实验报告

实验目标

熟悉 hit-oslab 实验环境

建立对操作系统引导过程的深入认识

掌握操作系统的基本开发过程

能对操作系统代码进行简单的控制,揭开操作系统的神秘面纱

实验内容

阅读《Linux 内核完全注释》的第 6 章,对计算机和 Linux 0.11 的引导过程进行初步的了解

按照下面的要求改写 0.11 的引导程序 bootsect.s

有兴趣同学可以做做进入保护模式前的设置程序 setup.s

改写 bootsect.s 主要完成如下功能:

bootsect.s 能在屏幕上打印一段提示信息“XXX is booting...”,其中 XXX 是你给自己的操作系统起的名字,例如 LZJos、Sunix 等(可以上论坛上秀秀谁的 OS 名字最帅,也可以显示一个特色 logo,以表示自己操作系统的与众不同。)

改写 setup.s 主要完成如下功能:

bootsect.s 能完成 setup.s 的载入,并跳转到 setup.s 开始地址执行。而 setup.s 向屏幕输出一行"Now we are in SETUP"。

setup.s 能获取至少一个基本的硬件参数(如内存参数、显卡参数、硬盘参数等),将其存放在内存的特定地址,并输出到屏幕上。

setup.s 不再加载 Linux 内核,保持上述信息显示在屏幕上即可。

回答问题

有时,继承传统意味着别手蹩脚。x86 计算机为了向下兼容,导致启动过程比较复杂。请找出 x86 计算机启动过程中,被硬件强制,软件必须遵守的两个“多此一举”的步骤(多找几个也无妨),说说它们为什么多此一举,并设计更简洁的替代方案。

x86CPU启动时为了向下兼容16位使用实模式:纯16位无保护执行环境。对于80286或以上的CPU通过A20 GATE来控制A20地址线。

技术发展到了80286,虽然系统的地址总线由原来的20根发展为24根,这样能够访问的内存可以达到2^24=16M,但是Intel在设计80286时提出的目标是向下兼容,所以在实模式下,系统所表现的行为应该和8086/8088所表现的完全一样,也就是说,在实模式下,80386以及后续系列应该和8086/8088完全兼容仍然使用A20地址线。

所以高级芯片为了运行以前的程序,不得不保留实模式。所以说80286芯片存在一个BUG:它开设A20地址线。

如果程序员访问100000H-10FFEFH之间的内存,系统将实际访问这块内存。进入实模式多此一举,可以直接进入保护模式。

解决方案:是不向下兼容直接进入32位的保护模式,经管在Intel 80286手册中已经提出了虚地址保护模式,但实际上它只是一个指引,真正的32位地址出现在Intel 80386上。

保护模式本身是80286及以后兼容处理器序列之后产成的一种操作模式,它具有许多特性设计为提高系统的多道任务和系统的稳定性。

例如内存的保护,分页机制和硬件虚拟存储的支持。现代多数的x86处理器操作系统都运行在保护模式下。

当PC的电源打开后,80x86结构的CPU将自动进入实模式,并从地址0xFFFF0开始自动执行程序代码,这个地址通常是ROM—BIOS中的地址。

PC机的BIOS将执行某些系统的检测,并在物理地址0处开始初始化中断向量。此后将启动设备的第一个扇区512字节读入内存绝对地址0x7C00处。

因为当时system模块的长度不会超过0x80000字节大小512KB,所以bootsect程序把system模块读入物理地址0x10000开始位置处时并不会覆盖在0x90000处开始的bootsect和setup模块,多此一举的是system模块移到内存中相对靠后的位置,以便加载系统主模块。

解决方案是在保证操作系统启动引导成功的前提下尽量扩大ROM—BIOS的内存寻址范围,以达到不需要读入靠后的位置处。

实验步骤

完成 bootsect.s 的屏幕输出功能

bios实训原理 bios设置实验的实验报告_向下兼容

编译和运行

bios实训原理 bios设置实验的实验报告_向下兼容_02

bootsect.s读入setup.s

bios实训原理 bios设置实验的实验报告_向下兼容_03

setup.s显示硬件参数

bios实训原理 bios设置实验的实验报告_实模式_04

bios实训原理 bios设置实验的实验报告_向下兼容_05

bios实训原理 bios设置实验的实验报告_实模式_06

bios实训原理 bios设置实验的实验报告_linux系统初始引导实验报告_07

bios实训原理 bios设置实验的实验报告_linux系统初始引导实验报告_08

再次编译运行

bios实训原理 bios设置实验的实验报告_bios实训原理_09

实验总结

了解了Linux系统启动流程

了解如何实现bootsect.s和setup.s

了解了make命令