《Orange‘s》Loader

Loader

作用

引导扇区只有512个字节，能做的事情很少，局限性太大。所以需要一个程序，通过引导扇区加载入内存，然后将控制权交给它，这样就突破了512字节的限制。这个程序便是loader。

加载过程

首先我们需要把loader程序复制到软盘上，并让引导扇区找到并加载它。

为了简单起见，就把loader放在根目录中。根目录区目录项格式：

要加载一个文件到内存中，需要读取软盘，这时候就需要BIOS中断INT 13h。用法如下表：

中断需要的参数不是从第0扇区开始的扇区号，而是柱面号，磁头号和当前柱面的扇区号。对于1.44MB的软盘，有2个面(磁头号0和1)，每面80个磁道(磁道0～79)，每个磁道有18个扇区(扇区号1～18)。所以软盘容量=2×80×18×512=1.44MB

所以磁头号、柱面(磁道)号和起始扇区号可以用如图所示方法来计算：



接下来分析一下代码：

首先实现将给定扇区号转化为13号中断所需参数并从软盘读取数据的函数：

扇区号放在ax中，读取扇区数目放在cl中，数据被读取到es:bx指向的缓冲区。

ReadSector:
	; -----------------------------------------------------------------------
	; 怎样由扇区号求扇区在磁盘中的位置 (扇区号 -> 柱面号, 起始扇区, 磁头号)
	; -----------------------------------------------------------------------
	; 设扇区号为 x
	;                           ┌ 柱面号 = y >> 1
	;       x           ┌ 商 y ┤
	; -------------- => ┤      └ 磁头号 = y & 1
	;  每磁道扇区数     │
	;                   └ 余 z => 起始扇区号 = z + 1
	push	bp
	mov	bp, sp
	sub	esp, 2 ; 辟出两个字节的堆栈区域保存要读的扇区数: byte [bp-2]

	mov	byte [bp-2], cl ;要读cl个扇区
	push	bx			; 保存 bx
	mov	bl, [BPB_SecPerTrk]	; bl: 除数  每个磁道的扇区数目
	div	bl			; 商 在 al 中, 余数 在 ah 中
	inc	ah			; 余数 ++
	mov	cl, ah			; cl <- 起始扇区号
	mov	dh, al			; dh <- 商Q
	shr	al, 1			; y >> 1 (y/BPB_NumHeads)
	mov	ch, al			; ch <- 柱面号
	and	dh, 1			; dh & 1 = 磁头号
	pop	bx			; 恢复 bx
	; 至此, "柱面号, 起始扇区, 磁头号" 全部得到
	mov	dl, [BS_DrvNum]		; 驱动器号 (0 表示 A 盘) 也叫磁头号
.GoOnReading:
	mov	ah, 2			; 读
	mov	al, byte [bp-2]		; 读 al 个扇区，读到es:bx对应的缓冲区中
	int	13h
	jc	.GoOnReading		; 如果读取错误 CF 会被置为 1,
					; 这时就不停地读, 直到正确为止
	;到了此处，代表读取正确
	add	esp, 2
	pop	bp

	ret

接下来就要在软盘根目录区寻找Loader.bin文件。

LABEL_START:
	mov	ax, cs
	mov	ds, ax
	mov	es, ax
	mov	ss, ax
	mov	sp, BaseOfStack

	xor	ah, ah
	xor	dl, dl
	int	13h	; 软驱复位

; 下面在 A 盘的根目录寻找 LOADER.BIN
	mov	word [wSectorNo], SectorNoOfRootDirectory ;根目录的第一个扇区号
LABEL_SEARCH_IN_ROOT_DIR_BEGIN:
	cmp	word [wRootDirSizeForLoop], 0	;判断根目录区是不是已经读完
	jz	LABEL_NO_LOADERBIN		;如果读完表示没有找到 LOADER.BIN
	dec	word [wRootDirSizeForLoop]	;循环次数，初始为根目录所占的扇区数目
	mov	ax, BaseOfLoader
	mov	es, ax			; es <- BaseOfLoader
	mov	bx, OffsetOfLoader	; bx <- OffsetOfLoader
	mov	ax, [wSectorNo]		; ax <- Root Directory 中的某 Sector 号
	mov	cl, 1 ;读取一个扇区
	call	ReadSector
	;此时es:bx开始的缓冲区内容为读取扇区的内容
	mov	si, LoaderFileName	; ds:si -> "LOADER  BIN"
	mov	di, OffsetOfLoader	; es:di -> BaseOfLoader:0100
	cld ;决定块传送方向
	mov	dx, 10h ;一个扇区512B，一个文件条目32B，所以一个扇区中有16个条目
LABEL_SEARCH_FOR_LOADERBIN:
	cmp	dx, 0
	jz	LABEL_GOTO_NEXT_SECTOR_IN_ROOT_DIR ;如果已经读完了一个 Sector,
	dec	dx				   ; 就跳到下一个 Sector
	mov	cx, 11 ;LOADER__BIN 的长度
LABEL_CMP_FILENAME:
	cmp	cx, 0
	jz	LABEL_FILENAME_FOUND	; 如果比较了 11 个字符都相等, 表示找到
	dec	cx
	lodsb				; ds:si -> al
	cmp	al, byte [es:di]
	jz	LABEL_GO_ON
	jmp	LABEL_DIFFERENT		; 发现不同字符，不是要找的Loader.bin条目

LABEL_GO_ON: ；开始比较下一个字符
	inc	di
	jmp	LABEL_CMP_FILENAME	; 继续循环

LABEL_DIFFERENT: ;当前条目不是Loader.bin
	and	di, 0FFE0h		; di &= E0 为了让它指向本条目开头
	add	di, 20h			;  di += 20h  下一个目录条目
	mov	si, LoaderFileName
	jmp	LABEL_SEARCH_FOR_LOADERBIN

LABEL_GOTO_NEXT_SECTOR_IN_ROOT_DIR: ；跳转到根目录的下一个扇区
	add	word [wSectorNo], 1
	jmp	LABEL_SEARCH_IN_ROOT_DIR_BEGIN

LABEL_NO_LOADERBIN:
	mov	dh, 2			; "No LOADER."
	call	DispStr			; 显示字符串
%ifdef	_BOOT_DEBUG_
	mov	ax, 4c00h		; `.
	int	21h			; /  没有找到 LOADER.BIN, 回到 DOS
%else
	jmp	$			; 没有找到 LOADER.BIN, 死循环在这里
%endif

LABEL_FILENAME_FOUND:			; 找到 LOADER.BIN 后便来到这里继续
	jmp	$			; 代码暂时停在这里

上述程序段共有2个循环，外层循环遍历根目录区的每个扇区，内层循环遍历扇区内的每个条目。通过逐字符比较文件名，寻找Loader.bin。如果找到，此时的di就为Loader.bin文件名最后一个字符的偏移，和0xffe0相与之后便可以得到Loader.bin的条目的地址es:di，进而可以得到Loader.bin的开始簇号。

找到文件后，就开始将Loader.bin载入内存。现在我们已经获得了Loader.bin的开始簇号，可以计算得到Loader.bin的起始扇区号。同时可以通过开始簇号找到FAT表中对应的项目以获得下一个簇号，从而找到Loader占用的其余所有扇区。

为了方便起见，先实现一个通过簇号来在FAT表中获取下一个簇号的函数。

ax中存放簇号，返回值为下一个簇号也放在ax中。

GetFATEntry:
	push	es
	push	bx
	push	ax
	mov	ax, BaseOfLoader; `.
	sub	ax, 0100h	;  | 在 BaseOfLoader 后面留出 4K 空间用于存放 FAT
	mov	es, ax		; /
	pop	ax
	mov	byte [bOdd], 0
	mov	bx, 3
	mul	bx			; dx:ax = ax * 3
	mov	bx, 2
	div	bx			; dx:ax / 2  ==>  ax <- 商, dx <- 余数
					; 这里相当于簇号*1.5，因为一个fat项占12位即1.5字节
	cmp	dx, 0
	jz	LABEL_EVEN  ;簇号为偶数，偏移刚好是整字节
	mov	byte [bOdd], 1 ;簇号为奇数，标志位置1
LABEL_EVEN:
	; 现在 ax 中是 FATEntry 在 FAT 中的偏移量,下面来
	; 计算 FATEntry 在哪个扇区中(FAT占用不止一个扇区)
	xor	dx, dx
	mov	bx, [BPB_BytsPerSec] ; 一个扇区的字节数
	div	bx ; dx:ax / BPB_BytsPerSec
		   ;  ax <- 商 (FATEntry 所在的扇区相对于 FAT 的扇区号)
		   ;  dx <- 余数 (FATEntry 在扇区内的偏移)
	push	dx
	mov	bx, 0 ; bx <- 0 于是, es:bx = (BaseOfLoader - 100):00
	add	ax, SectorNoOfFAT1 ; 此句之后的 ax 就是 FATEntry 所在的扇区号
	mov	cl, 2
	call	ReadSector ; 读取 FATEntry 所在的扇区, 一次读两个, 避免在边界
			   ; 发生错误, 因为一个 FATEntry 可能跨越两个扇区
	pop	dx
	add	bx, dx
	mov	ax, [es:bx] ;得到在扇区内的偏移，为16位
	cmp	byte [bOdd], 1
	jnz	LABEL_EVEN_2 ; 偶数
	shr	ax, 4 ; 奇数，低4位为前一个FAT项的高4位，所以右移4位
LABEL_EVEN_2:
	and	ax, 0FFFh ; 只保留低12位

LABEL_GET_FAT_ENRY_OK:

	pop	bx
	pop	es
	ret

要注意的是，如果簇号为奇数，取到的16位二进制数中低4位属于前一个FAT项，所以要右移去掉。

现在可以加载Loader到内存了：

LABEL_FILENAME_FOUND:			; 找到 LOADER.BIN 后便来到这里继续
	mov	ax, RootDirSectors  ;根目录占用Sector数目
	and	di, 0FFE0h		; di -> 当前条目的开始
	add	di, 01Ah		; di -> 首 Sector DIR_FstClus 偏移为1ah，此条目对应的开始簇号
	mov	cx, word [es:di]  ;cx为开始的簇号
	push	cx			; 保存此 Sector 在 FAT 中的序号
	add	cx, ax
	add	cx, DeltaSectorNo	; cl <- LOADER.BIN的起始扇区号(0-based)
	mov	ax, BaseOfLoader
	mov	es, ax			; es <- BaseOfLoader
	mov	bx, OffsetOfLoader	; bx <- OffsetOfLoader
	mov	ax, cx			; ax <- Sector 号

LABEL_GOON_LOADING_FILE:
	push	ax			; `.
	push	bx			;  |
	mov	ah, 0Eh			;  | 每读一个扇区就在 "Booting  " 后面
	mov	al, '.'			;  | 打一个点, 形成这样的效果:
	mov	bl, 0Fh			;  | Booting ......
	int	10h			;  |
	pop	bx			;  |
	pop	ax			; /

	mov	cl, 1
	call	ReadSector
	pop	ax			; 取出此 Sector 在 FAT 中的序号
	call	GetFATEntry ;获取下一个簇号
	cmp	ax, 0FFFh ; 0fffh代表结束
	jz	LABEL_FILE_LOADED
	push	ax			; 保存 Sector 在 FAT 中的序号
	mov	dx, RootDirSectors
	add	ax, dx
	add	ax, DeltaSectorNo
	add	bx, [BPB_BytsPerSec]
	jmp	LABEL_GOON_LOADING_FILE
LABEL_FILE_LOADED:  ;loader已经被加载到内存中

	mov	dh, 1			; "Ready."
	call	DispStr			; 显示字符串

; *****************************************************************************************************
	jmp	BaseOfLoader:OffsetOfLoader	; 这一句正式跳转到已加载到内
						; 存中的 LOADER.BIN 的开始处，
						; 开始执行 LOADER.BIN 的代码。
						; Boot Sector 的使命到此结束
; *****************************************************************************************************

终于看到这里了，不容易啊。。。