保护模式
完整代码
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; pmtest1.asm
; 编译方法：nasm pmtest1.asm -o pmtest1.bin
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;
;
%include "pm.inc" ; 常量, 宏, 以及一些说明
org 07c00h
jmp LABEL_BEGIN
[SECTION .gdt]
; GDT
; 段基址, 段界限 , 属性
LABEL_GDT: Descriptor 0, 0, 0 ; 空描述符
LABEL_DESC_CODE32: Descriptor 0, SegCode32Len - 1, DA_C + DA_32; 非一致代码段
LABEL_DESC_VIDEO: Descriptor 0B8000h, 0ffffh, DA_DRW ; 显存首地址
; GDT 结束
GdtLen equ $ - LABEL_GDT ; GDT长度
GdtPtr dw GdtLen - 1 ; GDT界限
dd 0 ; GDT基地址
; GDT 选择子
SelectorCode32 equ LABEL_DESC_CODE32 - LABEL_GDT
SelectorVideo equ LABEL_DESC_VIDEO - LABEL_GDT
; END of [SECTION .gdt]
[SECTION .s16]
[BITS 16]
LABEL_BEGIN:
mov ax, cs
mov ds, ax
mov es, ax
mov ss, ax
mov sp, 0100h
; 初始化 32 位代码段描述符
xor eax, eax
mov ax, cs
shl eax, 4
add eax, LABEL_SEG_CODE32 ; [SECTION .s32]这个段的物理地址
;分成三个部分赋值给描述符 DESC_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
; 为加载 GDTR 作准备
;把GDT的物理地址填充到了GdtPtr这个6字节的数据结构
xor eax, eax
mov ax, ds
shl eax, 4
add eax, LABEL_GDT ; eax <- gdt 基地址
mov dword [GdtPtr + 2], eax ; [GdtPtr + 2] <- gdt 基地址
; 加载 GDTR 将GdtPtr指示的6字节加载到寄存器gdtr
lgdt [GdtPtr]
; 关中断因为保护模式下中断处理的机制不同，不关中断会出现错误
cli
; 打开地址线A20
in al, 92h
or al, 00000010b
out 92h, al
; 准备切换到保护模式
mov eax, cr0
or eax, 1
mov cr0, eax
; 真正进入保护模式
jmp dword SelectorCode32:0 ; 执行这一句会把 SelectorCode32 装入 cs,
; 并跳转到 Code32Selector:0 处
; END of [SECTION .s16]
[SECTION .s32]; 32 位代码段. 由实模式跳入.
[BITS 32]
;保护模式跳转到此处
LABEL_SEG_CODE32:
mov ax, SelectorVideo
mov gs, ax ; 视频段选择子(目的)
mov edi, (80 * 11 + 79) * 2 ; 屏幕第 11 行, 第 79 列。
mov ah, 0Ch ; 0000: 黑底 1100: 红字
mov al, 'P'
mov [gs:edi], ax
; 到此停止
jmp $
SegCode32Len equ $ - LABEL_SEG_CODE32
; END of [SECTION .s32]
分析
[SECTION .gdt]
; GDT
; 段基址, 段界限 , 属性
LABEL_GDT: Descriptor 0, 0, 0 ; 空描述符
LABEL_DESC_CODE32: Descriptor 0, SegCode32Len - 1, DA_C + DA_32; 非一致代码段
LABEL_DESC_VIDEO: Descriptor 0B8000h, 0ffffh, DA_DRW ; 显存首地址
; GDT 结束
GdtLen equ $ - LABEL_GDT ; GDT长度
GdtPtr dw GdtLen - 1 ; GDT界限
dd 0 ; GDT基地址
; GDT 选择子
SelectorCode32 equ LABEL_DESC_CODE32 - LABEL_GDT
SelectorVideo equ LABEL_DESC_VIDEO - LABEL_GDT
; END of [SECTION .gdt]
这一段定义了3个Descriptor，至于Descriptor，是作者于pm.inc中定义的一个宏，类似于一个结构体：
%macro Descriptor 3
dw %2 & 0FFFFh ; 段界限1
dw %1 & 0FFFFh ; 段基址1
db (%1 >> 16) & 0FFh ; 段基址2
dw ((%2 >> 8) & 0F00h) | (%3 & 0F0FFh) ; 属性1 + 段界限2 + 属性2
db (%1 >> 24) & 0FFh ; 段基址3
%endmacro ; 共 8 字节
这个结构体实际就是全局描述符表(GDT)中描述符的定义。
这个宏接受3个参数，分别是段基址，段界限和属性。然后将这三个参数加以转换成图中描述符对应的格式。
至于如何转换，以及为什么段描述符格式这么奇怪请参考这里。
在[SECTION .gdt]中定义了3个描述符。处理器规定，GDT中的第一个描述符必须是空描述符，或者叫哑描述符或NULL描述符。所以LABEL_GDT就被定义为一个空的描述符。LABEL_DESC_CODE32为代码段描述符，LABEL_DESC_VIDEO为图形显示段的描述符。属性这里暂且不探讨。
接着定义了对应的选择子，直观上看来，它好像就是描述符相对于GDT基址的偏移。但实际上它是如图所示的结构：
所以，当TI和RPL都为0时，选择子就变成了对应描述符相对于GDT基址的偏移。而描述符的大小为8字节，所以选择子为8的倍数，因此最后三位必然为0。
总之，整个寻址方式如下：
接着把GDT的物理地址填充到了GdtPtr这个6字节的数据结构中
; 为加载 GDTR 作准备
;把GDT的物理地址填充到了GdtPtr这个6字节的数据结构
xor eax, eax
mov ax, ds
shl eax, 4
add eax, LABEL_GDT ; eax <- gdt 基地址
mov dword [GdtPtr + 2], eax ; [GdtPtr + 2] <- gdt 基地址
加载到寄存器gdtr
lgdt [GdtPtr]
这一句的作用是将GdtPtr指示的6字节加载到寄存器gdtr。gdtr的结构如图：
关掉中断：
cli
保护模式下的中断机制和实模式不同，因此，原有的中断向量表不再适用。而且在保护模式下，BIOS中断都不能再用，因为它们是实模式下的代码。在重新设置保护模式下的中断环境之前，必须关中断。
打开地址线A20：
in al, 92h
or al, 00000010b
out 92h, al
原因是：实模式下的程序只能寻址1MB内存，因为它依赖16位的段地址左移4位，加上16位的偏移地址来访问内存。当逻辑段地址达到最大值0xFFFF时，再加一，结果为0x100000.但因为它只能维持20位的地址，进位自然丢失，地址又绕回最低地址0x00000。但后来，到了80286时代，处理器有24根地址线，因此地址在达到0xffff时不应回0。为了能在80286机器上运行8086程序且不出现问题，便有了强制第21根线A20为0的做法。上述代码则是打开A20，使其可以为1。
切换到保护模式：
mov eax, cr0
or eax, 1
mov cr0, eax
CR0为处理器内部的控制寄存器，结构如图所示：
当把第0位置为1时，系统就运行于保护模式之下了。
跳转，正式进入保护模式：
jmp dword SelectorCode32:0
ps:最后，书中的代码在我这里是无法在bochs上正常运行的。需要把类似[SECTION ...]的语句去掉，在代码最后加上：
times 510-($-$$) db 0
dw 0xaa55