x01.os.18: MBR

硬盘不同于软盘，它是要分区的。这时，mbr（master boot record）便不可少了。安装 os 硬盘的第一扇区，开始有一小段不多于 446 字节的程序，然后是分区表 512-446-2 字节，然后是引导标志 0xAA55 两字节。这一小段程序，便是 mbr 的主体。mbr 首先将其自身复制到 0x0600 处，代码如下：

; 0x7C00 => 0x0600
    mov        si, sp
    push       si
    mov        di, 0x0600
    mov        cx, 0x200
    cld
    rep        movsw
    

这是要给分区的引导代码腾位置。操作系统的引导代码，可能位于软盘，光盘等 Media 中，其代码首先便是 org   0x7C00，所以 mbr 复制自身进行重定位，就必不可少了。

第二步，当然就是寻找活动分区的启动代码了。有这么一句：test  dl, dl。这个 dl 的值，便是 drive number， 由 bios 的 int 0x19 取得。通过 dl 判断设备的类型，作不同的选择。mbr.s 的内容如下：

; ----------------------
; mbr.s (c) 2014 by x01
; ----------------------

P_EntrySize        equ                ; 分区表每项为 16 字节
P_PartOffset    equ        0x1BE     ; 分区表在引导扇区的偏移位置
P_BootOffset    equ                ; 分区项中引导标志的偏移位置
P_TypeOffset    equ                ; 分区项中分区类型的偏移位置
P_LbaOffset        equ                ; 分区项中起始扇区 LBA 的偏移位置

; Partition table struct
; ----------------------
; offset    len                    description
;   0         1            状态（80h=可引导，00h=不可引导，其他不合法）
;    1         1            起始磁头号
;    2         1            起始扇区号（仅用了低 6 位，高 2 位为起始柱面号的第 8-9 位
;    3         1            起始柱面号的低 8 位
;    4         1            分区类型（System ID）
;    5         1            结束磁头号
;    6         1            结束扇区号（仅用了低 6 位，高 2 位为结束柱面号的第 8-9 位
;    7         1            结束柱面号的低 8 位
;    8         4            起始扇区的 LBA
;    12         4            扇区数目

boot:
    xor        ax, ax
    mov        ds, ax
    mov        es, ax
    cli
    mov        ss, ax        ; ds = es = ss = 0, 段偏移地址直接映射为物理地址
    mov        sp, 0x7C00
    sti

    ; 0x7C00 => 0x0600
    mov        si, sp
    push    si
    mov        di, 0x0600
    mov        cx, 0x200
    cld
    rep        movsw

    jmp        :0x0600 + active

active:
    test    dl, dl        ; BIOS int 19h => dl = drive_nr
                        ; SF <- MSB(dl): most significact bit, 1 is -, 0 is +
    jns        nextdisk

    mov        si, 0x0600 + P_PartOffset

find:
    cmp        byte [si + P_TypeOffset],         ; if not equal 0 then can use
    jz        nextpart
    test    byte [si + P_BootOffset], 0x80    ; 0x80: bootable
    jz        nextpart

loadpart:
    call    load
    jc        error
    ret                ; goto secondary boot => 0x0000:0x7C00

nextpart:
    add        si, P_EntrySize
    cmp        si, 0x0600 + P_PartOffset +  * P_EntrySize
    jb        find

    call    print
    db        "No active partition\0"
    jmp        reboot

nextdisk:
    inc        dl
    test    dl, dl
    js        nexthd
    int        0x11        ; get active drive info
    shl        ax,         ; floppy info at al[6-7], but after shl at ah[0-1]
    and     ah,
    cmp        dl, ah        ; dl <= ah then floppy exist
    ja        nextdisk
    call    loadfloppy
    jc        nextdisk
    ret

nexthd:
    call    loadfloppy

error:
    jc        handle_err
    ret

; load floppy 0 sector
loadfloppy:
    mov        si, 0x0600 + zero - P_LbaOffset

; load hd boot
load:
    mov        di, 

retry:
    push    dx    ; dl = old drive_nr protect

    push    es
    push    di

    ; Get disk info(int 0x13: ah=0x8)
    ; ch: cyl low 8 bit, cl[6-7]: cyl high 2 bit
    ; cl[0-5]: sectors per track
    ; dh: heads, dl: drive_nr
    mov        ah, 0x08
    int        0x13

    pop        di
    pop        es

    and        cl, 0x3F    ; sectors base 1
    inc        dh            ; heads base 0, so inc

    mov        al, cl        ; al = cl = sectors per track
    mul        dh            ; ax = cyl sectors = heads * sectors_per_track
    mov        bx, ax

    mov        ax, word [si + P_LbaOffset + ]
    mov        dx, word [si + P_LbaOffset + ]    ; dx:ax = secondary boot offset

    cmp        dx, (0x16390 * 0xFF * 0x3F - 0xFF) >> 0x10
    jae        bigdisk

    div        bx        ; /: ax is cyl_nr, mod: dx is cyl_offset
    xchg    ax, dx
    mov        ch, dl    ; ch is cyl_nr low 8 bit

    div        cl        ; /: al is head_nr, mod: ah is track offset(base 0)
    xor        dl, dl
    shr        dx,     ; dl[6-7] = cyl_nr high 2 bit
    or        dl, ah    ; dl low 5 bit store track offset
    mov        cl, dl    ; cl high 2 bit is cyl high 2 bit, cl low 5 bit is track offset
    inc        cl        ; base 1
    pop        dx        ; old drive_nr
    mov        dh, al    ; head_nr => dh
    mov        bx, 0x7C00    ; es:bx is load addr
    mov        ax, 0x0201    ; read disk sector entry_point parameter
    int        0x13        ; read 1 sector to es:bx
    jmp        read_check

bigdisk:
    mov        bx, dx
    pop        dx
    push    si
    mov        si, 0x0600 + dap_offset    ; dap: disk addr packet, for up 8G
    mov        word [si + ], ax        ; low
    mov        word [si + 0xA], bx        ; high
    mov        ah, 0x42                ; extend read parameter
    int        0x13
    pop        si

read_check:
    jnc        read_ok
    cmp        ah, 0x80    ; timeout
    je        read_bad
    dec        di
    jl        read_bad
    xor        ah, ah
    int        0x13
    jnc        retry

read_bad:
    stc
    ret        ; have a bug, need clear zero

read_ok:
    cmp        dword [0x7C00 + ], 0xAA55
    jne        notboot
    ret

notboot:
    call    print
    db        "Not bootable\0"
    jmp        reboot

handle_err:
    mov        si, 0x7C00 + err_nr +         ; err_nr low bit

print_num:
    mov        al, ah    ; ah: int 0x13 error code
    and        al, 0x0F
    cmp        al, 0xA
    jb        digit
    add        al, 0x7

digit:
    add        byte [si], al    ; err_nr low bit is '0', after add is correct number
    dec        si                ; err_nr high bit
    mov        cl,
    shr        ah, cl
    jnz        print_num
    call    print
    db        "Read error"

err_nr:
    db        "00\0"

reboot:
    call     print
    db        "Hit any key reboot.\0"
    xor        ah, ah
    int        0x16    ; wait key
    call    print
    db        "\r\n\0"
    int        0x19    ; reboot

print:
    pop        si        ; ip => get string addr

print_next:
    lodsb            ; al = *si++
    test    al, al
    jz        print_done
    mov        ah, 0x0E
    mov        bx, 0x0001
    int        0x10
    jmp        print_next

print_done:
    jmp        si

dap_offset:
    PacketSize        db    0x10
    Reserved        db    0x0
    BlockCount        dw    0x1
    BufferOffset    dw    0x7C00
    BufferSegment    dw    0x0
    BlockNumLow        dd    0x0
zero:
    BlockNumHigh    dd    0x0

times -($-$$)     db
BootFlag            dw    0xAA55

后面加了两句引导标志，是为了快速检验一下运行效果，实际是不需要的。minix 通过 installboot 程序来完成组装与添加。检验方法如下：

1.编译： nasm -o mbr mbr.s

2.写入硬盘：dd if=mbr of=c.img bs=512 count=1 conv=notrunc

其中，c.img 是硬盘映像。配置 bochs 后运行，可看到因找不到活动分区而停止。当然，这又是另一个问题，就不多说了。