从0创建一个OS (十一) 进入32-bit模式

终于要进入32-bit模式了，本节将完整的学习从boot sector进入32bit模式的流程

关键字： 中断; 流程

目标：进入32-bit保护模式并且测试前两节中学习到的(GDT设置，VGA打印功能)保护模式知识.

理论基础

进入32-bit保护模式需要进行以下几个步骤:

1. 关闭所有中断(不响应所有中断)
2. 导入设计好的GDT
3. 将CPU控制寄存器CR0的bit0设置为1
4. 通过一个设计好的jmp指令跳跃到保护模式中
5. 更新所有的段寄存器
6. 更新栈设置
7. 调用一个标签，该标签包含32bit保护模式下第一个有用的指令

接下来对每个步骤进行说明.

1. 关闭中断
   使用cli指令可以屏蔽所有可屏蔽中断
2. 导入设计好的GDT
   在设计GDT那一节，我们设计了GDT描述符，用来确定GDT，而使用lgdt可以将GDT描述符导入GDT寄存器(GDTR,6个字节)中，之后GDTR就可以告诉CPU，GDT的各个参数为多少.
3. 将CPU控制寄存器CR0的bit0设置为1
   CR0是CPU的控制寄存器，其结构如下图
   
   其中bit0,即PE(Protected Mode Enable)负责使能保护模式.
4. 通过一个设计好的jmp指令跳跃到保护模式中
   进入保护模式运行的前提是，“进入GDT中的代码段”，因此使用jmp CODESEG:某标签即可进入GDT中的代码段.
5. 更新所有的段寄存器
   将所有段寄存器置为GDT中的数据段DATASEG
6. 更新栈设置
   将栈底和栈顶更新为32-bit模式下的栈底和栈顶
7. 调用一个标签，该标签包含32bit保护模式下第一个有用的指令
   本节保护模式下第一个有用的指令为32-bit模式下的VGA打印函数.

源码

32bit-switch.asm 该文件执行进入保护模式的7个步骤设置

[bits 16]
switch_to_pm:
    cli; 1. 禁止所有中断
    lgdt [gdt_descriptor] ; 2. 载入GDT描述符, 注意GDT描述符有6个字节
    mov eax, cr0
    or eax, 0x1 ; 3. 使能保护模式，CR0的bit0
    mov cr0, eax
    jmp CODE_SEG:init_pm ; 4. 跳转到另一个段

[bits 32]
init_pm: ;现在处于32bit指令模式
    ; 5. 更新段寄存器内的值
    mov ax, DATA_SEG 
    mov ds, ax
    mov ss, ax
    mov es, ax
    mov fs, ax
    mov gs, ax

    mov ebp, 0x90000 ; 6. 在空闲区域设置栈
    mov esp, ebp

    call BEGIN_PM ; 7. 调用一个标签，该标签包含32bit保护模式下第一个有用的指令

 

32bit-main.asm 主程序

[org 0x7C00]

    mov bp, 0x9000; 设置栈
    mov sp, bp

    mov bx, MSG_REAL_MODE
    call print

    call switch_to_pm
    jmp $ ; 事实上，不会执行到这里

%include "../05-bootsector-functions-strings/boot_sect_print.asm"
%include "../09-32bit-gdt/32bit-gdt.asm"
%include "../08-32bit-print/32bit-print.asm"
%include "32bit-switch.asm"

[bits 32]
BEGIN_PM: ; 切换到保护模式之后就会执行这个标签
    mov ebx, MSG_PORT_MODE
    call print_string_pm ; 记得这个函数会将内容打印到屏幕左上角
    jmp $


MSG_REAL_MODE db "Started in 16-bit real mode", 0
MSG_PORT_MODE db "Loaded 32-bit protected mode", 0 


times 510 - ($ - $$) db 0
dw 0xAA55

 

实验结果