OS►30DayOS

Day1

From computer architecture to assembly

Write a program which can be run without OS via binary

binary code

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
% copy helloos.img ..\z_tools\qemu\fdimage0.bin # copy image file to qemu folder and rename it to fdimage0.bin

% cd ..\z_tools\qemu
% cat .\Makefile
default :
        qemu-win.bat
        
% cat .\qemu-win.bat
@set SDL_VIDEODRIVER=windib
@set QEMU_AUDIO_DRV=none
@set QEMU_AUDIO_LOG_TO_MONITOR=0
qemu.exe -L . -m 32 -localtime -std-vga -fda fdimage0.bin

% ..\z_tools\make.exe -C ..\z_tools\qemu
# use GNU make to run qemu emulator
# the makefile contain only one line : qemu-win.bat
# then qemu will boot a machine from fdimag0.bin

hello world in qemu

Rewrite the program with (author modified) assembly language

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
; source of helloos.nas
        DB      0xeb, 0x4e, 0x90, 0x48, 0x45, 0x4c, 0x4c, 0x4f
        DB      0x49, 0x50, 0x4c, 0x00, 0x02, 0x01, 0x01, 0x00
        DB      0x02, 0xe0, 0x00, 0x40, 0x0b, 0xf0, 0x09, 0x00
        DB      0x12, 0x00, 0x02, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00
        DB      0x40, 0x0b, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x29, 0xff
        DB      0xff, 0xff, 0xff, 0x48, 0x45, 0x4c, 0x4c, 0x4f
        DB      0x2d, 0x4f, 0x53, 0x20, 0x20, 0x20, 0x46, 0x41
        DB      0x54, 0x31, 0x32, 0x20, 0x20, 0x20, 0x00, 0x00
        RESB    16
        DB      0xb8, 0x00, 0x00, 0x8e, 0xd0, 0xbc, 0x00, 0x7c
        DB      0x8e, 0xd8, 0x8e, 0xc0, 0xbe, 0x74, 0x7c, 0x8a
        DB      0x04, 0x83, 0xc6, 0x01, 0x3c, 0x00, 0x74, 0x09
        DB      0xb4, 0x0e, 0xbb, 0x0f, 0x00, 0xcd, 0x10, 0xeb
        DB      0xee, 0xf4, 0xeb, 0xfd, 0x0a, 0x0a, 0x68, 0x65
        DB      0x6c, 0x6c, 0x6f, 0x2c, 0x20, 0x77, 0x6f, 0x72
        DB      0x6c, 0x64, 0x0a, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00
        RESB    368
        DB      0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x55, 0xaa
        DB      0xf0, 0xff, 0xff, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00
        RESB    4600
        DB      0xf0, 0xff, 0xff, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00
        RESB    1469432

db for define byte, resb for reserve bytes

1
2
3
% cat .\asm.bat
..\z_tools\nask.exe helloos.nas helloos.img
# use author modified nasm to assemble helloos.nas into helloos.img

Go further

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
41
42
43
44
; hello-os
; TAB=4
; 以下这段是标准FAT12格式软盘专用的代码
DB 0xeb, 0x4e, 0x90 ; the FAT magic number
DB "HELLOIPL" ; 启动区的名称可以是任意的字符串（8字节）
DW 512 ; 每个扇区（sector）的大小（必须为512字节）
DB 1 ; 簇（cluster）的大小（必须为1个扇区）
DW 1 ; FAT的起始位置（一般从第一个扇区开始）
DB 2 ; FAT的个数（必须为2）
DW 224 ; 根目录的大小（一般设成224项）
DW 2880 ; 该磁盘的大小（必须是2880扇区）
DB 0xf0 ; 磁盘的种类（必须是0xf0）
DW 9 ; FAT的长度（必须是9扇区）
DW 18 ; 1个磁道（track）有几个扇区（必须是18）
DW 2 ; 磁头数（必须是2）
DD 0 ; 不使用分区，必须是0
DD 2880 ; 重写一次磁盘大小
DB 0,0,0x29 ; 意义不明，固定
DD 0xffffffff ;（可能是）卷标号码
DB "HELLO-OS " ; 磁盘的名称（11字节）
DB "FAT12 " ; 磁盘格式名称（8字节）
RESB 18 ; 先空出18字节

; 程序主体
DB 0xb8, 0x00, 0x00, 0x8e, 0xd0, 0xbc, 0x00, 0x7c
DB 0x8e, 0xd8, 0x8e, 0xc0, 0xbe, 0x74, 0x7c, 0x8a
DB 0x04, 0x83, 0xc6, 0x01, 0x3c, 0x00, 0x74, 0x09
DB 0xb4, 0x0e, 0xbb, 0x0f, 0x00, 0xcd, 0x10, 0xeb
DB 0xee, 0xf4, 0xeb, 0xfd

; 信息显示部分
DB 0x0a, 0x0a ; 2个换行
DB "hello, world"
DB 0x0a ; 换行
DB 0

RESB 0x1fe-$ ; 填写0x00,直到 0x001fe
DB 0x55, 0xaa

; 以下是启动区以外部分的输出
DB 0xf0, 0xff, 0xff, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00
RESB 4600
DB 0xf0, 0xff, 0xff, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00
RESB 1469432

Why 0x55 0xaa ?

因为计算机首先从最初一个扇区开始读软盘，然后去检查这个扇区最后2个字节的

内容。如果这最后2个字节不是0x55 AA，计算机会认为这张盘上没有所需的启

动程序，就会报一个不能启动的错误。

1
2
3
4
5
6
7
twobytes = get_last_2_bytes_of_first_sector()
if twobytes == 0x55aa:
    IPL = data_of_first_sector() # Initial Program Loader
    execute(IPL)
    # copy the first sector(512 bytes) into memory and execute it
else:
    raise Error("Unable to boot from flooppy")

The process is call bootstrap