry-os
ORG 0x7c00 ;指定程序装载的位置

;下面用于描述FAT12格式的软盘
JMP entry
DB 0x90
DB "CHRRYIPL" ;启动区的名称可以是任意的字符串，但长度必须是8字节
DW 512; 每一个扇区的大小，必须是512字节
DB 1 ;簇的大小（必须为1个扇区)
DW 1 ;FAT的起始位置（一般从第一个扇区开始）
DB 2 ;FAT的个数必须是2
DW 224;根目录的大小一般是224项
DW 2880; 该磁盘的大小必须是2880扇区
DB 0xf0;磁盘的种类必须是0xf0
DW 9;FAT的长度必须是9扇区
DW 18;1个磁道(track) 有几个扇区必须是18
DW 2; 磁头个数必须是2
DD 0; 不使用分区，必须是0
DD 2880; 重写一次磁盘大小
DB 0,0,0x29 ;扩展引导标记固定0x29
DD 0xffffffff ;卷列序号
DB "CHERRY-OS " ;磁盘的名称（11个字节）
DB "FAT12 " ;磁盘的格式名称（8字节）
TIMES 18 DB 0; 先空出18字节这里与原文写法不同

OffSetOfLoader equ 0x0820

;程序核心
entry:

    MOV AX,0  ;初始化寄存器
    MOV SS,AX
    MOV SP,0x7c00
    MOV DS,AX
    MOV ES,AX

read_file_ready: ;读软盘准备

MOV AH, 02 ;指明读扇区功能调用
MOV AL, 1 ;指明要读的扇区数为1
MOV DL, 0x00 ;指明要读的驱动为A
MOV DH, 0 ;指定读取的磁头0
MOV CH, 0 ;柱面0
MOV CL, 1 ;读取扇区1（因为目前没有其他文件，就只有扇区1的启动区数据，所以我们这从1开始，不是从2开始）
;下面三句指定读取到内存地址0x0820处
MOV AX, OffSetOfLoader
MOV ES, AX
MOV BX, 0 ;数据读取后放到的内存地址

read_file:

;调试用，用于查看读取磁盘是否达到了循环次数,call相当于函数调用
MOV SI, read_file_msg
CALL func_show_msg

;前面调用函数时，改变了有关的寄存器，这里重置回来（也可以使用栈，但这个方便点）
MOV AH, 02 ;指明读扇区功能调用
MOV AL, 1 ;指明要读的扇区数为1
MOV BX, 0 ;数据读取后放到的内存地址

INT 13H ;调用BIOS文件读取
JNC read_file_loop
MOV SI, read_file_error_msg
JMP show_msg_info

read_file_loop: ;循环读取内容，循环的顺序是扇区->磁头->柱面，不知道这里面是否有什么说法？可以调换吗？

;把内存地址后移0x200
MOV AX, ES
ADD AX, 0x0020
MOV ES, AX
ADD CL, 1 ;加1，读取下一个扇区
CMP CL, 18 ;如果CL扇区大于软盘总扇区数18，则说明读取完成，不再读取
JBE read_file
; 上面是扇区的循环，完毕后到磁头的循环,重置扇区，增加磁头到反面1
MOV CL, 1
ADD DH, 1
CMP DH, 2
JB read_file
;上面都完成后，到柱面的读取循环，重置扇区(前面已重置）和磁头，增加柱面（不知道为啥书中不是80而是10）
MOV DH, 0
ADD CH, 1
CMP CH, 10
JB read_file

show_mem_file: ;打印显示刚才加载的文件内容

MOV AX, OffSetOfLoader
MOV ES, AX
MOV DI, 0

show_mem_byte: ;整个数据也就512，所以循环512次即可

MOV AL, BYTE [ES:DI]
CMP DI, 512
JE loader_end
ADD DI, 1
MOV AH,0x0e ;显示一个文字
    MOV BX,15 ;指定字符的颜色
    INT 0x10 ;调用显卡BIOS    
JMP show_mem_byte

loader_end: ;启动程序加载完成

MOV AL,0x0a
    MOV AH,0x0e ;显示一个文字
    MOV BX,15 ;指定字符的颜色
    INT 0x10 ;调用显卡BIOS
MOV SI,msg

show_msg_info: ;加载完成，成功显示

    MOV AL,[SI]
    ADD SI,1
    CMP AL,0
    JE fin
    MOV AH,0x0e ;显示一个文字
    MOV BX,15 ;指定字符的颜色
    INT 0x10 ;调用显卡BIOS
    JMP show_msg_info

fin:

    HLT ;CPU停止,等待指令
    JMP fin ;无限循环

func_show_msg:

    MOV AL,[SI]
    ADD SI,1
    CMP AL,0
    JE func_ret
    MOV AH,0x0e ;显示一个文字
    MOV BX,15 ;指定字符的颜色
    INT 0x10 ;调用显卡BIOS
    JMP func_show_msg

func_ret:

RET

read_file_msg:

    DB "r"
    DB 0

read_file_error_msg:

    DB 0x0a , 0x0a ;换行两次
    DB "read file error!!!"
    DB 0x0a
    DB 0

show_mem_info_msg:

DB 0x0a , 0x0a ;换行两次
    DB "start show mem file!!!"
    DB 0x0a
    DB 0

msg:

    DB 0x0a , 0x0a ;换行两次
    DB "hello, my OS, boot loader end"
    DB 0x0a
    DB 0

boot_flag: ;启动区标识

    TIMES 0x1fe-($-$$) DB 0 ;填写0x00,直到0x001fe
    DB 0x55, 0xaa


## 总结
看书感觉挺简单，动手起来困难重重啊。虽然完全使用书中的功能和内容可以跑，但自己动手改造和使用其他工具实现起来就有各种问题，但又不能不去做，就像抄作业，学渣就只抄，原理搞不懂，学霸抄了还理解了原理，题目一变考试也不慌。

这几天真是额头发烫，还好各种翻书和查阅资料，把这部分按照自己的理解给完成了

可能各位在实现的过程也会遇到其他的问题，可以翻翻下面三本书(微信读书上都有）和查阅资料：

- [《三十天自制操作系统》](https://github.com/yourtion/30dayMakeOS)
- 《汇编程序语言设计》
- [《一个64位操作系统的设计与实现》](https://github.com/yifengyou/The-design-and-implementation-of-a-64-bit-os)

上面两本书的相关代码也可以去看看，参考参考,链接点击书名即可

博主的相关实现也可以参考，但没有像他们一样根据天数进行划分，只能回退相关的代码版本查看

- [https://github.com/freedom-xiao007/operating-system](https://github.com/freedom-xiao007/operating-system)

## 参考链接
- [Windows/Linux 制作ISO文件](https://blog.51cto.com/u_8149087/2501212)
- [Can NASM generate a file with machine code hexdump + asm source?](https://stackoverflow.com/questions/44841381/can-nasm-generate-a-file-with-machine-code-hexdump-asm-source)
- [汇编语言指令大全 X86和X87汇编指令大全(带注释)](https://www.jb51.net/article/224613.htm)
- [「30天制作操作系统系列」1~4天从汇编到C语言](https://zhuanlan.zhihu.com/p/372748604)