微型操作系統(tǒng)的設(shè)計操作系統(tǒng)課程設(shè)計-文庫吧
2025-06-22 13:50 本頁面
【正文】 ...........................146 參考文獻 .........................................................151 系統(tǒng)需求分析 設(shè)計內(nèi)容與目的 設(shè)計一個微型操作系統(tǒng)，在實模式下從軟盤引導(dǎo)計算機啟動，并在保護模式下運行“內(nèi)核” 。通過分析，該設(shè)計需要完成以下任務(wù)：（1）搭建虛擬機環(huán)境，為編寫一個微操作系統(tǒng)奠定基礎(chǔ)。（2）利用 NASM匯編器編譯啟動匯編程序。（3）完成在實模式下從軟盤引導(dǎo)計算機。（4）學(xué)習(xí)本次設(shè)計需要的實模式到保護模式切換的相關(guān)知識。理解 GDT在保護模式的工作機理。（5）編寫在保護模式下的引導(dǎo)程序，并用 C語言模擬寫一個“內(nèi)核” ，并實現(xiàn)在保護模下通過引導(dǎo)程序啟動計算機并將該“內(nèi)核”加載到內(nèi)存中。最后切換到內(nèi)核。 設(shè)計的實現(xiàn)方案 本設(shè)計完成一個真正意義上的操作系統(tǒng)引導(dǎo)，計算機啟動程序?qū)挠嬎銠C啟動時的 16位的實模式轉(zhuǎn)到現(xiàn)在通用的 32位的保護模式下?，F(xiàn)在的操作系統(tǒng)除了最低層的部份之外，均由高級語言完成，在本設(shè)計中也將用高級語言來編寫內(nèi)核。實現(xiàn)的一個內(nèi)核是用 C語言編寫的。用匯編寫的引導(dǎo)程序，把 C 語言寫的內(nèi)核載入并執(zhí)行，這就是本設(shè)計將要完成的主要任務(wù)。內(nèi)核中的鍵盤中斷設(shè)計 intel 8259a。intel 8259a 可編程中斷控制器可以為 CPU 處理 8 位優(yōu)先級中斷，而且，無須額外電路即可級聯(lián)擴展至 64 位優(yōu)先級中斷處理。通過對 8259A 的初始化和控制，可以實現(xiàn)在保護模式下的鍵盤中斷。 功能模塊圖該設(shè)計的功能模塊如下圖所示：圖 功能模塊圖 計算機引導(dǎo)程序本程序的主要功能是實現(xiàn)實模式和保護模式的切換。(1)切換到保護方式的準備工作 在從實模式切換到保護模式之前，必須作必要的準備。需要建立合適的全局描述符表，并使用 GDTR 指向該 GDT。因為在切換到保護方式時，至少要把代碼段的選擇子裝載到CS，所以 GDT 中至少含有代碼段的描述符。 (2)由實模式切換到保護模式 在做好準備后，從實模式切換到保護模式原則上只要把控制寄存器 CR0 中的 PE 位置1 即可。 mov eax ,cr0 。 微型操作系統(tǒng)實模式下從軟盤引導(dǎo)計算機“內(nèi)核”實現(xiàn)鍵盤中斷并顯示鍵盤值從鍵盤輸入值中斷響應(yīng)顯示 or eax , 1 mov cr0 ,eax 實際情況要比這復(fù)雜些。執(zhí)行上面的三條指令后，處理器轉(zhuǎn)入保護模式，但 CS 中的內(nèi)容還是實模式下代碼段的段值，而不是保護模式下代碼段的選擇子，所以在取指令之前得把代碼段的選擇子裝入 CS。為此，緊接著這三條指令，安排一條如下所示的段間轉(zhuǎn)移指令 jmp gdt_code_addr:code_32 。 跳入 32位的代碼段中 這條段間轉(zhuǎn)移指令 在實模式下被預(yù)取并在保護方式下被執(zhí)行 。利用這條段間轉(zhuǎn)移指令可把保護模式下代碼段的選擇子裝入 CS，同時也刷新指令預(yù)取隊列。從此真正進入保護模式。 內(nèi)核鍵盤中斷實現(xiàn)要使用中斷方式，就必須編寫中斷處理程序，通過 IDT（中斷描述符表）讓 CPU知道此中斷的中斷處理程序在什么地方，此表的每一個表項對應(yīng)一個中斷，每一個表項都指明此中斷的中斷處理程序在什么地方。因此首要的任務(wù)是要構(gòu)造一個中斷描述符表。 中斷描述符表一共可有 256項，即 256個中斷。頭三十二項，也就是 0~31號中斷，已經(jīng)被 CPU及硬件所占用了，因此只能從第三十三項即 32號中斷開始構(gòu)造中斷及中斷服務(wù)程序 。可編程中斷控制器（PIC）功能上是中斷驅(qū)動系統(tǒng)環(huán)境下的總管家，決定哪一個輸入優(yōu)先級最高，確定輸入請求是否擁有比當前服務(wù)級別更高的優(yōu)先級，并且將決定出的中斷通知 CPU。為了使中斷系統(tǒng)起作用，需要對 PIC(可編程的中斷控制器）進行編程，PIC 是可編程的中斷控制器，它可以處理硬件中斷請求，當硬件發(fā)生中斷時，PIC把中斷信號送到 CPU，然后 CPU處理中斷。實際上有兩上 PIC，第一個PIC1(端口號 0x20~0x21)處理 IRQ0~IRQ7的請求，第二個 PIC2(端口號0xA0~0xA1)處理 IRQ8~IRQ15 的請求 CPU只知道邏輯意義上的中斷，不區(qū)分是物理上的軟件中斷還是硬件中斷，因此必須把 CPU不知道的物理中斷，映射為CPU知道的邏輯意義上的中斷。在實模式下，這項工作由 BIOS來做，在保護模式下需要自己編程。通過發(fā)送一些 ICW(初始化命令字）來實現(xiàn)對 PICs的控制和初始化。1. 發(fā)送 ICW1 到 PIC1(20h) 與 PIC2(A0h) 中 2. 發(fā)送 ICW2 到 PIC1(21h) 與 PIC2(A1h) 中 3. 發(fā)送 ICW3 到 PIC1(21h) 與 PIC2(A1h）中 4. 發(fā)送 ICW4 到 PIC1(21h) 與 PIC2(A1h）中 利用內(nèi)嵌匯編發(fā)送一些 ICW(初始化命令字）來實現(xiàn)對 PICs的控制和初始化，實現(xiàn)代碼如下：__asm__(mov $0x11,%al。out %al,$0x20 \n)。 __asm__(mov $0x11,%al。out %al,$0xA0 \n)。 __asm__(mov $0x20,%al。out %al,$0x21 \n)。 __asm__(mov $0x28,%al。out %al,$0xA1 \n)。 __asm__(mov $0x04,%al。out %al,$0x21 \n)。 __asm__(mov
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