一个boot程序(2)

前面写的boot程序仅仅是在屏幕上不停的打印一个字符串，而boot程序真正的作用是将loader程序载入到内存执行。这篇note会完成这这部分的工作。

boot和loader通常被放在一起成为bootloader，但由于引导介质的限制，boot往往只执行相对简单的任务，后续的各种工作都有loader来完成。

FAT12 文件系统

为了实现足够的简单，这里使用FAT12文件系统来装载loader程序。

引导扇区

FAT12的引导扇区位于开始的512字节(第0扇区)，大多数参数使用默认值即可：

; 实际上变量的名字无所谓，但大小必须满足FAT12引导扇区的规定，下面的变量必须放在偏移量为3的地方，前3个字节用来存跳转指令
; 跳转到偏移量为62的地址

oem_name              db "serenity"    ; 8 bytes
bytes_per_sector      dw 512           ; 2 bytes，所以用double word
sector_per_cluster    db 1             ; 1 byte
reserved_sector_count dw 1             ; 2 bytes
num_of_fats           db 2             ; 1 bytes
root_entry_count      dw 224
total_sectors_16      dw 2880
media                 db 0xf0
sector_per_fat        dw 9
sector_per_track      dw 18
num_of_head           dw 2             ; 磁头数
hidden_sector         dd 0             ; 4 bytes
total_sectors_32      dd 0             ; 如果 totoal_sectors_16 为0 就用这个
drive_number          db 0             ; bios 中断调用需要的驱动器号
reseved               db 0
boot_signature        db 0x29
volume_id             dd 0
volume_label          db "boot-loader" ; 11 bytes
filesystem_type       db "F A T 12"    ; 8 bytes whatever
; offset 62, length 448
bootloader_code_start:
; 引导代码放在这里，长度不超过448字节

times 510 - ($ - $$) db 0              ; 引导代码不到448用来填0 padding，
dw 0xaa55                              ；引导扇区标识

软盘结构

1.44MB软盘大概长这个样子 fat1.png
引导扇区占1个扇区，FAT1和FAT2各占9个扇区之后是根目录区和数据区。 FAT表的表项和数据区的簇号是一一对应的， 由于FAT表项的0和1项已经用了（历史原因）所以数据区的第一个有效簇号是2，即下面的目录项结构中的first_cluster是从2开始的:

struct Dir
{
    char name[11];         // filename 8 bytes + extension 3 bytes
    char attr;             // 1 byte, file attribute, file or folder ?
    char reserved[10];     // 10 bytes
    short last_write_time; // 2 bytes
    short last_write_date; // 2 bytes
    short first_cluster;   // 2 bytes
    int file_size;         // 4 bytes
}

总共 11 + 1 + 10 + 2 + 2 + 2 + 4 = 32字节

修改boot程序

之前的boot程序仅仅打印hello world，这里我们要将boot程序放到软盘的引导扇区的引导代码处，它将在FAT12文件系统中查找loader程序并加载loader，loader程序后面会写，这里只需要知道loader程序会拷贝到FAT12文件系统中，而boot程序需要找到并加载它。

要做的事情很简单：

然而，问题是整个程序只能使用汇编，并且只能通过BIOS中断服务来操作FAT12文件系统以及代码长度限制在448字节，因此代码组织相当重要。

封装读取一个扇区函数

刚开始就遇到了问题，前面说的扇区号是LBA（Logical Block Address）而BIOS中断服务int 13h, ah = 02h接收的是CHS（Cylinder Head Sector），因此需要将LBA转成CHS。LBA转为CHS需要用到前面定义的变量num_of_head和sector_per_track 关系如下：

Sector = LBA % sector_per_track + 1
Head = LBA / sector_per_track % num_of_head
Cylinder = LBA / sector_per_track / num_of_head

由于前面设定（软盘）中num_of_head为2，因此上面的式子还可以写成

Head =  (LBA/sector_per_track) & 1
Clyinder = (LBA/sector_per_track) >> 1

按照BIOS中断int 13h, ah=0ah的要求，可以写出读取一个扇区的函数：

; Sector = LBA % sector_per_track + 1
; Head = (LBA/sector_per_track) & 1
; Cylinder = (LBA/sector_per_track) >> 1
; read_cl_sector(di, cl, [es:bx]) where bx is set to 5000h (assume loader size if less thand 5000h so won't overlap with 64k boundary)
read_n_sector: ; where n is cl
    push di ; save LBA
    push bp
    mov bp, sp
    sub sp, 2
    mov byte [bp-2], cl ; save cl
    mov ax, di
    mov cl, [sector_per_track]
    div cl ; quotient in al, residual in ah

    ; set sector
    inc ah
    mov cl, ah

    ; set head
    mov dh, al
    and dh, 1

    ; set cylinder
    mov ch, al
    shr ch

    mov dl, [drive_number]

    ; when error occurred CF will be set
try_again:
    mov ah, 02h ; int 13h arg
    mov al, byte [bp-2] ; read cl sector

    int 13h ; call BIOS ISR

    ; try again when CF is set
    jc try_again

    add sp, 2
    pop bp
    pop di

读取的数据存在[es:bx]中，es设置成0好了，这里假定loader的大小小于64k - 5000h = 44k，所以选取bx为5000h。

<– to be continued