从零开始制作 MyOS（四）—— 跳转到 C 语言编写的小型内核
目标
在引导加载器准备好后，用 C 语言编写一个小型内核并实现从引导加载器跳转到内核执行。
代码
引导程序文件
org 0x7C00
bits 16start:; 初始化段寄存器xor ax, axmov ds, axmov es, axmov ss, axmov sp, 0x7C00; 显示启动信息mov si, msg_loadingcall print_string; 加载内核到 0x10000mov ax, 0x1000mov es, axxor bx, bxmov ah, 0x02 ; 读扇区mov al, 4 ; 4个扇区mov ch, 0 ; 柱面0mov cl, 2 ; 扇区2mov dh, 0 ; 磁头0mov dl, 0x80 ; 驱动器int 0x13jc disk_error; 切换到保护模式clilgdt [gdt_descriptor]; 启用A20in al, 0x92or al, 2out 0x92, almov eax, cr0or eax, 1mov cr0, eaxjmp CODE_SEG:init_pmdisk_error:mov si, msg_errorcall print_stringjmp $print_string:lodsbtest al, aljz .donemov ah, 0x0Eint 0x10jmp print_string
.done:retbits 32
init_pm:mov ax, DATA_SEGmov ds, axmov es, axmov ss, axmov esp, 0x90000; 跳转到内核jmp 0x10000; 数据区
msg_loading db "Booting...", 0xD, 0xA, 0
msg_error db "Disk error!", 0; GDT
gdt_start:dq 0
gdt_code:dw 0xFFFFdw 0db 0db 10011010bdb 11001111bdb 0
gdt_data:dw 0xFFFFdw 0db 0db 10010010bdb 11001111bdb 0
gdt_end:gdt_descriptor:dw gdt_end - gdt_start - 1dd gdt_startCODE_SEG equ gdt_code - gdt_start
DATA_SEG equ gdt_data - gdt_starttimes 510-($-$$) db 0
dw 0xAA55内核入口文件
section .text
global _start_start:mov esp, 0x90000 ; 设置栈指针extern kernel_maincall kernel_main ; 调用C内核hlt
小型内核文件
void kernel_main(void) {char *vga = (char*)0xB8000;// 清屏for (int i = 0; i < 80 * 25 * 2; i += 2) {vga[i] = ' ';vga[i + 1] = 0x07;}// 显示字符串char *msg = "Hello from C Kernel!";for (int i = 0; msg[i]; i++) {vga[i * 2] = msg[i];vga[i * 2 + 1] = 0x07;}while(1) asm("hlt");
}
链接器
ENTRY(_start)SECTIONS
{. = 0x10000;.text : { *(.text) }.data : { *(.data) }.bss : { *(.bss) }
}
Makefile
CC = gcc
LD = ld
ASM = nasmCFLAGS = -m32 -ffreestanding -nostdlib -c
ASFLAGS = -f elf32
LDFLAGS = -m elf_i386 -T linker.ld -nostdliball: os.imgos.img: boot.bin kernel.bindd if=/dev/zero of=os.img bs=512 count=2880dd if=boot.bin of=os.img conv=notruncdd if=kernel.bin of=os.img bs=512 seek=1 conv=notruncboot.bin: boot.asm$(ASM) -f bin boot.asm -o boot.binkernel.bin: kernel.elfobjcopy -O binary kernel.elf kernel.binkernel.elf: entry.o kernel.o$(LD) $(LDFLAGS) -o kernel.elf entry.o kernel.okernel.o: kernel.c$(CC) $(CFLAGS) kernel.c -o kernel.oentry.o: entry.asm$(ASM) $(ASFLAGS) entry.asm -o entry.oclean:rm -f *.o *.bin *.elf os.imgrun: os.imgqemu-system-x86_64 -drive format=raw,file=os.img.PHONY: all clean run
编译运行
# ubuntu 中，VGA 显示
make clean && make run运行结果
当终端打印出来“Hello from C Kernel!”，就表示运行成功了
问题
本节遇到最大的问题是内核跳转不过来，目前只找到以下一些可能：
磁盘问题
-
段寄存器设置顺序错误
- 先设置ES再操作磁盘
-
缺少错误重试机制
+ -
扇区数不足
A20地址线启用问题
-
and al, 0xFE会错误清除bit 0（可能影响系统重启）
-
缺少状态检查：未验证A20是否真正启用成功
保护模式跳转问题
- 无效跳转指令，jmp 0x10000未使用段选择子，在保护模式下会崩溃
- 缺少段寄存器初始化：未正确设置DS/ES/SS等数据段寄存器
内核入口对齐问题
- 未声明全局符号：_start未在entry.asm中声明为global
- 栈未对齐：x86要求栈指针按16字节对齐
编译链接问题
- 缺少内核地址指定：链接脚本未强制指定内核加载地址为0x10000
- 未处理BSS段：未清零未初始化数据段