存储器的保护（三）——《x86汇编语言：从实模式到保护模式》读书笔记20

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发布时间：2019-06-24

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存储器的保护（三）

改动本章代码清单，使之能够检測1MB以上的内存空间（从地址0x0010_0000開始，不考虑快速缓存的影响）。要求：对内存的读写按双字的长度进行。并在检測的同一时候显示已检測的内存数量。建议对每一个双字单元用两个花码0x55AA55AA和0xAA55AA55进行检測。

上面的文字选自原书第12章的习题1.

这篇博文就讨论一下这道题。由于是初学，我不正确自己做太高的要求。仅仅要实现功能就可以。

代码清单

;文件说明：第12章习题-1        ;创建日期：2016-3-7        ;--------- equ some colors        GREEN         equ 0x02        RED           equ 0x04        BLUE_LIGHT    equ 0x09        YELLOW        equ 0x0e        MEMORY_START  equ 0x100000        MEMORY_END    equ 0x800000        MEMORY_SIZE   equ (MEMORY_END-MEMORY_START)/4  ;以双字为单位        LENGTH_OF_BAR equ 6        ; 表示2的6次方        BAR_POSITION  equ 10*80+4  ;进度条的位置        ;设置堆栈段和栈指针         mov eax,cs              mov ss,eax        mov sp,0x7c00        mov ah,0x00; 清屏        mov al,0x03        int 0x10        ;计算GDT所在的逻辑段地址        mov eax,[cs:pgdt+0x7c00+0x02]      ;GDT的32位线性基地址         xor edx,edx        mov ebx,16        div ebx                            ;分解成16位逻辑地址         mov ds,eax                         ;令DS指向该段以进行操作        mov ebx,edx                        ;段内起始偏移地址         ;跳过0#描写叙述符        ;创建1#描写叙述符，这是一个数据段，相应0~4GB的线性地址空间        mov dword [ebx+0x08],0x0000ffff    ;基地址为0，段界限为0xfffff        mov dword [ebx+0x0c],0x00cf9200    ;粒度为4KB，存储器段描写叙述符         ;创建保护模式下初始代码段描写叙述符,代码段可读        mov dword [ebx+0x10],0x7c0001ff    ;基地址为0x00007c00。512字节         mov dword [ebx+0x14],0x00409a00    ;粒度为1个字节。代码段描写叙述符         ;创建栈段描写叙述符        mov dword [ebx+0x18],0x7c00fffe        mov dword [ebx+0x1c],0x00cf9600        ;初始化描写叙述符表寄存器GDTR        mov word [cs: pgdt+0x7c00],31      ;描写叙述符表的界限           lgdt [cs: pgdt+0x7c00]        in al,0x92                         ;南桥芯片内的port         or al,0000_0010B        out 0x92,al                        ;打开A20        cli                                ;中断机制尚未工作        mov eax,cr0        or eax,1        mov cr0,eax                        ;设置PE位        ;下面进入保护模式... ...        jmp dword 0x0010:flush             ;16位的描写叙述符选择子：32位偏移        [bits 32]                          flush:                                             mov eax,0x0008                     ;载入数据段(0..4GB)选择子; ds,es,fs,gs指向了(0..4G)        mov ds,eax           mov es,eax        mov fs,eax        mov gs,eax        mov eax,0x0018                   ;载入栈段选择子        mov ss,eax        xor esp,esp                        ;ESP <- 0            ; 绘制白色条        push (1<

代码分析

设计思路

这个程序实现的主要功能是：检測1MB以上的内存空间。比方检測物理地址为1M~8M的单元。

检測方法是向每一个双字单元写入0x55aa55aa。并读出来和0x55aa55aa做比較，假设相等。则再写入0xaa55aa55，并读出来和0xaa55aa55作比較，假设相等。那么这个双字单元是OK的。把物理地址加上4，继续检測。假设读出的和写入的不相等，那么检測出错，程序停止。

检測的时候，显示正在检測的内存地址

显示一个进度条

显示“已经检測的内存数 / 总共须要检測的内存数”

下面我们分析详细的实现。不打算逐行讲述所有代码，仅选择重点部分解说。

定义一些常量

GREEN         equ 0x02 ; 黑底绿字        RED           equ 0x04 ; 黑底红字        BLUE_LIGHT    equ 0x09 ; 黑底蓝色字        YELLOW        equ 0x0e ; 黑底黄字        MEMORY_START  equ 0x100000        MEMORY_END    equ 0x800000        MEMORY_SIZE   equ (MEMORY_END-MEMORY_START)/4  ;以双字为单位        LENGTH_OF_BAR equ 6        ; 表示2的6次方        BAR_POSITION  equ 10*80+4  ;进度条的位置

前四行定义了字符属性；

中间三行定义了要检測的内存起始地址，结束地址（检測不包括结束地址），还有检測的内存大小（以双字为单位）。

之所以用equ定义是由于改动起来方便。

LENGTH_OF_BAR equ 6 ; 表示2的6次方

这句话表示进度条的总长度占64（2^6=64）个字符，当然能够依据须要改动。但应该是2的N次方（详细原因下文会说明）。

BAR_POSITION equ 10*80+4 ;进度条的位置

这行定义了进度条的位置，假设是x行y列，相应的表示就是(x*80+y);由于一行有80个字符。

清屏

mov ah,0x00; 清屏        mov al,0x03        int 0x10

这三行代码是为了清屏。

详细原理能够參见我的博文《BIOS功能调用之滚屏与清屏》

创建GDT

;跳过0#描写叙述符        ;创建1#描写叙述符。这是一个数据段，相应0~4GB的线性地址空间        mov dword [ebx+0x08],0x0000ffff    ;基地址为0，段界限为0xfffff        mov dword [ebx+0x0c],0x00cf9200    ;粒度为4KB。存储器段描写叙述符         ;创建保护模式下初始代码段描写叙述符,代码段可读        mov dword [ebx+0x10],0x7c0001ff    ;基地址为0x00007c00，512字节         mov dword [ebx+0x14],0x00409a00    ;粒度为1个字节，代码段描写叙述符         ;创建栈段描写叙述符        mov dword [ebx+0x18],0x7c00fffe        mov dword [ebx+0x1c],0x00cf9600

以上代码用于创建GDT。由于想在引导程序中实现所有功能，所以编译后的文件不能超过512字节。为了节省笔墨。我跳过了0#描写叙述符。

关于代码段，必须是可读的，由于过程“show_hex_dword”须要訪问代码段中的一个表格：

string_hex: db'0123456789ABCDEF'

关于栈段描写叙述符的定义，详细解说參见 存储器的保护（一）——《x86汇编语言：从实模式到保护模式》读书笔记18

绘制白色条

; 绘制白色条        push (1<

这里调用了过程 put_char

;--------------------------------------     ;功能：在指定位置显示N个字符;输入: push 显示的个数;      push (x*80+y)，  表示x行y列;      push 属性和字符   ;返回：无put_char:        pushad        mov ebp,esp        mov ecx,[ebp+11*4]  ; 取得个数        mov ebx,[ebp+10*4]  ; 取得位置        mov ax,[ebp+9*4]    ;取得属性和字符put:        mov [es:0xb8000+ebx*2],ax        inc ebx        loop put        popad        ret 3*4

曾经我们都是用寄存器传递參数，这次我们用栈传递參数。在调用过程之前。先依照要求把參数压入栈中。当进入过程，执行完pushad这条指令后，栈的情况例如以下图：

这里用到了pushad和popad指令。假设你不懂的话，能够參考我的另一篇博文：

《PUSHA/PUSHAD POPA/POPAD 指令详细解释》

所以下面四行就能够取得栈中的參数。

mov ebp,esp        mov ecx,[ebp+11*4]  ; 取得个数        mov ebx,[ebp+10*4]  ; 取得位置        mov ax,[ebp+9*4]    ;取得属性和字符

另一点须要说明，

ret 3*4 这句话使用了带操作数的过程返回指令。这样的使用方法在原书P278页解说了。

假设希望在过程返回的同一时候，顺便弹出调用者压入的參数（使栈平衡）。那么能够用带操作数的过程返回指令。指令格式是：

ret imm16    retf imm16

这两条指令都同意用16位的马上数作为參数，不同之处仅在于前者是近返回，后者是远返回。马上数一般总是偶数，原因是栈操作总是以字或者双字进行。马上数的值表示在过程返回时应当从栈中弹出多少字节的数据。

对于我们的put_char过程，由于调用的时候压入了3个參数（3*4=12字节），所以ret后面的參数是12.

push 0x7720 这句表示压入白底的空格符，显示出来就是白色的小方块了。

显示总共要检測的内存数量（以双字为单位）

push 21*80+25        push BLUE_LIGHT        push MEMORY_SIZE        call show_hex_dword ;显示总共要检測的数量（以双字为单位）

依旧用栈来传递參数，调用了过程show_hex_dword；

;-----------------------------------;功能：在指定位置显示16进制的数字;输入: ;      push (x*80+y)，  表示x行y列;      push 属性;      push 要显示的值       ;返回：无   show_hex_dword:        pushad        mov ebp,esp        mov esi,[ebp+11*4]  ;取得@1:(x,y)         mov eax,[ebp+9*4]   ;取得@3:value        mov ebx,16        xor ecx,ecxremainder:          xor edx,edx        div ebx        inc ecx        push edx        cmp eax,0        jnz remainder        mov ah,[ebp+10*4]   ;取得属性print:          pop ebx        mov al,[cs:string_hex+ebx]              mov [es:0xb8000+esi*2],ax        inc esi        loop print        popad        ret 3*4

这段代码的功能就是在指定的位置（压入第一个參数，比方3行4列就写 push 3*80+4）,显示指定属性（压入第二个參数，仅低字节有效，比方绿色0x02）的16进制数字（压入第三个參数，比方想在屏幕上显示16进制的8b9c,那么就push 0x8b9c）.

这段代码的设计思路就是把要显示的数不断除以16（由于是以16进制显示），而且把余数压栈。直到商等于0.之后再从栈依次弹出余数，把余数作为索引值查表。将相应的字符写到屏幕上。

查表的关键语句是：

mov al,[cs:string_hex+ebx]

表格定义在源文件的倒数第三行

string_hex: db'0123456789ABCDEF'

由于查表须要对代码段进行訪问。所以在创建代码段描写叙述符的时候，一定要让代码段可读。

開始内存检測

xor ecx,ecx          ;计数器清零。记录检測了多少个双字        mov ebx,MEMORY_START ;检測的起始地址

在检測之前，计数器清零，检測的起始地址传送到EBX寄存器。

exam:   ;显示正在检測的地址        push 21*80+6        push YELLOW        push ebx        call show_hex_dword        mov dword [es:ebx],0x55aa55aa        cmp dword [es:ebx],0x55aa55aa        jnz err        mov dword [es:ebx],0xaa55aa55        cmp dword [es:ebx],0xaa55aa55        jnz err        add ebx,4    ;地址添加4个字节        inc ecx        push 21*80+15        push BLUE_LIGHT        push ecx        call show_hex_dword ;显示已经检測的数量（以双字为单位）        push BAR_POSITION  ;绘制进度条        push ecx        push MEMORY_SIZE        call draw_progress_bar        cmp ebx,MEMORY_END          jnz examerr:                  hlt

上面的代码就是内存检測的主体部分了。

首先显示正在检測的地址（要检測的地址在ebx中）。

然后向这个地址写入花码，并读出比較，假设不相等。就跳转到

err:                  hlt

假设相等，则ebx加上4，ecx加上1，而且显示ecx的值，绘制进度条，然后继续检測。

绘制进度条

;-----------------------------------------      ;功能：依据比例在指定位置绘制进度条;输入: ;      push (x*80+y)，  表示x行y列;      push 分子;      push 分母       ;返回：无   draw_progress_bar:        pushad        mov ebp,esp        mov esi,[ebp+11*4]  ; 取得位置        mov eax,[ebp+10*4]  ; 取得分子        mov ebx,[ebp+9*4]    ;取得分母        shr ebx,LENGTH_OF_BAR        xor edx,edx        div ebx        cmp eax,1        jb out        push eax        push esi        push 0x2020; 绿色背景，空格        call put_charout:        popad        ret 3*4

上面的这个过程是在指定的位置绘制进绿色的进度条，要求压入三个參数。

第一个是位置，第二个是分子，第三个是分母。

比方说要检測160个双字，当前已经检測了10个了，那么第二个參数就是10，第三个參数就是160。

假设之前的白色条的长度是64，那么就绘制64*（10/160）=4个绿色方块。

看上去的效果就是绿色条的长度是总长度的十六分之中的一个。

在每次检測4个字节后。我们就调用这个过程。这样程序执行后就有一个动画效果了。

这个过程实现的关键是计算出要绘制多少个绿色空格。

假设白色空格数能够表示成2的m次方。

计算公式推导例如以下图：