搭建直接通过CPU执行汇编语言的环境

搭建直接通过CPU执行汇编语言环境

我们通过编译写好的汇编语言代码可以生成.bin的机器语言二进制代码。但是这个.bin程序我们该如何运行呢？

这里其实有两个办法：

1： 将其作为一个Windows/linux也就是操作系统的可执行程序来运行，这个nasm是可以做到的，很多工具也可以做到，把一个汇编程序编译链接成一个.exe来处理。

2： 直接通过CPU来使用。因为.bin文件是机器码，肯定是可以直接让CPU来使用的。操作系统也是一个需要在处理器上运行的软件，只不过比 起一般的程序而言，体积更为庞大，功能更为复杂而已。如果我们能绕过它，或者代替它，让计算机一开机的时候直接执行我们自己的程序， 岂不更简单？而且很酷，不用操作系统，自己直接操作CPU。

采用第一种比较简单，这里就不详述了。

搭建环境原理：

前面我们讲述了8086的启动操作：

计算机的启动过程(8086) - Sna1lGo - 博客园 (cnblogs.com)

在bios调用完之后cs:ip会变成物理地址0x07C00来加载主引导扇区的代码，我们可以直接通过硬盘启动，然后把硬盘的主引导扇区的代码变成我们自己的代码。这多帅，直接操作CPU，避开操作系统。

但是我们还需要有调试功能才行，因为如果不能调试，那么CPU就直接顺着代码走就完了，我们啥也看不到，所以我们需要一个带有调试功能的虚拟机。正好有一个非常适合我们，叫做 bochs：bochs: The Open Source IA-32 Emulation Project (Home Page) (sourceforge.io)

预备知识

虚拟硬盘简介：

我们把我们的代码写到硬盘里，然后虚拟机读取我们的硬盘就行了。但是由于我们得往硬盘里写东西，所以需要提前了解一下硬盘。

虚拟硬盘并不是真实的硬盘，而是用文件来模拟生成的一个硬盘。

虚拟硬盘有很多这里介绍三个：

VMDK	VMWare虚拟机
VDI	VirtualBox虚拟机
VHD	Virtual-PC/Hyper-V虚拟机

其中VHD比较简单，所以这里我们就采用VHD虚拟硬盘。

VHD也可以分为固定尺寸和动态尺寸，其中固定尺寸更简单，所以采用VHD的固定尺寸硬盘。

在VHD 规范里，每个扇区是512 字节。VHD文件一开始的512 字节，就对应着物理硬盘的0 面0 道1 扇区。然后，VHD 文件的第二个512 字节，对应着0 面0 道2 扇区，后面的以此类推。再往后，因为硬盘的访问是按柱面进行的，所以，下一个数据块对应的是1 面0 道1 扇区，就这样一 直往后排列，当把第一个柱面全部对应完后，再从第二个柱面开始对应。磁盘转圈比移动快，所以最后才移动磁道。

固定尺寸的VHD 虚拟硬盘 是一个具有“.vhd”扩展名的文件，它仅包括两个部分，前面是数据区，用来模拟实际的硬盘空间，最后面跟着一个512 字节的结尾

文件尾的内容是以一个字符串“conectix”开始的。这个标志用来告诉试图打开它的虚拟机，这的确是一个合法的VHD 文件。该标志称为VHD 创建者标识，就是说，该公司（conectix）创建了VHD 文 件格式的最初标准:

从这个标志字符串开始，后面的数据包含了诸如文件的创建日期、VHD 的 版本、创建该文件的应用程序名称和版本、创建该文件的应用程序所属 的操作系统、该虚拟硬盘的参数（磁头数、每面磁道数、每磁道扇区 数）、VHD 类型（固定尺寸还是动态增长）、虚拟硬盘容量等。

磁盘的访问逻辑：

传统的访问模式就是：CHS，通过柱面磁道磁头，也就是前面的0 面0 道1 扇区这种类似的格式，但是这个不太方便。

然后就有了LBA（Logical Block Address)就是把所有的扇区进行一个逻辑编号，从0开始到最后一个扇区进行编号，然后单位为块（block）其实就是扇区，只不过扇区看着确实是一块一块的：

LBA和CHS的对应方式：

存储容量 ＝ 磁头数 × 磁道(柱面)数 × 每道扇区数 × 每扇区字节数

移动方式稍微不一样点，先移动扇区再磁头最后再更改柱面。因为更改柱面磁头需要移动。 也就是以柱面为单位来读取的意思。

LBA = 磁道*磁头 *每个磁道的扇区数+ 磁头 * 每个磁道的扇区数 + 扇区位置-1

比如这里的： 1面0道2扇区 == 0* 2*17 + 1 *17 +2 -1 ==18

0面1道2扇区 == 1*2 *17 +2 -1 == 35

需要工具：

安装bochs：（在这里选择自己的需要的版本）

Bochs x86 PC emulator - Browse /bochs/2.7 at SourceForge.net

安装 VirtualBox:

Downloads – Oracle VM VirtualBox

下载李忠老师的软件包：

http://www.lizhongc.com/myfiles/download.php?id=201

下载二进制查看软件：

Download HexView 2.0 (softpedia.com)

搭建环境

创建一个固定尺寸的VHD虚拟硬盘，然后将其安装到Bochs虚拟机上。

第一步创建一个虚拟硬盘：

创建虚拟硬盘：

1：打开Virtual Box，单击管理—>虚拟介质管理器，就会得到这个界面：

2：点击创建，选择VHD虚拟硬盘：

3：选择固定大小：

4：自己选择硬盘位置和大小（我这里拿来学习所以不需要太大）

5：查看结果

配置bochs环境

1：选中配置：

2：关闭软盘：（软盘基本上绝迹了）

3：选中ATA channel0:(这个就默认值不改就好)

4：选中ATA channel0的子目录 First HD/CD on channel0

然后修改，其中Path开头那个是前面创建的虚拟硬盘。

然后剩下的信息需要查看虚拟磁盘的信息才可以，这里要用到前面李忠老师的资源包里的一个软件：

叫做fixvhdwr.exe，用它来打开我们前面创建的虚拟硬盘

然后根据里面的信息来填充到前面：

Cylinders为柱面，Heads为磁头，Sectors per track为每个磁道有多少扇区。

5：修改计算机的启动顺序：

改成第一个用磁盘，第二个用光盘。

编写程序放到主引导扇区，让计算机在启动后执行：

编译程序：

首先先采用汇编语言来简单编写一个程序：

mov ax,0x30
mov dx,0xc0
add ax,dx

然后将其编译成.bin二进制文件：

不知道这一步怎么处理的可以查看我的一篇博客：

搭建一键化编译汇编语言的环境 - Sna1lGo - 博客园 (cnblogs.com)

然后采用前面下载的二进制查看文件HexView来打开我们的.bin文件：

可以看到我们这个只有8个字节的内容，但是扇区是以512个字节为单位的，所以我们必须填充成512个字节才行。而且主引导扇区的结尾必须是16进制的55和AA不然就是无效的。

所以我们还得修改一下汇编代码：

mov ax,0x30
mov dx,0xc0
add ax,dx
​
times 502 db 0x0 
​
db 0x55 
db 0xAA

这里的times 502 db 0x0 相当于填充了502个字节的内容且为0。

然后最后结尾为0x55和0xAA。

来查看一下编译后的结果：

一共是512个字节(0x200)，且结尾为0x55和0xAA。

将程序写入到虚拟硬盘：

这里需要用到李忠老师提供的软件包的一个软件：fixvhdwr.exe

这个只能写入固定硬盘的内容：

选中我们刚刚的编译好的二进制.bin文件。

然后选择LBA，前面我们了解了LBA的知识所以第一个扇区0面0道1扇区就等于 LBA的0，这里就选0然后选择写入就好了：

然后采用二进制查看工具，查看我们写入了的VHD磁盘是否成功：

前0x200个字节完全对应，所以是成功了。