1 !
2 ! setup.s (C) 1991 Linus Torvalds
3 !
4 ! setup.s is responsible for getting the system data from the BIOS,
5 ! and putting them into the appropriate places in system memory.
6 ! both setup.s and system has been loaded by the bootblock.
7 !
8 ! This code asks the bios for memory/disk/other parameters, and
9 ! puts them in a "safe" place: 0x90000-0x901FF, ie where the
10 ! boot-block used to be. It is then up to the protected mode
11 ! system to read them from there before the area is overwritte n for buffer-blocks.
!
! setup.s 负责从 BIOS 中获取系统数据，并将这些数据放到系统内存的适当地方。
! 此时 setup.s 和 system 已经由 bootsect 引导块加载到内存中。
!
! 这段代码询问 bios 有关内存/磁盘/其它参数， 并将这些参数放到一个
! “安全的”地方： 0x90000-0x901FF，也即原来 bootsect 代码块曾经在
! 的地方，然后在被缓冲块覆盖掉之前由保护模式的 system 读取。
13 !
15 ! NOTE! These had better be the same as in bootsect.s!
! 以下这些参数最好和 bootsect.s 中的相同！
16
17 INITSEG = 0x9000 ! we move boot here - out of the way ! 原来 bootsect 所处的段。
18 SYSSEG = 0x1000 ! system loaded at 0x10000 (65536). ! system 在 0x10000(64k)处。
19 SETUPSEG = 0x9020 ! this is the current segment ! 本程序所在的段地址。
20
21 .globl begtext, begdata, begbss, endtext, enddata, endbss
22 .text
23 begtext:
24 .data
25 begdata:
26 .bss
27 begbss:
28 .text
29
30 entry start
31 start:
32
33 ! ok, the read went well so we get current cursor position and save it for
34 ! posterity.
! ok，整个读磁盘过程都正常， 现在将光标位置保存以备今后使用。
35
36 mov ax,#INITSEG
! 将 ds 置成#INITSEG(0x9000)。这已经在 bootsect 程序中
! 设置过，但是现在是 setup 程序，Linus 觉得需要再重新
! 设置一下。
37 mov ds,ax !重新设置ds寄存器的值，此时，在段内使用偏移量寻址的话实际地址为0x90000+偏移量
! BIOS 中断 0x10 的读光标功能号 ah = 0x03
! 输入：bh = 页号
! 返回：ch = 扫描开始线，cl = 扫描结束线，
! dh = 行号(0x00 是顶端)，dl = 列号(0x00 是左边)。
38 mov ah,#0x03 ! read cursor pos
39 xor bh,bh
40 int 0x10 ! save it in known place, con_ init fetches
41 mov [0],dx ! it from 0x90000. !这里的【0】是相对位置寻址，初始地址已经设置为0x90000
! 上两句是说将光标位置信息存放在 0x90000 处，控制台初始化时会来取。
43 ! Get memory size (extended mem, kB) ! 下面 3 句取扩展内存的大小值（KB）。
! 是调用中断 0x15，功能号 ah = 0x88
! 返回：ax = 从 0x100000（1M）处开始的扩展内存大小(KB)。
! 若出错则 CF 置位，ax = 出错码。
44
45 mov ah,#0x88
46 int 0x15
47 mov [2],ax ! 将扩展内存数值存在 0x90002 处（1 个字）。
48
49 ! Get video-card data: ! 下面这段用于取显示卡当前显示模式。
! 调用 BIOS 中断 0x10，功能号 ah = 0x0f
! 返回：ah = 字符列数，al = 显示模式，bh = 当前显示页。
! 0x90004(1 字)存放当前页，0x90006 显示模式，0x90007 字符列数。
50
51 mov ah,#0x0f
52 int 0x10
53 mov [4],bx ! bh = display page
54 mov [6],ax ! al = video mode, ah = window width
55
56 ! check for EGA/VGA and some config parameters ! 检查显示方式（EGA/VGA）并取参数。
! 调用 BIOS 中断 0x10，附加功能选择 -取方式信息
! 功能号：ah = 0x12，bl = 0x10
! 返回：bh = 显示状态
! (0x00 - 彩色模式，I/O 端口=0x3dX)
! (0x01 - 单色模式，I/O 端口=0x3bX)
! bl = 安装的显示内存
! (0x00 - 64k, 0x01 - 128k, 0x02 - 192k, 0x03 = 256k)
! cx = 显示卡特性参数(参见程序后的说明)。
57
58 mov ah,#0x12
59 mov bl,#0x10
60 int 0x10
61 mov [8],ax ! 0x90008 = ??
62 mov [10],bx ! 0x9000A = 安装的显示内存， 0x9000B = 显示状态(彩色/单色)
63 mov [12],cx ! 0x9000C = 显示卡特性参数。
64
65 ! Get hd0 data ! 取第一个硬盘的信息（复制硬盘参数表） 。
! 第 1 个硬盘参数表的首地址竟然是中断向量 0x41 的向量值！ 而第 2 个硬盘
! 参数表紧接第 1 个表的后面，中断向量 0x46 的向量值也指向这第 2 个硬盘
! 的参数表首址。表的长度是 16 个字节(0x10)。
! 下面两段程序分别复制 BIOS 有关两个硬盘的参数表，0x90080 处存放第 1 个
! 硬盘的表，0x90090 处存放第 2 个硬盘的表。
66
67 mov ax,#0x0000
68 mov ds,ax
!这里下面出现的4*0x41其实只是因为第一个硬盘信息存放的地点的指针存放位置与0x41中断向量的向量值相同，都是0x104，直接写
!【0x104】即可
69 lds si,[4*0x41] ! 取中断向量 0x41 的值，也即 hd0 参数表的地址ds:si
70 mov ax,#INITSEG
71 mov es,ax
72 mov di,#0x0080 ! 传输的目的地址: 0x9000:0x0080 Î es:di
73 mov cx,#0x10 ! 共传输 0x10 字节。
74 rep
75 movsb
76
77 ! Get hd1 data
78
79 mov ax,#0x0000
80 mov ds,ax
81 lds si,[4*0x46] ! 取中断向量 0x46 的值，也即 hd1 参数表的地址ds:si
82 mov ax,#INITSEG
83 mov es,ax
84 mov di,#0x0090 ! 传输的目的地址: 0x9000:0x0090 Î es:di
85 mov cx,#0x10
86 rep
87 movsb
88
89 ! Check that there IS a hd1 :-) ! 检查系统是否存在第 2 个硬盘， 如果不存在则第 2 个表清零。
! 利用 BIOS 中断调用 0x13 的取盘类型功能。
! 功能号 ah = 0x15；
! 输入：dl = 驱动器号（0x8X 是硬盘：0x80 指第 1 个硬盘，0x81 第 2 个硬盘）
! 输出：ah = 类型码；00 --没有这个盘，CF 置位； 01 --是软驱，没有 change-line 支持；
! 02 --是软驱(或其它可移动设备)，有 change-line 支持； 03 --是硬盘。
90
91 mov ax,#0x01500
92 mov dl,#0x81
93 int 0x13
94 jc no_disk1
95 cmp ah,#3 ! 是硬盘吗？(类型 = 3 ？)。
96 je is_disk1
97 no_disk1:
98 mov ax,#INITSEG ! 第 2 个硬盘不存在，则对第 2 个硬盘表清零。
99 mov es,ax
100 mov di,#0x0090
101 mov cx,#0x10
102 mov ax,#0x00
103 rep
104 stosb
105 is_disk1:
106
107 ! now we want to move to protected mode ... ! 现在我们要进入保护模式中了...
108
109 cli ! no interrupts allowed ! ! 此 时不允许中断。
110
111 ! first we move the system to it's rightful place
! 首先我们将 system 模块移到正确的位置。
! bootsect 引导程序是将 system 模块读入到从 0x10000（64k）开始的位置。 由于当时假设
! system 模块最大长度不会超过 0x80000（512k），也即其末端不会超过内存地址 0x90000，
! 所以 bootsect 会将自己移动到 0x90000 开始的地方，并把 setup 加载到它的后面。
! 下面这段程序的用途是再把整个 system 模块移动到 0x00000 位置，即把从 0x10000 到 0x8ffff
! 的内存数据块(512k)，整块地向内存低端移动了 0x10000（64k）的位置。
112
113 mov ax,#0x0000
114 cld ! 清零进位标志DF
115 do_move:
116 mov es,ax ! destination segment ! es:di Î目的地址(初始为 0x0000:0x0)
117 add ax,#0x1000
118 cmp ax,#0x9000 ! 已经把从 0x8000 段开始的 64k 代码移动完？
119 jz end_move
120 mov ds,ax ! source segment ! ds:si Î源地址(初始为 0x1000:0x0)
121 sub di,di
122 sub si,si
123 mov cx,#0x8000 ! 移动 0x8000 字（64k 字节）。
124 rep
125 movsw
126 jmp do_move
127
128 ! then we load the segment descriptors
! 此后，我们加载段描述符。
! 从这里开始会遇到 32 位保护模式的操作，因此需要 Intel 32 位保护模式编程方面的知识了,
! 有关这方面的信息请查阅列表后的简单介绍或附录中的详细说明。这里仅作概要说明。
! 在进入保护模式中运行之前， 我们需要首先设置好需要使用的段描述符表。 这里需要设置全局
! 描述符表和中断描述符表。
!
! lidt 指令用于加载中断描述符表(idt)寄存器，它的操作数是 6 个字节，0-1 字节是描述符表的
! 长度值(字节)；2-5 字节是描述符表的 32 位线性基地址（首地址）， 其形式参见下面
! 219-220 行和 223-224 行的说明。 中断描述符表中的每一个表项（8 字节） 指出发生中断时
! 需要调用的代码的信息，与中断向量有些相似， 但要包含更多的信息。
!
! lgdt 指令用于加载全局描述符表(gdt)寄存器，其操作数格式与 lidt 指令的相同。 全局描述符
! 表中的每个描述符项(8 字节)描述了保护模式下数据和代码段（块）的信息。其中包括段的
! 最大长度限制(16 位)、段的线性基址（32 位）、 段的特权级、段是否在内存、读写许可以及
! 其它一些保护模式运行的标志。参见后面 205-216 行。
!
129
130 end_move:
131 mov ax,#SETUPSEG ! right, forgot this at first. didn't work :-)
132 mov ds,ax ! ds 指向本程序(setup)段。
133 lidt idt_48 ! load idt with 0,0
! 加载中断描述符表(idt)寄存器，idt_48 是 6 字节操作数的位置
! (见 218 行)。 前 2 字节表示 idt 表的限长，后 4 字节表示 idt 表
! 所处的基地址。
134 lgdt gdt_48 ! load gdt with whatever appro priate
! 加载全局描述符表(gdt)寄存器，gdt_48 是 6 字节操作数的位置
! (见 222 行)。
135
136 ! that was painless, now we enable A20
! 以上的操作很简单， 现在我们开启 A20 地址线。 参见程序列表后有关 A20 信号线的说明。
! 关于所涉及到的一些端口和命令，可参考 kernel/chr_drv/keyboard.S 程序后对键盘接口的说明。
137
138 call empty_8042 ! 等待输入缓冲器空。
! 只有当输入缓冲器为空时才可以对其进行写命令。
139 mov al,#0xD1 ! command write ! 0xD1 命令码-表示要写数据到
140 out #0x64,al ! 8042 的 P2 端口。P2 端口的位 1 用于 A20 线的选通。
! 数据要写到 0x60 口。
141 call empty_8042 ! 等待输入缓冲器空，看命令是否被接受。
142 mov al,#0xDF ! A20 on ! 选通 A20 地址线的参数。
143 out #0x60,al
144 call empty_8042 ! 输入缓冲器为空， 则表示 A20 线已经选通。
145
146 ! well, that went ok, I hope. Now we have to reprogram the int errupts :-(
147 ! we put them right after the intel-reserved hardware interrup ts, at
148 ! int 0x20-0x2F. There they won't mess up anything. Sadly IBM really
149 ! messed this up with the original PC, and they haven't been a ble to
150 ! rectify it afterwards. Thus the bios puts interrupts at 0x08 -0x0f,
151 ! which is used for the internal hardware interrupts as well. We just
152 ! have to reprogram the 8259's, and it isn't fun.
!! 希望以上一切正常。现在我们必须重新对中断进行编程/
!! 我们将它们放在正好处于 intel 保留的硬件中断后面， 在 int 0x20-0x2F。
!! 在那里它们不会引起冲突。 不幸的是 IBM 在原 PC 机中搞糟了， 以后也没有纠正过来。
!! PC 机的 bios 将中断放在了 0x08-0x0f，这些中断也被用于内部硬件中断。
!! 所以我们就必须重新对 8259 中断控制器进行编程，这一点都没劲。
153
154 mov al,#0x11 ! initialization seque nce
! 0x11 表示初始化命令开始， 是 ICW1 命令字，表示边
! 沿触发、多片 8259 级连、最后要发送 ICW4 命令字。
155 out #0x20,al ! send it to 8259A-1 ! 发送到 8259A 主芯片。
! 下面定义的两个字是直接使用机器码表示的两条相对跳转指令， 起延时作用。
! 0xeb 是直接近跳转指令的操作码，带 1 个字节的相对位移值。因此跳转范围是-127 到 127。CPU 通过
! 把这个相对位移值加到 EIP 寄存器中就形成一个新的有效地址。 此时 EIP 指向下一条被执行的指令。
! 执行时所花费的 CPU 时钟周期数是 7 至 10 个。0x00eb 表示跳转值是 0 的一条指令， 因此还是直接
! 执行下一条指令。这两条指令共可提供 14-20 个 CPU 时钟周期的延迟时间。 在 as86 中没有表示相应
! 指令的助记符， 因此 Linus 在 setup.s 等一些汇编程序中就直接使用机器码来表示这种指令。另外，
! 每个空操作指令 NOP 的时钟周期数是 3 个， 因此若要达到相同的延迟效果就需要 6 至 7 个 NOP 指令。
156 .word 0x00eb,0x00eb ! jmp $+2, jmp $+2 ! '$' 表示当前指令的地址，
157 out #0xA0,al ! and to 8259A-2 ! 再发送到 8259A 从芯片。
158 .word 0x00eb,0x00eb
159 mov al,#0x20 ! start of hardware in t's (0x20)
160 out #0x21,al ! 送主芯片 ICW2 命令字，起始中断号， 要送奇地址。
161 .word 0x00eb,0x00eb
162 mov al,#0x28 ! start of hardware in t's 2 (0x28)
163 out #0xA1,al ! 送从芯片 ICW2 命令字，从芯片的起始中断号。
164 .word 0x00eb,0x00eb
165 mov al,#0x04 ! 8259-1 is master
166 out #0x21,al ! 送主芯片 ICW3 命令字，主芯片的 IR2 连从芯片 INT。
167 .word 0x00eb,0x00eb ！参见代码列表后的说明。
168 mov al,#0x02 ! 8259-2 is slave
169 out #0xA1,al ! 送从芯片 ICW3 命令字，表示从芯片的 INT 连到主芯
! 片的 IR2 引脚上。
170 .word 0x00eb,0x00eb
171 mov al,#0x01 ! 8086 mode for both
172 out #0x21,al ! 送主芯片 ICW4 命令字。8086 模式；普通 EOI 方式，
! 需发送指令来复位。初始化结束，芯片就绪。
173 .word 0x00eb,0x00eb
174 out #0xA1,al ！送从芯片 ICW4 命令字，内容同上。
175 .word 0x00eb,0x00eb
176 mov al,#0xFF ! mask off all interru pts for now
177 out #0x21,al ! 屏蔽主芯片所有中断请求。
178 .word 0x00eb,0x00eb
179 out #0xA1,al ！屏蔽从芯片所有中断请求。
180
181 ! well, that certainly wasn't fun :-(. Hopefully it works, and we don't
182 ! need no steenking BIOS anyway (except for the initial loadin g :-).
183 ! The BIOS-routine wants lots of unnecessary data, and it's le ss
184 ! "interesting" anyway. This is how REAL programmers do it.
185 !
186 ! Well, now's the time to actually move into protected mode. T o make
187 ! things as simple as possible, we do no register set-up or an ything,
188 ! we let the gnu-compiled 32-bit programs do that. We just jum p to
189 ! absolute address 0x00000, in 32-bit protected mode.
!! 哼，上面这段当然没劲/， 希望这样能工作， 而且我们也不再需要乏味的 BIOS 了（除了
!! 初始的加载?。BIOS 子程序要求很多不必要的数据，而且它一点都没趣。 那是“真正”的
!! 程序员所做的事。
190
! 这里设置进入 32 位保护模式运行。 首先加载机器状态字(lmsw-Load Machine Status Word)， 也称
! 控制寄存器 CR0，其比特位 0 置 1 将导致 CPU 工作在保护模式。
191 mov ax,#0x0001 ! protected mode (PE) bit ! 保护 模式比特位(PE)。
192 lmsw ax ! This is it! ! 就这样加载机器状态字!
193 jmpi 0,8 ! jmp offset 0 of segment 8 (c s) ! 跳转至 cs 段 8，偏移 0 处。
! 我们已经将 system 模块移动到 0x00000 开始的地方，所以这里的偏移地址是 0。这里的段
! 值的 8 已经是保护模式下的段选择符了，用于选择描述符表和描述符表项以及所要求的特权级。
! 段选择符长度为 16 位（2 字节）；位 0-1 表示请求的特权级 0-3，linux 操作系统只
! 用到两级：0 级（系统级）和 3 级（用户级）； 位 2 用于选择全局描述符表(0)还是局部描
! 述符表(1)；位 3-15 是描述符表项的索引， 指出选择第几项描述符。所以段选择符
! 8(0b0000,0000,0000,1000)表示请求特权级 0、 使用全局描述符表中的第 1 项，该项指出
! 代码的基地址是 0（参见 209 行），因此这里的跳转指令就会去执行 system 中的代码。
194
195 ! This routine checks that the keyboard command queue is empty
196 ! No timeout is used - if this hangs there is something wrong with
197 ! the machine, and we probably couldn't proceed anyway.
! 下面这个子程序检查键盘命令队列是否为空。这里不使用超时方法 - 如果这里死机，
! 则说明 PC 机有问题，我们就没有办法再处理下去了。
! 只有当输入缓冲器为空时（状态寄存器位 2 = 0）才可以对其进行写命令。
198 empty_8042:
199 .word 0x00eb,0x00eb ! 这是两个跳转指令的机器码(跳转到下一句)， 相当于延时空操作。
200 in al,#0x64 ! 8042 status port ! 读 AT 键盘控制器状态寄存器。
201 test al,#2 ! is input buffer full? ! 测试位 2，输入缓冲器满？
202 jnz empty_8042 ! yes - loop
203 ret
204
205 gdt: ! 全局描述符表开始处。 描述符表由多个 8 字节长的描述符项组成。
! 这里给出了 3 个描述符项。第 1 项无用（206 行），但须存在。第 2 项是系统代码段
! 描述符（208-211 行），第 3 项是系统数据段描述符(213-216 行)。 每个描述符的具体
! 含义参见列表后说明。
206 .word 0,0,0,0 ! dummy ! 第 1 个描述符， 不用。
207 ! 这里在 gdt 表中的偏移量为 0x08，当加载代码段寄存器(段选择符)时， 使用的是这个偏移值。
208 .word 0x07FF ! 8Mb - limit=2047 (2048*4096= 8Mb)
209 .word 0x0000 ! base address=0
210 .word 0x9A00 ! code read/exec
211 .word 0x00C0 ! granularity=4096, 386
212 ! 这里在 gdt 表中的偏移量是 0x10，当加载数据段寄存器(如 ds 等)时，使用的是这个偏移值。
213 .word 0x07FF ! 8Mb - limit=2047 (2048*4096= 8Mb)
214 .word 0x0000 ! base address=0
215 .word 0x9200 ! data read/write
216 .word 0x00C0 ! granularity=4096, 386
217
218 idt_48:
219 .word 0 ! idt limit=0
220 .word 0,0 ! idt base=0L
221
222 gdt_48:
223 .word 0x800 ! gdt limit=2048, 256 GDT entr ies
! 全局表长度为 2k 字节，因为每 8 字节组成一个段描述符项
! 所以表中共可有 256 项。
224 .word 512+gdt,0x9 ! gdt base = 0X9xxxx
! 4 个字节构成的内存线性地址：0x0009<<16 + 0x0200+gdt
! 也即 0x90200 + gdt(即在本程序段中的偏移地址，205 行)。
225
226 .text
227 endtext:
228 .data
229 enddata:
230 .bss
231 endbss: