[reprint]如何编写引导程序 Hello World

在存储介质（硬盘、软盘、光盘）中有一块特殊的区域，叫做引导区。在计算机启动后，BIOS会读取引导区内的代码到内存中去，然后将执行这些代码。引导区的位置和大小与计算机的平台有关，对于IBM-PC兼容机，引导区位于存储介质的第一个扇区，大小为512字节。位于引导区内的代码就称为引导程序。引导区内是否含有引导程序由引导区内的标记标识。对于IBM-PC兼容机，如果引导区内的最后两个字节为0x55,0xAA，则BIOS检测程序认为引导区内包含引导程序。引导程序并不一定要实现加载操作的功能，它可以是任何程序。

IBM-PC兼容机的具体启动过程如下：
　　1.按下计算机的电源键后，x86 CPU就开始在实模式下运行位于物理地址0xFFFFFFF0（通常这个地址是指向的是位于ROM中的BIOS的入口点）处的指令，这个指令是一个跳转指令，跳转到BIOS的启动程序。启动程序运行硬件检测和初始化操作。
　　2.在初始化所需要的硬件后，BIOS就依据设定的启动顺序遍历存储设备，直到找到一个可引导的设备。一个可引导的存储设备是引导区内包含引导程序。BIOS通过检查引导区的最后两个字节是否为0x55,0xAA来判断引导区内是否包含引导程序。
　　3.一旦BIOS找到了可引导的设备，它就加载引导区代码到内存物理地址的0x7C00（通常是Segment:Offset 0000h:7C00h，也有些BIOS为07C0h:0000h），之后BIOS将控制权交给引导程序，CPU开始执行引导程序，引导程序开始加载操作系统内核或者其他。

　　在格式化硬盘安装好Windows后，硬盘第一个扇区（引导区）包含MBR引导代码，BIOS在加载MBR代码后，MBR开始检查硬盘中是否存在活动分区（含引导程序的分区），如果存在活动分区，则加载位于那个分区的引导程序（通常称为VBR，与操作系统相关），然后执行它。VBR的主要功能是加载操作系统的内核。

了解了相关知识，我们如何编写一个打印Hello World的引导程序呢？

需要准备的工具：
　　文本编辑软件、MASM编译器（我采用的是VS2008自带的ML 9.0）、16位Link程序、VMWare、PE（用于格式化VMWare创建的虚拟磁盘）、NtExplorer

具体步骤：
　　1. 打开你习惯使用的文本编辑器，编写下面代码。因为BIOS会将我们的引导程序加载到内存地址的7C00h处，所以我们需要org指令设置我们代码指令的地址值。

;------------------------------------------------------------
.286                               ; CPU type
;------------------------------------------------------------
.model TINY                           ; memory of model
;------------------------------------------------------------   

;----------------------- CODE SEGMENT -----------------------
.code
org                07c00h           ; for BootSector
main:
                jmp short start       ; go to main
                nop
;--------------------- Print a char on the screen ------------
PrintChar PROC
    mov ah, 0Eh    ;Tell BIOS that we need to print one charater on screen.
    mov bh, 0h    ;Page no.
    mov bl, 07h    ;Text attribute 0x07 is lightgrey font on black background

    int 10h        ;Call video interrupt
    ret
PrintChar ENDP
;------------------- Print a String on the screen -------------
PrintStr PROC
next_character:            ;Lable to fetch next character from string
    mov al, [si]        ;Get a byte from string and store in AL register
    inc si                ;Increment SI pointer
    or al, al            ;Check if value in AL is zero (end of string)
    jz exit_function    ;If end then return
    call PrintChar        ;Else print the character which is in AL register
    jmp next_character    ;Fetch next character from string
exit_function:            ;End label
    ret
PrintStr ENDP

start:
        cli                        ; Clear interrupt flags
        mov ax,cs               ; Setup segment registers
        mov ds,ax               ; Make DS correct
        mov es,ax               ; Make ES correct
        mov ss,ax               ; Make SS correct
        mov bp,7c00h
        mov sp,7c00h            ; Setup a stack
        sti

        helloString BYTE 'Hello World!', 0
        mov si, offset helloString
        call PrintStr            ; Print the 'Hello World!' string
        ret

        BYTE 510 - ($ - main) DUP(0)    ; Fill the reminder of the first sector with zeros
        BYTE 55h, 0AAh                    ; Fill the last two bytes with 55h, 0AAh int the first sector
END main                ; End of program

　　2. 假设第一步中的代码保存为BootLoader.asm，在BootLoader.asm的目录下按住Shift，点击鼠标右键，选择在此处打开命令行（Windows 7系统，其他系统请通过CD指令转到BootLoader.asm文件的目录）。键入下面命令：
　　　　　　　　　　　　　　　　　　ml /AT /omf /Fl /Fm /c BootLoader.asm
　　　　　　　　　　　　　　　　　　C:\Irvine\link6.exe /T /NOD BootLoader.obj
　　如果提示找不到ml，请添加其路径到环境变量（我的路径为C:\Program Files\Microsoft Visual Studio 9.0\VC\bin\ml.exe）。执行完后，我们将得到BootLoader.com文件。

　　3. 使用VMware创建一个虚拟机，并新建一块虚拟磁盘（大小1G，预先分配磁盘空间，存储为单文件格式）。将新建的虚拟磁盘格式化为NTFS格式（使用PE或者其他工具）。右击VMWare界面左边的我们新建的虚拟机，进入设置->选中我们新建的磁盘->工具->映射（或者也可以通过菜单的文件->映射虚拟磁盘->映射），出现下面的对话框。去掉read-only的选项，然后点击OK。

　　4. 打开NtExplorer软件，先进入Tools->Options，将安全模式改为Virtual Write。然后点击菜单File->Drive，选择Z盘。按F3键，进入16进制编辑模式。可以看到扇区0已经有MBR代码了。

　　将光标位于00位置处，然后选择菜单Edit->Paste from file，选择我们之前生成的BootLoader.com文件。然后选择Tools->Options，点击Write->OK。

　　5. 再次选择我们新建的虚拟机，进入设置，取消磁盘的映射。然后点击启动虚拟机，你就可以看到Hello World了！

相关资料：
　　1. How to develop your own Boot Loader
　　2. Writing Hello World Bootloader
　　3. Boot sector

作者: pzxbc

出处: http://pzxbc.cnblogs.com/

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