p67.asm

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; pmtest6.asm
; 编译方法：nasm pmtest6.asm -o pmtest6.com
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%include	"pm.inc"	; 常量, 宏, 以及一些说明

PageDirBase		equ	200000h	; 页目录开始地址: 2M
PageTblBase		equ	201000h	; 页表开始地址: 2M+4K

org	0100h
	jmp	LABEL_BEGIN

[SECTION .gdt]
; GDT
;                            段基址,       段界限, 属性
LABEL_GDT:           Descriptor 0,              0, 0     		; 空描述符
LABEL_DESC_NORMAL:   Descriptor 0,         0ffffh, DA_DRW		; Normal 描述符

; 页目录描述符 [add]
LABEL_DESC_PAGE_DIR: Descriptor PageDirBase, 4095, DA_DRW;Page Directory
; 页表描述符 [add]
LABEL_DESC_PAGE_TBL: Descriptor PageTblBase, 1023, DA_DRW|DA_LIMIT_4K;Page Tables

LABEL_DESC_CODE32:   Descriptor 0, SegCode32Len-1, DA_C+DA_32		; 非一致代码段, 32
LABEL_DESC_CODE16:   Descriptor 0,         0ffffh, DA_C			; 非一致代码段, 16
LABEL_DESC_DATA:     Descriptor 0,      DataLen-1, DA_DRW		; Data
LABEL_DESC_STACK:    Descriptor 0,     TopOfStack, DA_DRWA + DA_32	; Stack, 32 位
LABEL_DESC_VIDEO:    Descriptor 0B8000h,   0ffffh, DA_DRW		; 显存首地址
; GDT 结束

GdtLen		equ	$ - LABEL_GDT	; GDT长度
GdtPtr		dw	GdtLen - 1	; GDT界限
		dd	0		; GDT基地址

; GDT 选择子
SelectorNormal		equ	LABEL_DESC_NORMAL	- LABEL_GDT
SelectorPageDir		equ	LABEL_DESC_PAGE_DIR	- LABEL_GDT
SelectorPageTbl		equ	LABEL_DESC_PAGE_TBL	- LABEL_GDT
SelectorCode32		equ	LABEL_DESC_CODE32	- LABEL_GDT
SelectorCode16		equ	LABEL_DESC_CODE16	- LABEL_GDT
SelectorData		equ	LABEL_DESC_DATA		- LABEL_GDT
SelectorStack		equ	LABEL_DESC_STACK	- LABEL_GDT
SelectorVideo		equ	LABEL_DESC_VIDEO	- LABEL_GDT
; END of [SECTION .gdt]

[SECTION .data1]	 ; 数据段
ALIGN	32
[BITS	32]
LABEL_DATA:
SPValueInRealMode	dw	0
; 字符串
PMMessage:		db	"In Protect Mode now. ^-^", 0	; 进入保护模式后显示此字符串
OffsetPMMessage		equ	PMMessage - $$
DataLen			equ	$ - LABEL_DATA
; END of [SECTION .data1]


; 全局堆栈段
[SECTION .gs]
ALIGN	32
[BITS	32]
LABEL_STACK:
	times 512 db 0

TopOfStack	equ	$ - LABEL_STACK - 1

; END of [SECTION .gs]


[SECTION .s16]
[BITS	16]
LABEL_BEGIN:
	mov	ax, cs
	mov	ds, ax
	mov	es, ax
	mov	ss, ax
	mov	sp, 0100h

	mov	[LABEL_GO_BACK_TO_REAL+3], ax
	mov	[SPValueInRealMode], sp

	; 初始化 16 位代码段描述符
	mov	ax, cs
	movzx	eax, ax
	shl	eax, 4
	add	eax, LABEL_SEG_CODE16
	mov	word [LABEL_DESC_CODE16 + 2], ax
	shr	eax, 16
	mov	byte [LABEL_DESC_CODE16 + 4], al
	mov	byte [LABEL_DESC_CODE16 + 7], ah

	; 初始化 32 位代码段描述符
	xor	eax, eax
	mov	ax, cs
	shl	eax, 4
	add	eax, LABEL_SEG_CODE32
	mov	word [LABEL_DESC_CODE32 + 2], ax
	shr	eax, 16
	mov	byte [LABEL_DESC_CODE32 + 4], al
	mov	byte [LABEL_DESC_CODE32 + 7], ah

	; 初始化数据段描述符
	xor	eax, eax
	mov	ax, ds
	shl	eax, 4
	add	eax, LABEL_DATA
	mov	word [LABEL_DESC_DATA + 2], ax
	shr	eax, 16
	mov	byte [LABEL_DESC_DATA + 4], al
	mov	byte [LABEL_DESC_DATA + 7], ah

	; 初始化堆栈段描述符
	xor	eax, eax
	mov	ax, ds
	shl	eax, 4
	add	eax, LABEL_STACK
	mov	word [LABEL_DESC_STACK + 2], ax
	shr	eax, 16
	mov	byte [LABEL_DESC_STACK + 4], al
	mov	byte [LABEL_DESC_STACK + 7], ah

	; 为加载 GDTR 作准备
	xor	eax, eax
	mov	ax, ds
	shl	eax, 4
	add	eax, LABEL_GDT		; eax <- gdt 基地址
	mov	dword [GdtPtr + 2], eax	; [GdtPtr + 2] <- gdt 基地址

	; 加载 GDTR
	lgdt	[GdtPtr]

	; 关中断
	cli

	; 打开地址线A20
	in	al, 92h
	or	al, 00000010b
	out	92h, al

	; 准备切换到保护模式
	mov	eax, cr0
	or	eax, 1
	mov	cr0, eax

	; 真正进入保护模式
	jmp	dword SelectorCode32:0	; 执行这一句会把 SelectorCode32 装入 cs, 并跳转到 Code32Selector:0  处

;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;

LABEL_REAL_ENTRY:		; 从保护模式跳回到实模式就到了这里
	mov	ax, cs
	mov	ds, ax
	mov	es, ax
	mov	ss, ax

	mov	sp, [SPValueInRealMode]

	in	al, 92h		; ┓
	and	al, 11111101b	; ┣ 关闭 A20 地址线
	out	92h, al		; ┛

	sti			; 开中断

	mov	ax, 4c00h	; ┓
	int	21h		; ┛回到 DOS
; END of [SECTION .s16]


[SECTION .s32]; 32 位代码段. 由实模式跳入.
[BITS	32]

LABEL_SEG_CODE32:
	
	; 开启分页机制的初始化工作，该指令执行后，cpu即可开启分页机制[add]
	call	SetupPaging

	mov	ax, SelectorData
	mov	ds, ax			; 数据段选择子
	mov	ax, SelectorVideo
	mov	gs, ax			; 视频段选择子

	mov	ax, SelectorStack
	mov	ss, ax			; 堆栈段选择子

	mov	esp, TopOfStack


	; 下面显示一个字符串
	mov	ah, 0Ch			; 0000: 黑底    1100: 红字
	xor	esi, esi
	xor	edi, edi
	mov	esi, OffsetPMMessage	; 源数据偏移
	mov	edi, (80 * 10 + 0) * 2	; 目的数据偏移。屏幕第 10 行, 第 0 列。
	cld
.1:
	lodsb
	test	al, al
	jz	.2
	mov	[gs:edi], ax
	add	edi, 2
	jmp	.1
.2:	; 显示完毕

	; 到此停止
	jmp	SelectorCode16:0

; [add]
; 启动分页机制 --------------------------------------------------------------
SetupPaging:
	; 为简化处理, 所有线性地址对应相等的物理地址.

	; 首先初始化页目录
	; SelectorPageDir		equ	LABEL_DESC_PAGE_DIR	- LABEL_GDT
	mov	ax, SelectorPageDir	; 此段首地址为 PageDirBase ; PageDirBase equ 200000h	; 页目录开始地址: 2M
	mov	es, ax
	mov	ecx, 1024		; 共 1K 个表项
	xor	edi, edi
	xor	eax, eax
	mov	eax, PageTblBase | PG_P  | PG_USU | PG_RWW ; PageTblBase equ 201000h 页表开始地址: 2M+4K
	; PG_P		EQU	1	; 页存在属性位
	; PG_RWR		EQU	0	; R/W 属性位值, 读/执行
	; PG_RWW		EQU	2	; R/W 属性位值, 读/写/执行
	; PG_USS		EQU	0	; U/S 属性位值, 系统级
	; PG_USU		EQU	4	; U/S 属性位值, 用户级
	; | PG_P  | PG_USU | PG_RWW == 0111h

.1: ; 这里是在初始化页目录中项的内容，即对应页表的内存地址
	stosd  ; stosb, stosw, stosd 把al/ ax/ eax的内容存储到 es:edi 指向的内存单元中, 该指令执行后，edi自增1,es=PageDirBase
	add	eax, 4096		; 为了简化, 所有页表在内存中是连续的.，每个页表占用4k字节空间 
	loop	.1
	; 初始化页目录的项内容 over
	
	; 再初始化所有页表 (1K 个, 4M 内存空间)的项内容，即页表的项存储的是内存地址的高20位地址；
	mov	ax, SelectorPageTbl	; 此段首地址为 PageTblBase equ 201000h
	mov	es, ax
	mov	ecx, 1024 * 1024	; 共 1M 个页表项, 也即有 1M 个页 (因为1k个页目录项，每个目录项映射到1k个页表项)
	xor	edi, edi
	xor	eax, eax
	mov	eax, PG_P  | PG_USU | PG_RWW
.2:
	stosd ; 初始值eax=0111, eax += 4096，eax -> es:edi ;  es:edi++[PageTblBase:edi++]
	add	eax, 4096		; 每一页指向 4K 的空间
	loop	.2
	; 初始化页表的项内容 over

	mov	eax, PageDirBase
	; 加载页目录的基地址到 cr3
	mov	cr3, eax
	; 设置cr0的PG位=1，开启分页机制 
	mov	eax, cr0
	or	eax, 80000000h
	mov	cr0, eax
	jmp	short .3
.3:
	nop

	ret
; 分页机制启动完毕 ----------------------------------------------------------

SegCode32Len	equ	$ - LABEL_SEG_CODE32
; END of [SECTION .s32]


; 16 位代码段. 由 32 位代码段跳入, 跳出后到实模式
[SECTION .s16code]
ALIGN	32
[BITS	16]
LABEL_SEG_CODE16:
	; 跳回实模式:
	mov	ax, SelectorNormal
	mov	ds, ax
	mov	es, ax
	mov	fs, ax
	mov	gs, ax
	mov	ss, ax

	mov	eax, cr0
	and	eax, 7FFFFFFEh		; PE=0, PG=0
	mov	cr0, eax

LABEL_GO_BACK_TO_REAL:
	jmp	0:LABEL_REAL_ENTRY	; 段地址会在程序开始处被设置成正确的值

Code16Len	equ	$ - LABEL_SEG_CODE16

; END of [SECTION .s16code]