Пишем операционную систему. Часть 1. Загрузчик

Всем привет! Сегодня мы напишем загрузчик, который будет выводить «Hello World» и запустим его на VirtualBox. Писать будем на ассемблере FASM. Скачать его можно отсюда ^[1]. Также нам понадобится собственно VirtualBox ^[2] и UltraISO ^[3]. Перед тем как писать код, разберемся как загружаются операционные системы.

Итак, когда мы нажимаем большую кнопку включения на нашем компьютере запускается система, которая есть на любом компьютере — BIOS (Basic Input/Output System или базовая система ввода/вывода). Задача BIOS это:

1. Обнаружить все подключенные устройства и проверить их на работоспособность. За это отвечает программа POST (Power On Self Test, самотестирование при включении). Если жизненно необходимое железо не обнаружено, то системный динамик (если таковой имеется) пропищит что-то непонятное и дальше загрузка не пойдет.
2. Предоставить операционной системе функции для работы с железом.
3. Считать самый первый сектор загрузочного устройства в нулевой сегмент оперативной памяти по смещению 0x7C00h и передать туда управление. 1 сектор на диске равен 512 байтам. Поэтому, наш загрузчик не должен превышать 512 байт. BIOS определяет, что сектор загрузочный по наличию в последних двух его байтах значений 0x55 и 0xAA.

Теперь можно приступать к написанию кода. Запускаем файл FASMW.EXE, который находится в архиве с FASM-мом и вставляем туда следующий код:

org 7C00h

 start:
    cli              ;Запрещаем прерывания (чтобы ничего не отвлекало)
    xor ax, ax       ;Обнуляем регистр ax
    mov ds, ax       ;Настраиваем dataSegment на нулевой адрес
    mov es, ax       ;Настраиваем сегмент es на нулевой адрес
    mov ss, ax       ;Настраиваем StackSegment на нулевой адрес
    mov sp, 07C00h   ;Указываем на текущую вершину стека
    sti              ;Запрещаем прерывания

  ;Очищаем экран
  mov ax, 3
  int 10h

  mov ah, 2h
  mov dh, 0
  mov dl, 0
  xor bh, bh
  int 10h

  ;Печатаем строку
  mov ax, 1301h
  mov bp, message
  mov cx, 12
  mov bl, 02h
  int 10h

  jmp $

message db 'Hello World!',0

times 510 - ($ - $$) db 0 ;Заполнение оставшихся байт нулями до 510-го байта
db 0x55, 0xAA ;Загрузочная сигнатура  

Этот код требует немного пояснений. Командой

org 7C00h

мы говорим, что код нужно загружать в ОЗУ по адресу 0x7C00. В строках

  mov ax, 3
  int 10h

мы устанавливаем видео режим 80х25 (80 символов в строке и 25 строк) и тем самым очищаем экран.

  mov ah, 2h
  mov dh, 0
  mov dl, 0
  xor bh, bh
  int 10h

Здесь мы устанавливаем курсор. За это отвечает функция 2h прерывания 10h. В регистр dh мы помещаем координату курсора по Y, а в регистр dl — по X.

  mov ax, 1301h
  mov bp, message
  mov cx, 12
  mov bl, 02h
  int 10h

Печатаем строку. За это отвечает функция 13h прерывания 10h. В регистр bp мы помещаем саму строку, в регистр cx — число символов в строке, в регистр bl — атрибут, в нашем случае цвет, он будет зеленым. На цвет фона влияют первые 4 бита, на цвет текста — вторые 4 бита. Ниже представлена таблица цветов

0 - черный, 1 - синий, 2 - зеленый, 3 - желтый, 4 - красный, 5 - фиолетовый, 6 - коричневый, 7 - светло-серый, 8 - темно-серый, 9 - светло-синий, A - светло-зеленый, B - светло-желтый, C - светло-красный, D- светло-фиолетовый, E - светло-коричневый, F – Белый.

В строке

jmp $

Программа зависает.

Откомпилируем код нажатием клавиш Ctrl + F9 и сохраним полученный файл как boot.bin.

Запуск

Запускаем UltraISO и перетаскиваем наш бинарник в специальную область (отмечено красной стрелкой).

Далее кликаем правой кнопкой мыши по бинаринку и нажимаем кнопку примерно с такой надписью: «Установить загрузочным файлом». Далее сохраняем наш файл в формате ISO.
Открываем VIrtualBox и создаем новую виртуальную машину (если вы не знаете, как это делается, кликайте сюда ^[4]). Итак, после того, как вы создали виртуальную машину, нажимаем «Настроить, выбираем пункт „Носители“, нажимаем на „Пусто“, там где „Привод“ есть значок оптического диска. Нажимаем на него и выбираем „Выбрать образ оптического диска“, ищем наш ISO файл, нажимаем „Открыть“. Сохраняем все настройки и запускаем виртуальную машину. На экране появляется наш „Hello World!“.

На этом первый выпуск подходит к концу. В следующей части мы научим наш загрузчик читать сектора диска и загрузим свое первое ядро!

Автор: OSDeveloper

Источник ^[5]