登录/ 注册
 找回密码
 立即注册
关闭

CSDN热搜

程序园 精品问答 技术交流 资源下载
返回列表 发新帖
首页 › 业界区 › 科技 ›操作系统开发：文件读取寻址问题、解决方案及实验 ...

操作系统开发：文件读取寻址问题、解决方案及实验

喙审 2025-6-29 17:52:44
问题

记录下自己学习自制操作系统时写MBR遇到的文件读取问题及解决方案。
简单来说就是LBA和CHS地址读取方式没分清。
环境


  • bochs 虚拟机
  • nasm 汇编
现象

照着文档或教程写的代码，扇区号啥的也没错，但文件无法读取。
经调试器检查，存储器状态接口与读入接口皆为0x0。
代码示例

这是LBA读文件的代码。
修改自从零开发操作系统
  1. load_section:
  2.         ; eax        Section to read from
  3.         ; bx        Memory address to write to
  4.         ; cx        Number of sections to read
  6.         ; backup eax & cx
  7.         mov esi, eax
  8.         mov di, cx
  10.         ; write arguments
  11.         ; Number of sections
  12.                 mov dx, 0x1f2
  13.                 mov al, cl
  14.                 out dx, al
  15.                 mov eax, esi
  17.         ; Section (LBA) addr
  18.         ; 7~0
  19.                 mov dx, 0x1f3
  20.                 out dx, al
  21.         ; 15~8
  22.                 mov cl, 8
  23.                 shr eax, cl
  24.                 mov dx, 0x1f4
  25.                 out dx, al
  26.         ; 23~16
  27.                 shr eax, cl
  28.                 mov dx, 0x1f5
  29.                 out dx, al
  30.         ; 27~24
  31.                 shr eax, cl
  32.                 and al, 0x0f
  33.                 ; 7~4==1110 => LBA mode
  34.                 or al, 0xe0
  35.                 mov dx, 0x1f6
  36.                 out dx, al
  38.         ; write command
  39.                 mov dx, 0x1f7
  40.                 mov al, 0x20
  41.                 out dx, al
  43.         ; wait until disk ready
  44.         .wait_disk:
  45.                 nop
  46.                 in al, dx
  47.                 ; 4th digit==1 => ready
  48.                 ; 7th digit==1 => busy
  49.                 ; if (not (4th==1 and 7th!=1)) then wait
  50.                 and al, 0x88
  51.                 cmp al, 0x08
  52.                 jnz .wait_disk
  54.         ; calc read times
  55.                 ; di = cx = sections to read
  56.                 mov ax, di
  57.                 ; 1 word (2 bytes) per time per section, one section 512 bytes
  58.                 ; total 256 times per section
  59.                 mov dx, 256
  60.                 ; sections to read * time to read per section
  61.                 ; mul dx => prod=dx*ax, dx=prod.high16, ax=prod.low16
  62.                 mul dx
  63.                 ; high16 ignored, cx=low16 for loop times
  64.                 mov cx, ax
  65.                 mov dx, 0x1f0
  67.         .read_loop:
  68.                 in ax, dx
  69.                 mov [bx], ax
  70.                 add bx, 2
  71.                 loop .read_loop
  72.         ret
复制代码
这是CHS读文件的代码。
修改自《自己动手写操作系统》
  1. BPB_SecPerTrk equ 18
  2. BS_DrvNum equ 0
  4. ReadSector:
  5.         ; ax        Section to read from
  6.         ; cl        Number of sectors to read
  7.         ; bx        Destination
  9.         ; 1.44MB = 2 * 80 * 18 * 512
  10.         ; (One head for each side)
  11.         ; (Side * TracksPerSide * SectorsPerTrack * BytesPerSector)
  12.         ; SecToRead / SecPerTrk -> [q]uotient, [r]emainder
  13.         ; CyldNum = Q >> 1, HeadNum = Q & 1, StartSec = R + 1
  14.         push bp
  15.         mov bp, sp
  16.         sub esp, 2
  17.         mov byte [bp-2], cl
  18.         push bx
  19.         mov bl, BPB_SecPerTrk
  20.         div bl
  21.         inc ah
  22.         mov cl, ah
  23.         shr al, 1
  25.         mov ch, al
  26.         and dh, 1
  27.         pop bx
  28.         mov dl, BS_DrvNum
  29.         .GoOnReading:
  30.                 ; int 0x13, ah=2 for reading to buffer
  31.                 ; al        number of sectors to read
  32.                 ; ch        cylinder number
  33.                 ; cl        first section number
  34.                 ; dh        header number
  35.                 ; dl        drive number (0 for drive A)
  36.                 ; es:bx        buffer
  37.                 mov ah, 2
  38.                 mov al, byte [bp-2]
  39.                 int 0x13
  40.                 jc .GoOnReading
  41.                 add esp, 2
  42.                 pop bp
  43.                 ret
复制代码
问题原因

我的问题出在代码与存储设备格式不匹配。
简称全称中文适用设备读取方式（不多赘述，具体请查找文档教程）LBALogical Block Addressing逻辑块 寻址多用于硬盘通过向设备写入地址与命令，并检查硬盘可用性，即可读取CHSCylinder Head Sector柱面-读头-扇区 寻址多用于软盘通过柱面、读头、扇区的三维坐标，调用系统中断，即可读取通过bochsrc中的floppya、floppyb指定软盘，ata[0-3][-master/-slave]指定硬盘。boot参数指定启动设备。
例：
  1. # 软盘
  2. floppya: 1_44="img/floppy.img", status=inserted
  3. boot: floppy
复制代码
  1. # 硬盘
  2. ata0-master: path="img/hd.img", type=disk, mode=flat
  3. boot: disk
复制代码
解决方案

LBA寻址一般给硬盘使用，CHS一般给软盘使用。
根据存储设备选择读取方式。
实验验证

点击展开工具


  • bochs 虚拟机
  • nasm 汇编
  • bximage 虚拟盘制作，bochs自带
  • dd 虚拟盘写入，大多类unix（linux和mac）自带
系统建议使用Linux或Mac，对于Windows用户bochsrc.bxrc与一些命令可能需更改，本文不多赘述。
代码

模拟mbr将操作系统载入内存并执行的过程
os.asm
  1. %include "boot.inc"
  2. section MBR vstart=OS_BASE_ADDR
  3.         mov ax, 0xb800
  4.         mov gs, ax
  6.         ; print msg
  7.         mov byte [gs:0x00], 'O'
  8.         mov byte [gs:0x01], 0x02
  9.         mov byte [gs:0x02], 'S'
  10.         mov byte [gs:0x03], 0x02
  12.         jmp $
复制代码
载入后会打印绿色OS字样。
mbr_lba.asm
  1. %include "boot.inc"StackBase equ 0x7c00; load loader.asm into memorysection MBR vstart=StackBase        ; init        mov ax, cs        mov ds, ax        mov es, ax        mov ss, ax        mov sp, StackBase        ; video        mov ax, 0xb800        mov gs, ax        ; display clear        mov ax, 0x0600        mov bx, 0x0700        mov cx, 0x0000        ; dl=80, dh=25        mov dx, 0x184f        int 0x10        ; print msg        mov byte [gs:0x00], 'M'        mov byte [gs:0x01], 0x04        mov byte [gs:0x02], 'B'        mov byte [gs:0x03], 0x04        mov byte [gs:0x04], 'R'        mov byte [gs:0x05], 0x04        mov byte [gs:0x06], ' '        mov byte [gs:0x07], 0x04        ; load loader        mov eax, OS_START_SEC        mov bx, OS_BASE_ADDR        mov cx, 1        call load_section        jmp OS_BASE_ADDRload_section:
  2.         ; eax        Section to read from
  3.         ; bx        Memory address to write to
  4.         ; cx        Number of sections to read
  6.         ; backup eax & cx
  7.         mov esi, eax
  8.         mov di, cx
  10.         ; write arguments
  11.         ; Number of sections
  12.                 mov dx, 0x1f2
  13.                 mov al, cl
  14.                 out dx, al
  15.                 mov eax, esi
  17.         ; Section (LBA) addr
  18.         ; 7~0
  19.                 mov dx, 0x1f3
  20.                 out dx, al
  21.         ; 15~8
  22.                 mov cl, 8
  23.                 shr eax, cl
  24.                 mov dx, 0x1f4
  25.                 out dx, al
  26.         ; 23~16
  27.                 shr eax, cl
  28.                 mov dx, 0x1f5
  29.                 out dx, al
  30.         ; 27~24
  31.                 shr eax, cl
  32.                 and al, 0x0f
  33.                 ; 7~4==1110 => LBA mode
  34.                 or al, 0xe0
  35.                 mov dx, 0x1f6
  36.                 out dx, al
  38.         ; write command
  39.                 mov dx, 0x1f7
  40.                 mov al, 0x20
  41.                 out dx, al
  43.         ; wait until disk ready
  44.         .wait_disk:
  45.                 nop
  46.                 in al, dx
  47.                 ; 4th digit==1 => ready
  48.                 ; 7th digit==1 => busy
  49.                 ; if (not (4th==1 and 7th!=1)) then wait
  50.                 and al, 0x88
  51.                 cmp al, 0x08
  52.                 jnz .wait_disk
  54.         ; calc read times
  55.                 ; di = cx = sections to read
  56.                 mov ax, di
  57.                 ; 1 word (2 bytes) per time per section, one section 512 bytes
  58.                 ; total 256 times per section
  59.                 mov dx, 256
  60.                 ; sections to read * time to read per section
  61.                 ; mul dx => prod=dx*ax, dx=prod.high16, ax=prod.low16
  62.                 mul dx
  63.                 ; high16 ignored, cx=low16 for loop times
  64.                 mov cx, ax
  65.                 mov dx, 0x1f0
  67.         .read_loop:
  68.                 in ax, dx
  69.                 mov [bx], ax
  70.                 add bx, 2
  71.                 loop .read_loop
  72.         rettimes 510 - ($ - $$) db 0x0dw 0xaa55
复制代码
mbr_chs.asm
  1. %include "boot.inc"
  2. StackBase equ 0x7c00
  3. ; load os.asm into memory
  4. section MBR vstart=StackBase
  5.         ; init
  6.         mov ax, cs
  7.         mov ds, ax
  8.         mov es, ax
  9.         mov ss, ax
  11.         ; video
  12.         mov ax, 0xb800
  13.         mov gs, ax
  14.         ; display clear
  15.         mov ax, 0x0600
  16.         mov bx, 0x0700
  17.         mov cx, 0x0000
  18.         ; dl=80, dh=25
  19.         mov dx, 0x184f
  20.         int 0x10
  21.         ; print msg
  22.         mov byte [gs:0x00], 'M'
  23.         mov byte [gs:0x01], 0x04
  24.         mov byte [gs:0x02], 'B'
  25.         mov byte [gs:0x03], 0x04
  26.         mov byte [gs:0x04], 'R'
  27.         mov byte [gs:0x05], 0x04
  29.         ; load os
  30.         mov eax, OS_START_SEC
  31.         mov bx, OS_BASE_ADDR
  32.         mov cx, OS_SEC_CNT
  33.         call ReadSector
  34.         jmp OS_BASE_ADDR
  36. ReadSector:
  37.         ; ax        Section to read from
  38.         ; cl        Number of sectors to read
  39.         ; bx        Destination
  41.         ; 1.44MB = 2 * 80 * 18 * 512
  42.         ; (One head for each side)
  43.         ; (Side * TracksPerSide * SectorsPerTrack * BytesPerSector)
  44.         ; SecToRead / SecPerTrk -> [q]uotient, [r]emainder
  45.         ; CyldNum = Q >> 1, HeadNum = Q & 1, StartSec = R + 1
  46.         push bp
  47.         mov bp, sp
  48.         sub esp, 2
  49.         mov byte [bp-2], cl
  50.         push bx
  51.         mov bl, BPB_SecPerTrk
  52.         div bl
  53.         inc ah
  54.         mov cl, ah
  55.         shr al, 1
  57.         mov ch, al
  58.         and dh, 1
  59.         pop bx
  60.         mov dl, BS_DrvNum
  61.         .GoOnReading:
  62.                 ; int 0x13, ah=2 for reading to buffer
  63.                 ; al        number of sectors to read
  64.                 ; ch        cylinder number
  65.                 ; cl        first section number
  66.                 ; dh        header number
  67.                 ; dl        drive number (0 for drive A)
  68.                 ; es:bx        buffer
  69.                 mov ah, 2
  70.                 mov al, byte [bp-2]
  71.                 int 0x13
  72.                 jc .GoOnReading
  73.                 add esp, 2
  74.                 pop bp
  75.                 ret
  77. times 510 - ($ - $$) db 0x0
  78. dw 0xaa55
复制代码
这两个文件前面先清屏输出红色的MBR文字，后读入os。若os.asm载入成功，则前两个字符应被绿色OS字覆盖。
创建include目录（文件夹），并写入
include/boot.inc
  1. OS_BASE_ADDR equ 0x900  ; os将被载入的内存地址
  2. OS_START_SEC equ 2      ; os被存储的起始扇区
  3. OS_SEC_CNT equ 1        ; os存储占用扇区数
  5. BPB_SecPerTrk equ 18    ; 存储设备单磁道扇区数
  6. BS_DrvNum equ 0         ; 存储设备号
复制代码
存储一些mbr和os共用公用的数据，方便修改。后两行仅mbr_chs.asm使用。
bochsrc_floppy.bxrc
  1. romimage: file=/usr/local/share/bochs/BIOS-bochs-latest
  2. vgaromimage: file=/usr/local/share/bochs/VGABIOS-lgpl-latest.bin
  3. keyboard: keymap=/usr/local/share/bochs/keymaps/sdl2-pc-us.map
  5. floppya: 1_44="os_chs.img", status=inserted
  6. boot: floppy
  7. log: /dev/null
  8. mouse: enabled=0
  9. megs: 32
  10. display_library: sdl2
复制代码
bochsrc_disk.bxrc
  1. romimage: file=/usr/local/share/bochs/BIOS-bochs-latest
  2. vgaromimage: file=/usr/local/share/bochs/VGABIOS-lgpl-latest.bin
  3. keyboard: keymap=/usr/local/share/bochs/keymaps/sdl2-pc-us.map
  5. ata0-master: type=disk, path="os_lba.img", mode=flat
  6. boot: disk
  7. log: /dev/null
  8. mouse: enabled=0
  9. megs: 32
  10. display_library: sdl2
复制代码
bochs的启动配置文件。
准备

制作软盘chs版本。
  1. nasm -I include/ -f bin mbr_chs.asm -o mbr_chs.bin
  2. nasm -I include/ -f bin os.asm -o os.bin
  3. bximage -func=create -fd=1.44M -q os_chs.img
  4. dd if=mbr_chs.bin of=os_chs.img bs=512 count=1 conv=notrunc
  5. dd if=os.bin of=os_chs.img bs=512 count=1 conv=notrunc seek=2
复制代码
制作硬盘lba版本。
  1. nasm -I include/ -f bin mbr_lba.asm -o mbr_lba.bin
  2. nasm -I include/ -f bin os.asm -o os.bin
  3. bximage -func=create -hd=10M -q os_lba.img
  4. dd if=mbr_lba.bin of=os_lba.img bs=512 count=1 conv=notrunc
  5. dd if=os.bin of=os_lba.img bs=512 count=1 conv=notrunc seek=2
复制代码
实验

先试试软盘
  1. bochs -f bochsrc_floppy.bxrc
复制代码
然后硬盘
  1. bochs -f bochsrc_disk.bxrc
复制代码
现象

不出意外的话，两次都应该出现OSR字样，原因在代码区有解释。
有兴趣可以将不同的mbr与不同的虚拟存储设备相结合。读取方式不匹配预期现象为显示MBR字样，说明OS加载失败。
有错误望指正。

来源：程序园用户自行投稿发布，如果侵权，请联系站长删除
免责声明：如果侵犯了您的权益，请联系站长，我们会及时删除侵权内容，谢谢合作！

使用道具 举报
B Color Image Link Quote Code Smilies
您需要登录后才可以回帖 登录 | 立即注册
发帖
喙审
2025-6-29 17:52:44

0

粉丝关注

15

主题发布

板块介绍填写区域，请于后台编辑
微信扫一扫