(4)打造简单OS-loader硬盘加载和C++写入文件

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0.简要说明：

我们完全可以使用bochs创建映像文件，如https://blog.csdn.net/jadeshu/article/details/89046838 ，那么为什么还去用C++去模拟文件呢，主要更深刻的理解和自己动手，比直接创建的文件映像更深刻，了解的内容也更多！！！

当然如果想省事的话，您也可以直接用bochs直接创建映射软盘和硬盘文件，然后用dd ld 等命令把MBR Loader直接写入到该映射文件中对应的扇区中即可！！！

如下：

将mbr.bin文件写入虚拟磁盘boot.img,写入到第一个扇区中。 dd if=mbr.bin of=boot.img bs=512 count=1 conv=notrunc CHS方式扇区从1开始索引，LBA方式扇区从0开始索引第一扇区 0~512字节第二扇区 512~1024字节第三扇区 1024~1536字节将loader.bin文件写入虚拟磁盘boot.img，写入偏移2个扇区(即第三个扇区)，count写入4块大小文件即512*2 = 1024 dd if=loader.bin of=boot.img bs=512 count=4 seek=2 conv=notrunc

建议初学者还是按照提供的内容进行学习！直接模拟硬盘!跟着一步一步做，不容易出错！

1.loader硬盘加载(文本模式)

后面会讲到，单独一节做个小实验，用图形模式去显示图形，我们还是先来看下下面的代码

图形模式小实验入口:https://blog.csdn.net/jadeshu/article/details/103092821

mbr.s

;主引导程序 ;------------------------------------------------------------SECTION MBR vstart=0x7c00 mov ax,cs mov ds,ax mov es,ax mov ss,ax mov fs,ax mov sp,0x7c00 mov ax,0xb800 mov gs,ax; 清屏 ;利用0x06号功能，上卷全部行，则可清屏。 ; ----------------------------------------------------------- ;INT 0x10 功能号:0x06 功能描述:上卷窗口 ;------------------------------------------------------ ;输入： ;AH 功能号= 0x06 ;AL = 上卷的行数(如果为0,表示全部) ;BH = 上卷行属性 ;(CL,CH) = 窗口左上角的(X,Y)位置 ;(DL,DH) = 窗口右下角的(X,Y)位置 ;无返回值： mov ax, 0600h mov bx, 0700h mov cx, 0 ; 左上角: (0, 0) mov dx, 184fh ; 右下角: (80,25), ; 因为VGA文本模式中，一行只能容纳80个字符,共25行。 ; 下标从0开始，所以0x18=24,0x4f=79 int 10h ; int 10h mov eax, 0x2 ; 起始扇区lba地址，从间隔第二个扇区开始 mov bx, 0x900 ; 写入的地址 mov cx, 1; 待读入的扇区数,读取1个扇区内容 call rd_disk_m_16; 以下读取程序的起始部分（一个扇区） jmp 0x900;------------------------------------------------------------------------------- ;功能:读取硬盘n个扇区 rd_disk_m_16: ;------------------------------------------------------------------------------- ; eax=LBA扇区号 ; ebx=将数据写入的内存地址 ; ecx=读入的扇区数 mov esi,eax ;备份eax mov di,cx ;备份cx ;读写硬盘: ;第1步：设置要读取的扇区数 mov dx,0x1f2 mov al,cl out dx,al ;读取的扇区数 mov eax,esi ;恢复ax;第2步：将LBA地址存入0x1f3 ~ 0x1f6 ;LBA地址7~0位写入端口0x1f3 mov dx,0x1f3 out dx,al ;LBA地址15~8位写入端口0x1f4 mov cl,8 shr eax,cl mov dx,0x1f4 out dx,al ;LBA地址23~16位写入端口0x1f5 shr eax,cl mov dx,0x1f5 out dx,al shr eax,cl and al,0x0f ;lba第24~27位 or al,0xe0 ; 设置7～4位为1110,表示lba模式 mov dx,0x1f6 out dx,al;第3步：向0x1f7端口写入读命令，0x20 mov dx,0x1f7 mov al,0x20 out dx,al;第4步：检测硬盘状态 .not_ready: ;同一端口，写时表示写入命令字，读时表示读入硬盘状态 nop in al,dx and al,0x88 ;第4位为1表示硬盘控制器已准备好数据传输，第7位为1表示硬盘忙 cmp al,0x08 jnz .not_ready ;若未准备好，继续等。;第5步：从0x1f0端口读数据 mov ax, di mov dx, 256 mul dx mov cx, ax ; di为要读取的扇区数，一个扇区有512字节，每次读入一个字， ; 共需di*512/2次，所以di*256 mov dx, 0x1f0 .go_on_read: in ax,dx mov [bx],ax add bx,2 loop .go_on_read ret ; times 510-($-$$) db 0 ; db 0x55,0xaa

其中代码大概意思是：

(1)首先初始化各个段寄存器

(2)清屏，设置为文本模式

(3)读取偏移第二个扇区(也就是后面C++写入文件偏移的2*512=1024位置)的512字节内容加载到0X900地址处，

(4)最后(jmp 0X900)让直接调转到0X900地址处执行

上面汇编代码应用到了LBA逻辑块知识，需要学习的进入https://blog.csdn.net/jadeshu/article/details/89072512

loader.s

section loader vstart=0x900; 输出背景色绿色，前景色红色，并且跳动的字符串"Jade OS" mov byte [gs:0x00],'J' mov byte [gs:0x01],0xA4 ; A表示绿色背景闪烁，4表示前景色为红色mov byte [gs:0x02],'a' mov byte [gs:0x03],0xA4mov byte [gs:0x04],'d' mov byte [gs:0x05],0xA4 mov byte [gs:0x06],'e' mov byte [gs:0x07],0xA4mov byte [gs:0x08],' ' mov byte [gs:0x09],0xA4mov byte [gs:0x0a],'O' mov byte [gs:0x0b],0xA4mov byte [gs:0x0c],'S' mov byte [gs:0x0d],0xA4jmp $ ; 通过死循环使程序悬停在此

程序说明图：

（1）是将硬盘中的MBR加载到内存0X7C00开始的位置，由BIOS完成

（2）mbr.s中将loader加载到内存0X900开始的位置

执行流程 BIOS[CS:IP 0XFFF0：FFF0]--》CS:IP[0：0X7C00]----(MBR将loader加载到0X900)--->CS:IP[0:0X900]---(loader中)

其中代码大概意思是：

起始地址为0x900，上面mbr.s汇编代码指定了文本模式显示，并指定的gs为0XB800，而0XB8000~0XB8FFF地址是在实模式下用于文本模式显示适配器，可以看下面实模式下的内存布局图!

往这段内存处赋值，即可显示相关的字符！

最后进行汇编编译

nasm mbr.S -o mbr 编译产生mbr文件

nasm loader.S -o loader 编译产生loader文件

2.C++写入文件并创建

HardDisk.h

#ifndef __HARDDISK_H__ #define __HARDDISK_H__#define SECTOR_SIZE 512// 1个扇区占字节大小 #define CYLINDER_COUNT 121// 柱面 #define SECTORS_COUNT 63// 1个柱面的扇区数 #include <string>// 用数组存储 class CHardDisk { public: CHardDisk(); ~CHardDisk();// 设置硬盘盘面、柱面、扇区 void setMagneticHead(unsigned int head) { this->head = head; } void setCylinder(int cylinder) { this->current_cylinder = cylinder; } void setSector(int sector) { this->current_sector = sector; }// 获取扇区数据 char* getDiskBuffer(unsigned int head, int cylinder_num, int sector_num); // 将buf数据写入指定扇区 void setDiskBuffer(unsigned int head, int cylinder_num, int sector_num, char* buf); // 制作映像文件 void makeVirtualDisk(const char* name = "system.img");void writeFileToDisk(const char* fileName, bool bootable, int cylinder, int beginSec);private: unsigned int head = 0;// 默认盘面 int current_cylinder = 0;// 当前磁道号 int current_sector = 0;// 当前扇区号 char* disk0[CYLINDER_COUNT][SECTORS_COUNT]; char* disk1[CYLINDER_COUNT][SECTORS_COUNT]; };#endif

HardDisk.cpp

#include "HardDisk.h"CHardDisk::CHardDisk() { char* buf = nullptr; // 初始化硬盘,在分配和初始化内存中的数据 for (int i = 0; i < CYLINDER_COUNT; i++) { for (int j = 0; j < SECTORS_COUNT; j++) { buf = new char[SECTOR_SIZE];// 效率低,初学者好理解 memset(buf, 0, SECTOR_SIZE); // **可以直接就申请一个大内存** this->disk0[i][j] = buf; buf = new char[SECTOR_SIZE]; memset(buf, 0, SECTOR_SIZE); this->disk1[i][j] = buf; } } }CHardDisk::~CHardDisk() { // 释放分配的内存 for (int i = 0; i < CYLINDER_COUNT; i++) { for (int j = 0; j < SECTORS_COUNT; j++) { delete[] this->disk0[i][j]; delete[] this->disk1[i][j]; } } }char* CHardDisk::getDiskBuffer(unsigned int head, int cylinder_num, int sector_num) { this->setMagneticHead(head); this->setCylinder(cylinder_num); this->setSector(sector_num);if (head == 0) { return this->disk0[cylinder_num][sector_num]; } else if(head == 1) { return this->disk1[cylinder_num][sector_num]; }return nullptr; }void CHardDisk::setDiskBuffer(unsigned int head, int cylinder_num, int sector_num, char* buf) { char* bufTmp = getDiskBuffer(head, cylinder_num, sector_num); //memcpy_s(bufTmp, SECTOR_SIZE, buf, SECTOR_SIZE); memcpy(bufTmp, buf, SECTOR_SIZE); printf("已经写入到(磁头:%d - 柱面:%d - 扇区:%d)\n", head, cylinder_num, sector_num); }void CHardDisk::makeVirtualDisk(const char* name) { printf("准备开始打包......\r\n"); FILE* file = nullptr; fopen_s(&file, name, "wb"); for (int cylinder = 0; cylinder < CYLINDER_COUNT; cylinder++) { // 读完0面就读同一位置的1面数据 for (int head = 0; head <= 1; head++) { for (int sector = 0; sector < SECTORS_COUNT; sector++) { char* buf = getDiskBuffer(head, cylinder, sector); // 将软件模拟的磁盘内容写入指定文件内 fwrite(buf, 1, SECTOR_SIZE, file); } } }fclose(file); printf("打包成功\r\n"); }void CHardDisk::writeFileToDisk(const char* fileName, bool bootable, int cylinder, int beginSec) { FILE* file = nullptr; fopen_s(&file, fileName, "rb"); if (!file) { printf("读取文件不存在\r\n"); return; } char* buf = new char[512]; memset(buf, 0, 512); if (bootable) { buf[510] = (char)0x55; buf[511] = (char)0xaa; }//求得文件的大小 fseek(file, 0, SEEK_END); int size = ftell(file); rewind(file);if (size > SECTOR_SIZE) { int count_test = 0; // 文件数据大于512字节，另作处理 while (!feof(file)) { fread(buf, 1, SECTOR_SIZE, file); setDiskBuffer(this->head, cylinder, beginSec, buf); memset(buf, 0, SECTOR_SIZE); beginSec++; if (beginSec >= SECTORS_COUNT) { beginSec = 0; count_test++; if (count_test % 2 == 0) { cylinder++; } this->head == 0 ? this->head = 1 : this->head = 0; } }} else { fread(buf, 1, size, file); setDiskBuffer(0, cylinder, beginSec, buf); }fclose(file); file = nullptr; }

main.cpp

#include "HardDisk.h"int main() { CHardDisk disk;printf("==========mbr=========\n"); disk.writeFileToDisk("mbr", true, 0, 0);//0-512// 将loader二进制文件写入0柱面偏移2扇区 printf("==========loader=========\n"); disk.writeFileToDisk("loader", false, 0, 2); // 1024-disk.makeVirtualDisk("boot.img");system("pause"); return 0; }

编译结果如下：(我这里把loader文件做的大一点，是为了演示写入具体的过程！！如果仅编译上面的loader汇编代码不会有这么多文件写入),因机械磁盘效率问题，我们都是写入同一个柱面，这里有2个磁头，所以写完磁头0柱面0，然后直接写磁头1柱面0.。。随后磁头0柱面1,磁头1柱面1.。。随后磁头0柱面2 磁头1柱面2.。。。这样继续存储，读去也是，这样磁头不用倒来倒去，提高效率!