关于从保护模式切换到实模式的相关说明
参考于渊的《自己动手写操作系统》第三章中从实模式切换到保护模式,最后有重新切回实模式的代码(代码如下),其中有几点不太明白的,参考其他文章之后在此记录一下。
其中还有不太明白的地方,希望大家能在下面 留个言帮我讲明白,谢谢。
下面代码有些宏定义没贴出来,应该能看明白。
1
; ==========================================
2
; pmtest2.asm
3
; 编译方法:nasm pmtest2.asm -o pmtest2.com
4
; ==========================================
5![](http://www.cppblog.com/Images/OutliningIndicators/None.gif)
6
%include "pm.inc" ; 常量, 宏, 以及一些说明
7![](http://www.cppblog.com/Images/OutliningIndicators/None.gif)
8
org 0100h
9
jmp LABEL_BEGIN
10![](http://www.cppblog.com/Images/OutliningIndicators/None.gif)
11
[SECTION .gdt]
12
; GDT
13
; 段基址, 段界限 , 属性
14
LABEL_GDT: Descriptor 0, 0, 0 ; 空描述符
15
LABEL_DESC_NORMAL: Descriptor 0, 0ffffh, DA_DRW ; ***注意此处为Normal 描述符*****
16
LABEL_DESC_CODE32: Descriptor 0, SegCode32Len - 1, DA_C + DA_32 ; 非一致代码段, 32
17
LABEL_DESC_CODE16: Descriptor 0, 0ffffh, DA_C ; 非一致代码段, 16
18
LABEL_DESC_DATA: Descriptor 0, DataLen - 1, DA_DRW ; Data
19
LABEL_DESC_STACK: Descriptor 0, TopOfStack, DA_DRWA + DA_32 ; Stack, 32 位
20
LABEL_DESC_TEST: Descriptor 0500000h, 0ffffh, DA_DRW
21
LABEL_DESC_VIDEO: Descriptor 0B8000h, 0ffffh, DA_DRW ; 显存首地址
22
; GDT 结束
23![](http://www.cppblog.com/Images/OutliningIndicators/None.gif)
24
GdtLen equ $ - LABEL_GDT ; GDT长度
25
GdtPtr dw GdtLen - 1 ; GDT界限
26
dd 0 ; GDT基地址
27![](http://www.cppblog.com/Images/OutliningIndicators/None.gif)
28
; GDT 选择子
29
SelectorNormal equ LABEL_DESC_NORMAL - LABEL_GDT
30
SelectorCode32 equ LABEL_DESC_CODE32 - LABEL_GDT
31
SelectorCode16 equ LABEL_DESC_CODE16 - LABEL_GDT
32
SelectorData equ LABEL_DESC_DATA - LABEL_GDT
33
SelectorStack equ LABEL_DESC_STACK - LABEL_GDT
34
SelectorTest equ LABEL_DESC_TEST - LABEL_GDT
35
SelectorVideo equ LABEL_DESC_VIDEO - LABEL_GDT
36
; END of [SECTION .gdt]
37![](http://www.cppblog.com/Images/OutliningIndicators/None.gif)
38
[SECTION .data1] ; 数据段
39
ALIGN 32
40
[BITS 32]
41
LABEL_DATA:
42
SPValueInRealMode dw 0
43
; 字符串
44
PMMessage: db "In Protect Mode now. ^-^", 0 ; 进入保护模式后显示此字符串
45
OffsetPMMessage equ PMMessage - $$
46
StrTest: db "ABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZ", 0
47
OffsetStrTest equ StrTest - $$
48
DataLen equ $ - LABEL_DATA
49
; END of [SECTION .data1]
50![](http://www.cppblog.com/Images/OutliningIndicators/None.gif)
51![](http://www.cppblog.com/Images/OutliningIndicators/None.gif)
52
; 全局堆栈段
53
[SECTION .gs]
54
ALIGN 32
55
[BITS 32]
56
LABEL_STACK:
57
times 512 db 0
58![](http://www.cppblog.com/Images/OutliningIndicators/None.gif)
59
TopOfStack equ $ - LABEL_STACK - 1
60![](http://www.cppblog.com/Images/OutliningIndicators/None.gif)
61
; END of [SECTION .gs]
62![](http://www.cppblog.com/Images/OutliningIndicators/None.gif)
63![](http://www.cppblog.com/Images/OutliningIndicators/None.gif)
64
[SECTION .s16]
65
[BITS 16]
66
LABEL_BEGIN:
67
mov ax, cs
68
mov ds, ax
69
mov es, ax
70
mov ss, ax
71
mov sp, 0100h
72![](http://www.cppblog.com/Images/OutliningIndicators/None.gif)
73
mov [LABEL_GO_BACK_TO_REAL+3], ax
74
mov [SPValueInRealMode], sp
75![](http://www.cppblog.com/Images/OutliningIndicators/None.gif)
76
; 初始化 16 位代码段描述符
77
mov ax, cs
78
movzx eax, ax
79
shl eax, 4
80
add eax, LABEL_SEG_CODE16
81
mov word [LABEL_DESC_CODE16 + 2], ax
82
shr eax, 16
83
mov byte [LABEL_DESC_CODE16 + 4], al
84
mov byte [LABEL_DESC_CODE16 + 7], ah
85![](http://www.cppblog.com/Images/OutliningIndicators/None.gif)
86
; 初始化 32 位代码段描述符
87
xor eax, eax
88
mov ax, cs
89
shl eax, 4
90
add eax, LABEL_SEG_CODE32
91
mov word [LABEL_DESC_CODE32 + 2], ax
92
shr eax, 16
93
mov byte [LABEL_DESC_CODE32 + 4], al
94
mov byte [LABEL_DESC_CODE32 + 7], ah
95![](http://www.cppblog.com/Images/OutliningIndicators/None.gif)
96
; 初始化数据段描述符
97
xor eax, eax
98
mov ax, ds
99
shl eax, 4
100
add eax, LABEL_DATA
101
mov word [LABEL_DESC_DATA + 2], ax
102
shr eax, 16
103
mov byte [LABEL_DESC_DATA + 4], al
104
mov byte [LABEL_DESC_DATA + 7], ah
105![](http://www.cppblog.com/Images/OutliningIndicators/None.gif)
106
; 初始化堆栈段描述符
107
xor eax, eax
108
mov ax, ds
109
shl eax, 4
110
add eax, LABEL_STACK
111
mov word [LABEL_DESC_STACK + 2], ax
112
shr eax, 16
113
mov byte [LABEL_DESC_STACK + 4], al
114
mov byte [LABEL_DESC_STACK + 7], ah
115![](http://www.cppblog.com/Images/OutliningIndicators/None.gif)
116
; 为加载 GDTR 作准备
117
xor eax, eax
118
mov ax, ds
119
shl eax, 4
120
add eax, LABEL_GDT ; eax <- gdt 基地址
121
mov dword [GdtPtr + 2], eax ; [GdtPtr + 2] <- gdt 基地址
122![](http://www.cppblog.com/Images/OutliningIndicators/None.gif)
123
; 加载 GDTR
124
lgdt [GdtPtr]
125![](http://www.cppblog.com/Images/OutliningIndicators/None.gif)
126
; 关中断
127
cli
128![](http://www.cppblog.com/Images/OutliningIndicators/None.gif)
129
; 打开地址线A20
130
in al, 92h
131
or al, 00000010b
132
out 92h, al
133![](http://www.cppblog.com/Images/OutliningIndicators/None.gif)
134
; 准备切换到保护模式
135
mov eax, cr0
136
or eax, 1
137
mov cr0, eax
138![](http://www.cppblog.com/Images/OutliningIndicators/None.gif)
139
; 真正进入保护模式
140
;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;在此由实模式切进保护模式;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;
141
jmp dword SelectorCode32:0 ; 执行这一句会把 SelectorCode32 装入 cs, 并跳转到 Code32Selector:0 处
142![](http://www.cppblog.com/Images/OutliningIndicators/None.gif)
143
;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;
144![](http://www.cppblog.com/Images/OutliningIndicators/None.gif)
145
LABEL_REAL_ENTRY: ; 从保护模式跳回到实模式就到了这里
146
mov ax, cs
147
mov ds, ax
148
mov es, ax
149
mov ss, ax
150![](http://www.cppblog.com/Images/OutliningIndicators/None.gif)
151
mov sp, [SPValueInRealMode]
152![](http://www.cppblog.com/Images/OutliningIndicators/None.gif)
153
in al, 92h ; ┓
154
and al, 11111101b ; ┣ 关闭 A20 地址线
155
out 92h, al ; ┛
156![](http://www.cppblog.com/Images/OutliningIndicators/None.gif)
157
sti ; 开中断
158![](http://www.cppblog.com/Images/OutliningIndicators/None.gif)
159
mov ax, 4c00h ; ┓
160
int 21h ; ┛回到 DOS
161
; END of [SECTION .s16]
162![](http://www.cppblog.com/Images/OutliningIndicators/None.gif)
163![](http://www.cppblog.com/Images/OutliningIndicators/None.gif)
164
[SECTION .s32]; 32 位代码段. 由实模式跳入.
165
[BITS 32]
166![](http://www.cppblog.com/Images/OutliningIndicators/None.gif)
167
LABEL_SEG_CODE32:
168
mov ax, SelectorData
169
mov ds, ax ; 数据段选择子
170
mov ax, SelectorTest
171
mov es, ax ; 测试段选择子
172
mov ax, SelectorVideo
173
mov gs, ax ; 视频段选择子
174![](http://www.cppblog.com/Images/OutliningIndicators/None.gif)
175
mov ax, SelectorStack
176
mov ss, ax ; 堆栈段选择子
177![](http://www.cppblog.com/Images/OutliningIndicators/None.gif)
178
mov esp, TopOfStack
179![](http://www.cppblog.com/Images/OutliningIndicators/None.gif)
180![](http://www.cppblog.com/Images/OutliningIndicators/None.gif)
181
; 下面显示一个字符串
182
mov ah, 0Ch ; 0000: 黑底 1100: 红字
183
xor esi, esi
184
xor edi, edi
185
mov esi, OffsetPMMessage ; 源数据偏移
186
mov edi, (80 * 10 + 0) * 2 ; 目的数据偏移。屏幕第 10 行, 第 0 列。
187
cld
188
.1:
189
lodsb
190
test al, al
191
jz .2
192
mov [gs:edi], ax
193
add edi, 2
194
jmp .1
195
.2: ; 显示完毕
196![](http://www.cppblog.com/Images/OutliningIndicators/None.gif)
197
call DispReturn
198![](http://www.cppblog.com/Images/OutliningIndicators/None.gif)
199
call TestRead
200
call TestWrite
201
call TestRead
202![](http://www.cppblog.com/Images/OutliningIndicators/None.gif)
203
; 到此停止
204
;**********注意在此由32位代码段跳至16位代码段**********************
205
jmp SelectorCode16:0
206![](http://www.cppblog.com/Images/OutliningIndicators/None.gif)
207
; ------------------------------------------------------------------------
208
TestRead:
209
xor esi, esi
210
mov ecx, 8
211
.loop
212
mov al, [es:esi]
213
call DispAL
214
inc esi
215
loop .loop
216![](http://www.cppblog.com/Images/OutliningIndicators/None.gif)
217
call DispReturn
218![](http://www.cppblog.com/Images/OutliningIndicators/None.gif)
219
ret
220
; TestRead 结束-----------------------------------------------------------
221![](http://www.cppblog.com/Images/OutliningIndicators/None.gif)
222![](http://www.cppblog.com/Images/OutliningIndicators/None.gif)
223
; ------------------------------------------------------------------------
224
TestWrite:
225
push esi
226
push edi
227
xor esi, esi
228
xor edi, edi
229
mov esi, OffsetStrTest ; 源数据偏移
230
cld
231
.1:
232
lodsb
233
test al, al
234
jz .2
235
mov [es:edi], al
236
inc edi
237
jmp .1
238
.2:
239![](http://www.cppblog.com/Images/OutliningIndicators/None.gif)
240
pop edi
241
pop esi
242![](http://www.cppblog.com/Images/OutliningIndicators/None.gif)
243
ret
244
; TestWrite 结束----------------------------------------------------------
245![](http://www.cppblog.com/Images/OutliningIndicators/None.gif)
246![](http://www.cppblog.com/Images/OutliningIndicators/None.gif)
247
; ------------------------------------------------------------------------
248
; 显示 AL 中的数字
249
; 默认地:
250
; 数字已经存在 AL 中
251
; edi 始终指向要显示的下一个字符的位置
252
; 被改变的寄存器:
253
; ax, edi
254
; ------------------------------------------------------------------------
255
DispAL:
256
push ecx
257
push edx
258![](http://www.cppblog.com/Images/OutliningIndicators/None.gif)
259
mov ah, 0Ch ; 0000: 黑底 1100: 红字
260
mov dl, al
261
shr al, 4
262
mov ecx, 2
263
.begin:
264
and al, 01111b
265
cmp al, 9
266
ja .1
267
add al, '0'
268
jmp .2
269
.1:
270
sub al, 0Ah
271
add al, 'A'
272
.2:
273
mov [gs:edi], ax
274
add edi, 2
275![](http://www.cppblog.com/Images/OutliningIndicators/None.gif)
276
mov al, dl
277
loop .begin
278
add edi, 2
279![](http://www.cppblog.com/Images/OutliningIndicators/None.gif)
280
pop edx
281
pop ecx
282![](http://www.cppblog.com/Images/OutliningIndicators/None.gif)
283
ret
284
; DispAL 结束-------------------------------------------------------------
285![](http://www.cppblog.com/Images/OutliningIndicators/None.gif)
286![](http://www.cppblog.com/Images/OutliningIndicators/None.gif)
287
; ------------------------------------------------------------------------
288
DispReturn:
289
push eax
290
push ebx
291
mov eax, edi
292
mov bl, 160
293
div bl
294
and eax, 0FFh
295
inc eax
296
mov bl, 160
297
mul bl
298
mov edi, eax
299
pop ebx
300
pop eax
301![](http://www.cppblog.com/Images/OutliningIndicators/None.gif)
302
ret
303
; DispReturn 结束---------------------------------------------------------
304![](http://www.cppblog.com/Images/OutliningIndicators/None.gif)
305
SegCode32Len equ $ - LABEL_SEG_CODE32
306
; END of [SECTION .s32]
307![](http://www.cppblog.com/Images/OutliningIndicators/None.gif)
308![](http://www.cppblog.com/Images/OutliningIndicators/None.gif)
309
; 16 位代码段. 由 32 位代码段跳入, 跳出后到实模式
310
[SECTION .s16code]
311
ALIGN 32
312
[BITS 16]
313
LABEL_SEG_CODE16:
314
; 跳回实模式:
315
;****************注意在此用normal选择子对段寄存器进行填充******************************
316
mov ax, SelectorNormal
317
mov ds, ax
318
mov es, ax
319
mov fs, ax
320
mov gs, ax
321
mov ss, ax
322![](http://www.cppblog.com/Images/OutliningIndicators/None.gif)
323
mov eax, cr0
324
and al, 11111110b
325
mov cr0, eax
326![](http://www.cppblog.com/Images/OutliningIndicators/None.gif)
327
;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;在此由保护模式切进实模式;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;
328
LABEL_GO_BACK_TO_REAL:
329
jmp 0:LABEL_REAL_ENTRY ; 段地址会在程序开始处被设置成正确的值
330![](http://www.cppblog.com/Images/OutliningIndicators/None.gif)
331
Code16Len equ $ - LABEL_SEG_CODE16
332![](http://www.cppblog.com/Images/OutliningIndicators/None.gif)
333
; END of [SECTION .s16code]
334![](http://www.cppblog.com/Images/OutliningIndicators/None.gif)
注意一.在由保护模式切换到实模式之前,用normal选择子对段寄存器进行填充。
原因:
在切换到实模式之前,把一个指向似乎没有用的数据段的描述符Normal的选择子装载到DS和ES。这是为什么呢?
实模 式下 段描 述符 高速 缓冲 寄存 器的 内容
|
段寄存器
|
段基地址
|
段界限(固定)
|
段属性(固定)
|
存在性
|
特权级
|
已存取
|
粒度
|
扩展方向
|
可读性
|
可写性
|
可执行
|
堆栈大小
|
一致特权
|
CS
|
当前CS*16
|
0000FFFFH
|
Y
|
0
|
Y
|
B
|
U
|
Y
|
Y
|
Y
|
-
|
N
|
SS
|
当前SS*16
|
0000FFFFH
|
Y
|
0
|
Y
|
B
|
U
|
Y
|
Y
|
N
|
W
|
-
|
DS
|
当前DS*16
|
0000FFFFH
|
Y
|
0
|
Y
|
B
|
U
|
Y
|
Y
|
N
|
-
|
-
|
ES
|
当前ES*16
|
0000FFFFH
|
Y
|
0
|
Y
|
B
|
U
|
Y
|
Y
|
N
|
-
|
-
|
FS
|
当前FS*16
|
0000FFFFH
|
Y
|
0
|
Y
|
B
|
U
|
Y
|
Y
|
N
|
-
|
-
|
GS
|
当前GS*16
|
0000FFFFH
|
Y
|
0
|
Y
|
B
|
U
|
Y
|
Y
|
N
|
-
|
-
|
在分段管理机制中,每个段寄存器都配有段描述符高速缓冲寄存器,这些高速缓冲寄存器在实方式下仍发挥作用,只是内容上与保护模式下有所不同。如上表所示,其中“Y”表示“是”; “N”表示“否”;“B”表示字节;“U”表示向上扩展,“W”表示以字方式操作堆栈。段基地址仍是 32位,其值是相应段寄存器值(段值)乘以16,在把段值装载到段寄存器时刷新。由于其值是16位段值乘上16,所以在实模式下基地址实际上有效位只有20位。每个段的32位段界限都固定为0FFFFH,段属性的许多位也是固定的。所谓固定是指在实方式下不可设置这些属性值,只能继续沿用保护方式下所设置的值。因此,在准备结束保护模式回到实模式之前,要通过加载一个合适的描述符选择子(如实例代码中的Normal选择子)到有关段寄存器,以使得对应段描述符高速缓冲寄存器中含有合适的段界限和属性。
也就是说,在实模式下装载段寄存器并不会影响段告诉缓冲寄存器的值,比如段界限(其实在实模式也没有必要改变,应为段界限一直都是0ffffh),这也就是为甚麽所有讲保护模式的树在讲到有保护模式切换到实模式时都要加载一个normal选择子的原因了。
应为必须在保护模式下设置好段高速缓冲寄存器的值,因为一旦到了实模式下就不能在改变了。
经我试验,对于normal的描述符,其最重要是段界限一定要设置为0ffffh,如果不是这样,那莫在由保护模式跳转到实模式后会发生错误(对于上述代码如果把normal描述符的段界限改为别的的话,在跳转后会产生死循环的现象,具体是什么原因现在还不明确,哪位高人知道一定要告诉我啊~~)。其次就是属性的设置一定要设置为可读可写的,否则也会发生错误.
注意二:不能从32位代码段返回实模式,而只能从16位代码段返回。
原因:(书中说的)因为无法实现从32位代码段返回时CS高速缓冲寄存器中的属性符合实模式的要求(实模式不能改变段属性)
对于这个解释还是不太明确,如果哪位高人明白其中的来龙去脉的话,请一定在下面留个言,给我解释一下,不胜感激.
posted on 2008-10-07 17:22
杨彬彬 阅读(7965)
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