os引导程序boot 在根目录区寻找os加载程序文件loader 对应的根目录条目

【0】README

• 0.0） source code from orange’s implemention of a os and for complete code , please visit https://github.com/pacosonTang/Orange-s-OS/blob/master/boot.asm
• 0.1）本代码仅用于在 根目录区条目中寻找 与 boot代码定义的LoaderFileName 相同文件名 的 条目，仅此而已，该文件名是loader.bin，需要加载入内存继续运行的代码文件；（因为找到该文件后， 最后一句指令执行了 jmp $，所以处理器执行后就停在那里不动，所以这里没有给出运行结果示意图）
• 0.2） 就本os而言，即orange’s os ，”在根目录区寻找某文件对应的根目录条目“这个任务 是在 引导扇区中的引导程序boot 中完成的，而且 boot 后面还要完成 ”把 os 的 加载程序loader copy 到 0x09000:0100处“的任务，注意这与linux 是不同的；
• 0.3）即是说，orange’s os 中的启动程序boot 执行了两个任务： os引导程序boot 在根目录区寻找os加载程序文件loader 对应的根目录条目 + os引导程序boot 从扇区拷贝os加载程序loader文件到内存（boot copy kernel to mem in the same method）

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【1】Source Code

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; 函数名: ReadSector

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; 作用:

; 从第 ax 个 Sector 开始, 将 cl 个 Sector 读入 es:bx 中, ax初始值=19

ReadSector:

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; 怎样由扇区号求扇区在磁盘中的位置 (扇区号 -> 磁道=柱面号, 起始扇区, 磁头号=磁面)

; 注意扇区号和起始扇区号不同；扇区号对于整个磁盘的全局索引值，而起始扇区号是本磁道的扇区索引值

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; 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 ; 在调用者中， cl 被赋值为1， mov cl, 1
 push   bx   ; 保存 bx
 mov    bl, [BPB_SecPerTrk] ; bl: 除数  , BPB_SecPerTrk   DW 18 ; 每磁道扇区数
 div     ; y 在 al 中, z 在 ah 中 , div 被除数A 默认存放在AX中（16位以内） 或 AX 和 DX中（32位，DX存放高16位，AX存放低16位）
 inc    ah   ; z ++
 mov    cl, ah   ; cl <- 起始扇区号
 mov    dh, al   ; dh <- y
 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) ,BS_DrvNum   DB 0; 中断 13 的驱动器号
.GoOnReading:
 mov    ah, 2    ; 读
 mov    al, byte [bp-2]  ; 读 al 个扇区
 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
 add    esp, 2
 pop    bp

 ret

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【2】把文件加载到内存的步骤：寻找文件 + 定位文件 + 读入内存

• 2.1）寻找文件方法：
• • 2.1.a） 将根目录的第一个扇区（如第19个全局扇区）读入到起始地址为 es:bx=9000h:0100（该地址其实 是在软盘中的数据区去了） ，循环下去的话，读第20、21、….扇区，而es:bx=9000h:0100 永不改变；
• • 2.1.b） 因为一个 sector = 512Bytes， 而根目录条目=32Bytes，所以一个扇区就含有16个条目，我们要遍历这16个条目，并将条目中的DIR_NAME属性（即文件名）和boot 代码中静态的 LoaderFileName 做比较，如果完全匹配的话，那该DIR_NAME所在的条目就是我们要找的根目录条目， 如果不匹配话，转向 步骤c；
• • 2.1.c） add di, offeh , 使得di 指向该条目开头（因为在发现条目中的DIR_NAME 与 LoaderFileName 不等的时候，di指向的是DIR_NAME 的下一个字节），然后 add di, 20h（32个字节，一个条目大小为32字节） ， di指向下一条目开头，继续循环比较；如果 第一个扇区的16个根目录条目都比较完了，转向步骤a，只不过该读当前扇区的下一个扇区了；
    
    Return）该步骤完成后，若寻找文件成功，返回的是 满足 DIR_NAME==LoaderFileName 的 根目录条目；
    
    （Attention）： 你要知道根目录条目是多么 的重要，因为它存储有 （文件名 + 文件属性 + 最后一次写入时间 + 最后一次写入日期 + 此条目对应的开始簇号 + 文件大小） 等信息；这个根目录条目 ，不可小觑；

• 2.2）定位文件方法（本代码还未涉及到）：（参见 http://blog.csdn.net/pacosonswjtu/article/details/48391467 【2.2】文件分配表-FAT 看个荔枝）“

• 如FAT所在扇区（一个扇区512字节）存储值为：F0 FF FF FF 8F 00 FF FF FF FF FF FF 09 A0 00 FF , 0F 00 00 ；
  
  则簇号分别为：0-FF0 1-FFF 2-FFF 3-008 4-FFF 5-FFF 6-FFF 7-FFF 8-009 9-00A A-FFF
  
  如果根目录去中有条目记载某文件A 的 DIR_FstClus=3的话，则对应第3个FAT项，结合上一行，我们知道FAT3==008，所以下一个簇号是8-009 , 以此类推9-00A、 A-FFF。FFF就表示这个簇是最后一个簇了。
  
  Conclusion：找出该文件在数据区中对应的所有簇，就定位了该文件了；

• 2.3）读入内存方法（先定位全局扇区，再对寄存器编程）：
  
  
  
  （上图错误更正）应该是怎样由扇区号求扇区在磁盘中的位置，不是定位文件；
  
  

• 如何读取扇区内容到内存？ 参见 source code 中的 ReadSector 函数。

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【3】总结

• 3.1）首先你要想，寻找文件？ 为什么要寻找文件，是因为，我们boot代码要加载loader 代码进入内存，而loader代码在软盘上（硬盘）上，所以我们就要在软盘上寻找该文件。
  
  为什么boot和loader 不写在同一个程序中？因为 引导扇区只装的下最多 512B，所以要把boot程序和 loader 程序分开来存放，然后再由 boot 跳转到 loader程序去执行；

• 3.2）怎样寻找？ 要知道FAT12软盘中的 根目录区条目存储有 所有文件的相关信息，最重要的就是文件名。通过 利用ReadSector函数 实现 “怎样由扇区号求扇区在磁盘中的位置 (扇区号 -> 磁道=柱面号, 起始扇区, 磁头号=磁面)”的功能【暂且叫定位扇区功能，因为一个扇区最直观的表示是全局扇区号，而扇区在软盘中的表示是由3个维度来进行：磁头号（盘面号0,1），磁柱=磁道号，该磁道的上的扇区号来确定】，
  
  我们就把根目录区的第一个全局扇区号（循环，就进入当前扇区的下一个扇区号），如FAT12 的根目录区第一个扇区号为19（相对于根目录区而言是1，而对于全局而言是19），传入ReadSector函数，将传入的扇区内容读入到 es:bx；下一步，我们就把 es:bx中的根目录条目的FIR_NAME 和 boot代码中静态写死的文件名LoaderFileName 进行比较；

• • 3.2.1）若相等，则文件寻找成功，返回当前所比较的根目录条目（即是LoaderFileName ==DIR_NAME所在的条目）。要知道一个扇区=512Bytes，一个根目录条目=32Bytes，所以一个扇区==16个根目录条目， 所以要在es：bx 处比较16次，是个循环比较；
• • 3.2.2）如果比较不成功，全局扇区号加1（当前为19，加1为20，以此类推），循环下去，直到找到与LoaderFileName 相等的 根目录条目，或者，遍历完 根目录条目的所有扇区（如 根目录条目扇区数量为14，当然，这个是由FAT12的引导扇区设置的，可以变化的）

• （Attention）：其实，你也看到了，要寻找文件，免不了要去定位全局扇区号（磁头号，磁道号，该磁道上的扇区号），定位后，还要读取该扇区到内存的某个位置，读入后，还要对该内存的某些特定值进行比较操作，比较结果有成功，有失败；成功后，返回的是比较成功的当前根目录条目值；这就知道了Loader文件在 根目录区的描述了，包括（文件名 + 文件属性 + 最后一次写入时间 + 最后一次写入日期 + 此条目对应的开始簇号 + 文件大小），接下来，我们就把 Loader 文件加载到内存，准备开始运行该Loader文件了。source code 参见 p114.asm >> https://github.com/pacosonTang/Orange-s-OS/blob/master/p114.asm

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