本文详述了在MacBook上从实模式切换到保护模式的过程，涉及汇编语言编程，包括GDT、段选择子和CR0寄存器的设置。代码示例展示了如何在保护模式下显示字符，并解释了保护模式的显著特点，如寻址空间的扩大和权限管理。文章还提到了代码的编译和运行步骤。
摘要由CSDN通过智能技术生成
实模式进入保护模式
文章写于两年前的 MacBookAir(2015)
目前笔者为 MacBookPro M1 (抽查了部分 都运行正常)
Github项目地址: https://github.com/wdkang123/MyOperatingSystem
MacOS X86架构（x新版的arm架构的我没有 所以大家自行测试)
VirtualBox
C/C++环境 （Xcode必装）
1.简介
从实模式到保护模式
保护模式 最重要的就是“保护”两字
有了“保护”功能后 CPU为软件提供了很多的功能 当然也有了很多的限制
但是“保护”并不是几行字能描述清楚的 所以先把代码跑起来
2.汇编
%include "pm.inc" org 0x9000 jmp LABEL_BEGIN [SECTION .gdt] ; 段基址 段界限 属性 LABEL_GDT: Descriptor 0, 0, 0 LABEL_DESC_CODE32: Descriptor 0, SegCode32Len - 1, DA_C + DA_32 LABEL_DESC_VIDEO: Descriptor 0B8000h, 0ffffh, DA_DRW GdtLen equ $ - LABEL_GDT GdtPtr dw GdtLen - 1 dd 0 SelectorCode32 equ LABEL_DESC_CODE32 - LABEL_GDT SelectorVideo equ LABEL_DESC_VIDEO - LABEL_GDT [SECTION .s16] [BITS 16] LABEL_BEGIN: mov ax, cs mov ds, ax mov es, ax mov ss, ax mov sp, 0100h xor eax, eax mov ax, cs shl eax, 4 add eax, LABEL_SEG_CODE32 mov word [LABEL_DESC_CODE32 + 2], ax shr eax, 16 mov byte [LABEL_DESC_CODE32 + 4], al mov byte [LABEL_DESC_CODE32 + 7], ah xor eax, eax mov ax, ds shl eax, 4 add eax, LABEL_GDT mov dword [GdtPtr + 2], eax lgdt [GdtPtr] cli ;关中断 in al, 92h or al, 00000010b out 92h, al mov eax, cr0 or eax , 1 mov cr0, eax jmp dword SelectorCode32: 0 [SECTION .s32] [BITS 32] LABEL_SEG_CODE32: mov ax, SelectorVideo mov gs, ax mov si, msg mov ebx, 10 mov ecx, 2 showChar: mov edi, (80*11) add edi, ebx mov eax, edi mul ecx mov edi, eax mov ah, 0ch mov al, [si] cmp al, 0 je end add ebx,1 add si, 1 mov [gs:edi], ax jmp showChar end: jmp $ msg: DB "Protect Mode", 0 SegCode32Len equ $ - LABEL_SEG_CODE32
再看看 pm.inc 的内容
%macro Descriptor 3 dw %2 & 0FFFFh dw %1 & 0FFFFh db (%1>>16) & 0FFh dw ((%2 >> 8) & 0F00h) | (%3 & 0F0FFh) db (%1 >> 24) & 0FFh %endmacro DA_32 EQU 4000h ; 32 位段 DA_C EQU 98h ; 存在的只执行代码段属性值 DA_DRW EQU 92h ; 存在的可读写数据段属性值
对上面的代码进行编译
nasm -o kernel.bat kernel.asm
从LABEL_SEG_CODE32: 这一部分开始 代码就执行在保护模式下 这段代码的作用就是显示一串字符 gs是计算机的一个寄存器 它跟eax,ebx这些寄存器差不多 但作用更为单一 主要用来指向显存 当我们将信息写入gs指向的内存后 信息会显示到屏幕上
用于显示字符的显存，内存地址从0XB800h开始，从该地址开始，每两个字节用来在屏幕上显示一个字符 这两个字节中 第一个字节的信息用来表示字符的颜色 第二个字节用来存储要显示的字符的ASCII值 屏幕一行能显示80个字符 大家看到代码中有语句
mov edi, (80*11)
这表明我们要从第11行开始显示字符，接下来又有语句：
add edi, ebx
其中，ebx的值是11，这表明我们要从第11行的第10列开始显示字符串，接下来的语句是：
mov eax, edi
mul ecx
ecx的值是2 这个2就是我们前面说过的显示一个字符需要两个字节
上面几句汇编语句的作用是：
eax = ((80*11) + 10) * 2
这样eax就指向了第11行第11列所在的显存位置
接下来语句：
mov ah, 0ch
它的作用是在用来显示字符的两字节中，对第一个字节放入数值0ch,也就是设置字符的颜色，接下来的语句：
mov al, [si]
将寄存器si指向的字符的ascii值写入到第二个字节，这样，字符就显示到屏幕上了。
大家注意寄存器si的用法：[si]. si相当于C语言中的一个指针，指向内存某个地址，[si]就是读取si指向的内存地址的信息，等同于 c语言中的*(si)
3.保护模式显著特点
1.寻址空间从时模式的1M增强到4G
2.不同的代码拥有不同的优先级，优先级高的能够执行特殊指令，优先级低的，某些重要指令就无法执行。
要想进入保护模式 我们需要解决两个问题：
（1）如何获取超过1M以上的内存地址
（2）如何设置不同代码所具有的优先级
我们先看看寻找能力的变化，在实模式下，cpu是16位的，寄存器16位，数据总线16位，地址总线20位
于是寻找的范围必然受限于20位的地址总线，所以寻找范围无法超过1M(2^20).
要想实现4GB的寻址 我们必须使用32位来表示地址 intel是这么解决这个问题的，他们用连续的8个字节组成的结构体来解决一系列问题：
byte0
byte1
……
byte7
其中，字节2，3，4以及字节7，这四个字节合在一起总共有32位，这就形成了一个32位的地址。
同时把字节0，字节1，以及将字节6的拆成两部分，各4个bits,前4个bits跟字节0，字节1合在一起，形成一个20个bit的数据，用来表示要访问的内存长度
这样，我们就解决了内存寻址的问题
4.pm.inc
pm.inc里面的宏定义就是我们说的7字节数据结构
%macro Descriptor 3
表示要初始化该数据结构 需要传入3个参数 :
(1) %1表示引用第一个参数
(2) %2表示引用第二个参数
初始化该结构时，输入的一个参数是内存的地址，大家看语句：
dw %1 & 0FFFFh
db (%1>>16) & 0FFh
这两句就是把内存地址的头三个字节放入到byte2,byte3,byte4,最后一句：
db (%1 >> 24) & 0FFh
就是讲地址的第4个字节放入到byte7. 初始化数据结构的第二个参数表示的是要访问的内存的长度，大家看语句：
dw %2 & 0FFFFh
就是把内存长度的头两个字节写入byte0,byte1,语句：
dw ((%2 >> 8) & 0F00h) | (%3 & 0F0FFh)
中的((%2 >> 8) & 0F00h)就是把内存长度的第16-19bit写入到byte6的前4个bit
由此要访问的内存和内存的长度就都设置好了
5.编译运行
将第2.汇编的代码进行编译
nasm boot.asm -o boot.bat
nasm kernel.asm -o kernel.bat
打开 java 工程 生成 system.img
最后 装载运行
