Bochs:assembly far jump在伪内存区域中丢失(无效操作码错误)

Question

我开始在（NASM）汇编中开发一个小型玩具操作系统，只是为了娱乐。我已经编写了一个引导加载程序，它将名为"kernel.sys"的FAT12文件系统中的第一个（也是唯一一个）文件加载到内存中，偏移量为0x7E00。在真实模式下，内核仅通过BIOS设置适当的视频模式，然后进入32位（受保护）模式。这就是我的问题所在。

首先，我用3个描述符（null、环0代码、环0数据）建立了一个GDT，并将其直接加载到内存区域0x0500。然后我使用LGDT指令将其告知处理器，然后我在CR0寄存器中设置PE位，我想通过一个远跳进入保护模式来设置适当的段（GDT中的0x08-代码段）和指令指针。

这方面的第一个版本是在QEMU中完成的，但没有在Bochs中完成。Bochs需要在远跳之前设置段，所以我在代码中修改了这一点：直接在远跳前，我用GDT中的数据段加载选择器。但是，由于"操作码无效"错误，Bochs仍然无法进入保护模式。

请帮我解决这个错误！

以下是我的内核代码：（注意标签b32从未到达！）

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;;                                                                  ;;
;;                           16-BIT ENTRY                           ;;
;;                                                                  ;;
;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;
use16
org 0x7e00
jmp start
sys_gdt        equ 0x00000500
sys_gdt_ring0c equ 0x00000508
sys_gdt_ring0d equ 0x00000510
sys_gdtr       equ 0x00000518
start:
    cli
    mov ax, 0
    mov ds, ax
    mov es, ax
    mov fs, ax
    mov gs, ax
    mov ss, ax
    mov sp, 0x1000
    sti
    mov ax, 3
    int 0x10
set_a20:
    in al, 0x64
    test al, 2
    jnz set_a20
    mov al, 0xd1
    out 0x64, al
test_a20:
    in al, 0x64
    test al, 2
    jnz test_a20
    mov al, 0xdf
    out 0x60, al
    mov dword [sys_gdt+0], 0
    mov dword [sys_gdt+4], 0
    mov word [sys_gdt_ring0c+0], 0xffff
    mov word [sys_gdt_ring0c+2], 0
    mov byte [sys_gdt_ring0c+4], 0
    mov byte [sys_gdt_ring0c+5], 10011010b
    mov byte [sys_gdt_ring0c+6], 01001111b
    mov byte [sys_gdt_ring0c+7], 0
    mov word [sys_gdt_ring0d+0], 0xffff
    mov word [sys_gdt_ring0d+2], 0
    mov byte [sys_gdt_ring0d+4], 0
    mov byte [sys_gdt_ring0d+5], 10010010b
    mov byte [sys_gdt_ring0d+6], 01001111b
    mov byte [sys_gdt_ring0d+7], 0
    mov word  [sys_gdtr+0], sys_gdtr-sys_gdt-1
    mov dword [sys_gdtr+2], sys_gdt
    cli
    lgdt [sys_gdtr] ;; :96
    mov eax, cr0
    or eax, 0x1
    mov cr0, eax
    mov ax, 0x10
    mov ds, ax
    mov es, ax
    mov fs, ax
    mov gs, ax
    mov ss, ax
    mov esp, 0x90000
    jmp 0x08:b32
use32
b32:
    mov cx, 5
    jmp $

这是Bochs日志：

00014041550i[BIOS ] Booting from 0000:7c00
00015625085e[CPU0 ] write_virtual_checks(): write beyond limit, r/w
00015625085i[CPU0 ] CPU is in protected mode (active)
00015625085i[CPU0 ] CS.d_b = 32 bit
00015625085i[CPU0 ] SS.d_b = 32 bit
00015625085i[CPU0 ] EFER   = 0x00000000
00015625085i[CPU0 ] | RAX=0000000060000010  RBX=0000000000000204
00015625085i[CPU0 ] | RCX=0000000000090000  RDX=0000000000000fff
00015625085i[CPU0 ] | RSP=0000000000090000  RBP=0000000000000000
00015625085i[CPU0 ] | RSI=00000000000e018e  RDI=0000000000008000
00015625085i[CPU0 ] |  R8=0000000000000000   R9=0000000000000000
00015625085i[CPU0 ] | R10=0000000000000000  R11=0000000000000000
00015625085i[CPU0 ] | R12=0000000000000000  R13=0000000000000000
00015625085i[CPU0 ] | R14=0000000000000000  R15=0000000000000000
00015625085i[CPU0 ] | IOPL=0 id vip vif ac vm rf nt of df if tf sf zf af PF cf
00015625085i[CPU0 ] | SEG selector     base    limit G D
00015625085i[CPU0 ] | SEG sltr(index|ti|rpl)     base    limit G D
00015625085i[CPU0 ] |  CS:0008( 0001| 0|  0) 00000000 000fffff 0 1
00015625085i[CPU0 ] |  DS:0010( 0002| 0|  0) 00000000 000fffff 0 1
00015625085i[CPU0 ] |  SS:0010( 0002| 0|  0) 00000000 000fffff 0 1
00015625085i[CPU0 ] |  ES:0010( 0002| 0|  0) 00000000 000fffff 0 1
00015625085i[CPU0 ] |  FS:0010( 0002| 0|  0) 00000000 000fffff 0 1
00015625085i[CPU0 ] |  GS:0010( 0002| 0|  0) 00000000 000fffff 0 1
00015625085i[CPU0 ] |  MSR_FS_BASE:0000000000000000
00015625085i[CPU0 ] |  MSR_GS_BASE:0000000000000000
00015625085i[CPU0 ] | RIP=0000000000007ebb (0000000000007eb9)
00015625085i[CPU0 ] | CR0=0x60000011 CR2=0x0000000000000000
00015625085i[CPU0 ] | CR3=0x00000000 CR4=0x00000000
00015625085i[CPU0 ] 0x0000000000007eb9>> add byte ptr ds:[eax], al : 0000
00015625085i[CMOS ] Last time is 1459506108 (Fri Apr  1 12:21:48 2016)
00015625085i[     ] restoring default signal behavior
00015625085i[CTRL ] quit_sim called with exit code 1

这是我的引导程序：

use16
jmp start
    OEMLabel          db 'SYRACUSE'
    BytesPerSector    dw 512
    SectorsPerCluster db 1
    ReservedForBoot   dw 1
    NumberOfFats      db 2
    RootDirEntries    dw 224
    LogicalSectors    dw 2880
    MediumByte        db 0xf0
    SectorsPerFat     dw 9
    SectorsPerTrack   dw 18
    Heads             dw 2
    HiddenSectors     dd 0
    LargeSectors      dd 0
    DriveNo           dw 0
    Signature         db 41
    VolumeID          dd 0
    VolumeLabel       db 'Syracuse1.0'
    FileSystem        db 'FAT12   '
chs_lba:
    sub ax, 2
    xor cx, cx
    mov cl, byte [SectorsPerCluster]
    mul cx
    add ax, word [datasector]
    ret
lba_chs:
    xor dx, dx
    div word [SectorsPerTrack]
    inc dl
    mov byte [absoluteSector], dl
    xor dx, dx
    div word [Heads]
    mov byte [absoluteHead], dl
    mov byte [absoluteTrack], al
    ret
print:
    pusha
    mov ah, 0xe
.repeat:
    lodsb
    cmp al, 0
    je .done
    int 0x10
    jmp short .repeat
.done:
    popa
    ret
read_sectors:
    mov di, 5
.loop:
    pusha
    call lba_chs
    mov ah, 2
    mov al, 1
    mov ch, byte [absoluteTrack]
    mov cl, byte [absoluteSector]
    mov dh, byte [absoluteHead]
    mov dl, byte [DriveNo]
    int 0x13
    jnc .done
    xor ax, ax
    int 0x13
    dec di
    popa
    jnz .loop
    int 0x18
.done:
    popa
    inc ax
    add bx, word [BytesPerSector]
    loop read_sectors
    ret
start:
    cli
    mov ax, 0x07c0
    mov ds, ax
    mov es, ax
    mov fs, ax
    mov gs, ax
    mov ax, 0
    mov ss, ax
    mov sp, 0xffff
    sti
load_root:
    xor cx, cx
    xor dx, dx
    mov ax, 32
    mul word [RootDirEntries]
    div word [BytesPerSector]
    xchg ax, cx
    mov al, byte [NumberOfFats]
    mul word [SectorsPerFat]
    add ax, word [ReservedForBoot]
    mov word [datasector], ax
    add word [datasector], cx
    mov bx, 0x0200
    call read_sectors
    mov cx, word [RootDirEntries]
    mov di, 0x0200
.loop:
    push cx
    mov cx, 11
    mov si, kernel
    push di
    rep cmpsb
    pop di
    je load_fat
    pop cx
    add di, 32
    loop .loop
    jmp failure
load_fat:
    mov dx, word [di+0x001a]
    mov word [cluster], dx
    xor ax, ax
    mov al, byte [NumberOfFats]
    mul word [SectorsPerFat]
    mov cx, ax
    mov ax, word [ReservedForBoot]
    mov bx, 0x0200
    call read_sectors
    mov ax, 0x7e00
    mov es, ax
    mov bx, 0x0000
load_kernel:
    mov ax, word [cluster]
    call chs_lba
    xor cx, cx
    mov cl, byte [SectorsPerCluster]
    call read_sectors
    mov ax, word [cluster]
    mov cx, ax
    mov dx, ax
    shr dx, 1
    add cx, dx
    mov bx, 0x0200
    add bx, cx
    mov dx, word [bx]
    test ax, 1
    jnz .odd
.even:
    and dx, 0000111111111111b
    jmp .done
.odd:
    shr dx, 4
.done:
    mov word [cluster], dx
    cmp dx, 0x0ff0
    jb load_kernel
    pusha
    mov di, 0x7e00
    xor ax, ax
    mov cx, 512
    rep stosb

execute_kernel:
    ;push word 0x7e00
    ;push word 0x0000
    ;retf
    jmp 0x7e00:0x0000
failure:
    mov si, msg
    call print
    mov ah, 0
    int 0x16
    int 0x19
absoluteSector db 0
absoluteHead   db 0
absoluteTrack  db 0
datasector dw 0
cluster    dw 0
kernel db 'KERNEL  SYS'
msg    db 'MISSING KERNEL. Press any key to reboot...', 0xA, 0xD, 0
times 510-($-$$) db 0
dw 0xAA55

Answer 1

您知道实模式寻址使用16*segment+offset作为物理地址，对吧？您在0x7E00:0000加载代码，因此它是物理地址0x7E000（注意3个零）。但是内核需要地址0x7E00（注意2个零）。

您的代码有双重错误。首先，实际跳转到偏移量0，因此应该使用org 0（这是默认值）。其次，必须针对实模式段（即jmp dword 0x8:b32+0x7e000）调整物理地址。这将修复当前代码，但32位部分将再次使用错误的org。

你让自己的生活变得不必要的复杂。通常的最佳实践是将代码加载到第一个64k内的地址中，在那里您可以使用段0和16位偏移量，这些偏移量在实际和平面保护模式下都直接映射到物理内存。因此，我建议加载到0:0x8000。