【从头开始写操作系统系列】环境搭建以及第一个Hello World

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笔者在动手写此操作系统时是一名大学本科大二的学生，可能文章中会有好多地方我没有解释清楚，可能也会有许多地方出现错误，我恳请各位读者能提出质疑和纠正我的错误，谢谢！

#写在最前

笔者在动手写此操作系统时是一名大学本科大二的学生，可能文章中会有好多地方我没有解释清楚，可能也会有许多地方出现错误，我恳请各位读者能提出质疑和纠正我的错误，谢谢！

参考书籍：

  • 《30天自制操作系统》川合秀实
  • 《ORANGE’S：一个操作系统的实现》

##开发环境

笔者采用以下开发环境

  • Apple Macbook Air
  • Ubuntu 12.04 LTS(32 bit)

##读者准备

毕竟是动手写一个操作系统，对读者的要求也会相应要求高一些，对计算机编程0基础的读者还是不建议直接看这个系列的文章。希望读者能有 汇编语言、C 语言的基础，对操作系统最好有了解（推荐书籍《操作系统概念》），另外由于开发是在 Ubuntu 的环境中进行的，读者最好对 Linux 的命令、操作等比较熟悉。

#环境搭建

##安装Bochs 等

Bochs是一个x86硬件平台的开源模拟器。它可以模拟各种硬件的配置。Bochs模拟的是整个PC平台，包括I/O设备、内存和BIOS。更为有趣的是，甚至可以不使用PC硬件来运行Bochs。事实上，它可以在任何编译运行Bochs的平台上模拟x86硬件。通过改变配置，可以指定使用的CPU(386、486或者586)，以及内存大小等。一句话，Bochs是电脑里的“PC”。根据需要，Bochs还可以模拟多台PC，此外，它甚至还有自己的电源按钮。

我们所写的操作系统就是模拟在 Bochs 来运行和调试的。

我们使用以下的命令来安装 bochs 等一些工具

sudo apt-get install vgabios bochs bochs-x bximage bochs-sdl

#第一个 Hello World

##创建软盘镜像

  • 使用bximage 命令
  • 按照以下来进行配置
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                                bximage
                  Disk Image Creation Tool for Bochs
        $Id: bximage.c,v 1.34 2009/04/14 09:45:22 sshwarts Exp $
========================================================================

Do you want to create a floppy disk image or a hard disk image?
Please type hd or fd. [hd] fd

Choose the size of floppy disk image to create, in megabytes.
Please type 0.16, 0.18, 0.32, 0.36, 0.72, 1.2, 1.44, 1.68, 1.72, or 2.88.
 [1.44] 1.44
I will create a floppy image with
  cyl=80
  heads=2
  sectors per track=18
  total sectors=2880
  total bytes=1474560

What should I name the image?
[a.img] helloworld.img

Writing: [] Done.

I wrote 1474560 bytes to helloworld.img.

The following line should appear in your bochsrc:
  floppya: image="helloworld.img", status=inserted
  • 最终我们得到了一个名叫『helloworld.img』的文件，它就是我们创建的软盘镜像

##操作系统源码

  • hello.asm
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	org	07c00h
	mov	ax, cs
	mov	ds, ax
	mov	es, ax
	call	DispStr	
	jmp	$
DispStr:
	mov	ax, Str
	mov	bp, ax
	mov	cx, 13
	mov	ax, 01301h
	mov	bx, 000ch
	mov	dl, 0
	int	10h
	ret
Str:		db	"Hello, world!"
times 	510-($-$$)	db	0	
dw 	0xaa55
  • 下面我们来逐行分析这段汇编代码

org 07c00h 指定程序的起始地址,告诉编译器程序从这里开始

org是Origin的缩写：起始地址源。在汇编语言源程序的开始通常都用一条org伪指令来实现规定程序的起始地址。

mov ax, cs 将 cs（代码段寄存器）中的值赋值给 ax 寄存器

mov ds, ax 将 ax 中的值赋值给 ds（ 一个段寄存器）

mov es, ax 将 ax 中的值赋值给 es（）

call DispStr 跳转执行到 DispStr

jump $ 死循环

mov ax, Str 将 Str 的首地址放入 ax

mov bp, ax 将 ax 的值赋给 bp（栈底指针）

mov cx, 13 将13放入 ax 寄存器

mov ax, 01301h ax 寄存器高位AH=13，低位 AL=01h

mov bx, 000ch 将000ch 放入 bx 寄存器

mov dl, 0 将光标设置为0行0列

int 10h 调用10h 中断

  • int 10h 中断功能介绍
AH 功能 调用参数 返回参数
1 置光标类型 (CH）0―3 = 光标开始行
（CL）0―3 = 光标结束行		 无
2 置光标位置 BH = 页号
DH = 行
DL = 列		 无
3 读光标位置 BH = 页号 CH = 光标开始行
CL = 光标结束行
DH = 行
DL = 列
4 读光笔位置 AH=0 光笔未触发
AH=1 光笔触发
CH=象素行
BX=象素列
DH=字符行
DL=字符列
5 显示页 AL = 显示页号
6 屏幕初始化或上卷 AL = 上卷行数
AL =0全屏幕为空白
BH = 卷入行属性
CH = 左上角行号
CL = 左上角列号
DH = 右下角行号
DL = 右下角列号
7 屏幕初始化或下卷 AL = 上卷行数
AL =0全屏幕为空白
BH = 卷入行属性
CH = 左上角行号
CL = 左上角列号
DH = 右下角行号
DL = 右下角列号
8 读光标位置的属性和字符 BH = 显示页 AH = 属性
AL = 字符
9 在光标位置显示字符及其属性 BH = 显示页
AL = 字符
BL = 属性
CX = 字符重复次数
A 在光标位置只显示字符 BH = 显示页
AL = 字符
CX = 字符重复次数
E 显示字符(光标前移) AL = 字符
BL = 前景色
13 显示字符串 ES:BP = 串地址
CX = 串长度
DH， DL = 起始行列
BH = 页号
AL = 0，BL = 属性
串：Char，char，……，char
AL = 1，BL = 属性
串：Char，char，……，char
AL = 2
串：Char，attr，……，char，attr
AL = 3
串：Char，attr，……，char，attr

times 510-($-$$) db 0 将剩余的位置都填充为0

dw 0xaa55 结束标志

##制作操作系统镜像

  • 编译源码

nasm hello.asm -o hello.bin

  • 写入软盘镜像扇区

dd if=hello.bin of=helloworld.img bs=512 count=1 conv=notrunc

#运行 HelloWorld

##编写 bochs 配置文件 - bochsrc

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# Configuration file for Bochs
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# how much memory the emulated machine will have
megs: 32

# filename of ROM images
romimage: file=/usr/share/bochs/BIOS-bochs-latest
vgaromimage: file=/usr/share/vgabios/vgabios.bin

# what disk images will be used
floppya: 1_44=helloworld.img, status=inserted

# choose the boot disk.
boot: floppy

# where do we send log messages?
# log: bochsout.txt

# disable the mouse
mouse: enabled=0

# enable key mapping, using US layout as default.
keyboard_mapping: enabled=1, map=/usr/share/bochs/keymaps/x11-pc-us.map

display_library: sdl

##运行bochs

bochs -f bochsrc

运行结果如下图：

image