Семинарска по микропроцесорска електроника

bootloader.asm

; Семинарска по предметот микропроцесорска електроника

BITS 16 ; Ќе работиме во реален мод, 16 битни регистри.

JMP short   POCETOK                     ; Скокни ги следните дефиниции, тие се потребни само за FAT12 filesystem-от
NOP                                     ; NOP пред FAT12 информациите

; Следат информации и дефиниции потребни за FAT12 filesystem-от
; Ова не е машински код, и треба да се прескокни
; Подесувањата подолу се однесуваат на 1.44 MB, 3.5" floppy дискета

NasaLabela          db "ME BOOT "       ; Лабела по која што може да го идентификуваме floppy дискот, мора да е 8 бајти
BytesPerSector      dw 512              ; Бајти во еден сектор
SectorsPerCluster   db 1                ; Сектори во еден кластер
ReservedForBoot     dw 1                ; Колку сектори има boot секцијата (каде што е овој код)
NumberOfFats        db 2                ; Број на FAT табели
RootDirEntries      dw 224              ; Бројот на максимални директории/фајлови во root директоријата
LogicalSectors      dw 2880             ; Бројот на сите сектори
MediumByte          db 0F0h             ; Дескриптор за медиумот
SectorsPerFat       dw 9                ; Сектори по FAT табела
SectorsPerTrack     dw 18               ; Сектори по лента
HeadsPerCylinder    dw 2                ; Број на глави
HiddenSectors       dd 0                ; Скриени сектори?
LargeSectors        dd 0                ; FAT32 информации, непотребно за FAT12
DriveNo             dw 0                ; Бројот на медиумот: 0
Signature           db 41               ; Потпис на медиумот: 41 за floppy
VolumeID            dd 00000000h        ; Volume ID: било кој *единствен* број
VolumeLabel         db "ME RULES   "    ; Volume Лабела: стриктно 11 карактери
FileSystem          db "FAT12   "       ; Filesystem тип: FAT12


;; Подесување на сегментните регистри
POCETOK:

    MOV AX, 07C0h                       ; Податочниот сегмент
    MOV DS, AX

    MOV AX, 09E0h                       ; Стек сегментот
    MOV SS, AX

    MOV SP, 4096                        ; На крајот од стек сегментот -> стекот расти надолу во меморија

    MOV EAX, 0                          ; Потребно за некои верзии на BIOS системи

    ;Подеси ES:BX да покажува кон нашиот бафер на крај од кодов => ES:BX = 07E0h:0000h
    ;MOV BX, 07E0h
    ;MOV ES, BX
    ;MOV BX, 00h

    MOV BX, DS
    MOV ES, BX
    MOV BX, BUFFER

    MOV SI, booting
    CALL PECATI_NIZA

;; Читање на root директоријата во BUFFER меморијата
CITAJ_ROOT:

    ; Калкулирај ги Cylinder-Head-Sector за логичкиот сектор 19 (ROOT Directory)
    MOV AX, 19
    CALL OD_LBA_VO_CHS

    MOV AH, 2                           ; Читање на сектори за INT 13h
    MOV AL, 14                          ; Колку сектори ќе читаме ?
    STC                                 ; Подеси го Carry за секој случај, INT 13h ќе го исчисте ако нема грешка
    
    PUSHA
    INT 13h                             ; Читај!
    POPA

    JNC OK_CITANJE                      ; Доколку CF != 1, продолжи, доколку не печати грешка и рестартирај


    MOV SI, disk_error
    CALL PECATI_NIZA
    JMP RESTARTIRAJ


OK_CITANJE:                             ; Читањето поминало добро, може да ја анализираме root директоријата

BARAJ_ROOT_DIR:
    ; Root директоријата се наоѓа во нашиот бафер, подеси ES:DI да покажува кон него
    MOV AX, DS
    MOV ES, AX
    MOV DI, BUFFER

    MOV CX, word [RootDirEntries]       ; Треба да ги бараме сите (16*14=224) записи за нашиот микрокернел
    MOV AX, 0                           ; Ќе почнеме да бараме од офсет 0 т.е. од нултиот запис

SLEDEN_ZAPIS:
    MOV DX, CX                          ; Зачувај го CX т.е. кој запис го бараме. CX ќе нѝ треба за REP CMPSB
    MOV CX, 11                          ; Големината на името на фајлот. Мора да е 11 бајти.

    MOV SI, microkernel                 ; Името на нашиот кернел.

    rep CMPSB                           ; Повторувај CMPSB сѐ додека CX не стани 0

    JE KERNELOT_E_PRONAJDEN             ; Доколку Zero флегот е подесен т.е. дека не постоело разлика помеѓу низите - ES:DI и DS:SI

    ADD AX, 32                          ; Ако не, зголеми го AX за еден запис (32 бајти) и продолжи

    MOV DI, BUFFER                      ; CMPSB го има *расипано* DI, го поправаме
    ADD DI, AX                          ; Следниот запис

    MOV CX, DX                          ; Го враќаме редниот број
    LOOP SLEDEN_ZAPIS                   ; Доколку CX != 0, скокни на SLEDEN_ZAPIS и повторно барај

    MOV SI, file_not_found              ; Доколку CX == 0, значи фајлот не е пронајден. Печати порака и рестартирај.
    CALL PECATI_NIZA
    JMP RESTARTIRAJ


KERNELOT_E_PRONAJDEN:

;; Штом знаеме дека го имаме кернел фајлот на флопи дискот, треба да почнеме да го читаме.
;; Прво треба да видиме каде се наоѓа неговиот прв кластер. Според табелата во написот,
;; првиот кластер се наоѓа на логички офсет од 26 бајти од почетокот на root записот.
;; Поради CMPSB во барањето на фајлот, којшто го направи DI да е зголемен за 11 бајти,
;; треба да додадеме само 15 бајти за да дојдиме до локацијата каде што е сместена вредноста
;; за првиот логички кластер од фајлот.

    MOV AX, word [ES:DI + 0Fh]          ; 11 + 15 = 26 бајти офсет
    MOV word [cluster], AX              ; Ја ставаме вредноста на кластерот во променливата cluster

    ; Припрема за читање на првата FAT табела во меморија

    ; Подеси го ES:BX да покажува кон BUFFER
    MOV BX, DS
    MOV ES, BX
    MOV BX, BUFFER

    ; Калкулирај ги CHS вредностите за првиот логички блог / кластер
    MOV AX, 1
    CALL OD_LBA_VO_CHS

    MOV AH, 2                           ; Читање на диск
    MOV AL, 9                           ; Ќе читаме 9 блокови т.е. целата FAT1 табела

    STC

    PUSHA
    INT 13h
    POPA

    JNC FAT_OK                          ; Доколку CF=0, значи ОК е читањето

    MOV SI, disk_error                  ; Доколку пак CF=1, печати грешка и рестартирај се!
    CALL PECATI_NIZA
    JMP RESTARTIRAJ

FAT_OK:                                 ; Успешно читање на FAT табелата.

CITAJ_CLUSTER:

    MOV AX, word [cluster]              ; Во [cluster] ја имаме вредноста на *логичкиот* кластер каде што се наоѓа податокот.
    ADD AX, 31                          ; Треба да додадеме 31 за да ја најдиме бројката на кластерот

    CALL OD_LBA_VO_CHS                  ; Пресметај CHS за [cluster] + 31

    ; Подеси го ES:BX за следното читање со INT 13h
    MOV AX, 1000h                       ; Локацијата на сегментот за микрокернелот!
    MOV ES, AX
    MOV BX, word [pointer]                   ; pointer кон 512 бајти блок од меморија во 1000h:0000h сегментот.

    MOV AH, 2
    MOV AL, 1

    STC

    PUSHA
    INT 13h                             ; Вчитај го првиот кластер од дискот, во првата мемориска локација.
    POPA

    JNC PRESMETAJ_SLEDEN_CLUSTER        ; Доколку читањето е успешно, одиме на следниот кластер

    MOV SI, disk_error                  ; Доколку не, печати порака и рестартирај
    CALL PECATI_NIZA
    JMP RESTARTIRAJ
    

PRESMETAJ_SLEDEN_CLUSTER:
;; Употребуваме мала аритметика за да пронајдеме кој кластер од фат табелата треба да го читаме. 
;; Формулата е : Cluster-Offset = (Cluster * 3) / 2
;; Резултатот од целобројното делење е бројот на бајтите за колку што напреднуваме во BUFFER,
;; а остатокот во DX нѝ кажува како ќе го исхендламе фактот што работиме со 12 битни броеви (парен или непарен кластер)

    MOV AX, [cluster]
    MOV DX, 0
    MOV BX, 3

    MUL BX                              ; 16 битно множење. BX се множи со AX и резултатот се става во DX:AX

    MOV BX, 2                           ; Сега ќе делиме со 2

    DIV BX                              ; Целосното делење се става во AX, а остатокот во DX

    MOV SI, BUFFER
    ADD SI, AX                          ; Офсетот во FAT табелата каде што треба да читаме.
    MOV AX, word [DS:SI]                ; Овде се наоѓа вредноста на следниот кластер во DATA секцијата на флопи дискот

    CMP DX, 01h                         ; Доколку DX = 0, работиме со парен кластер, ако пак DX = 1, работиме со непарен кластер

    JZ short PAREN

NEPAREN:                                ; Доколку е непарен кластерот, избриши ги најмалите 4 бита од AX. Тие припаѓаат на друг кластер
    SHR AX, 4
    JMP short PRODOLZI

PAREN:                                  ; Доколку е парен кластерот, избриши ги првите 4 бита на AX.
    AND AX, 0FFFh
    
PRODOLZI:

    MOV word [cluster], AX                   ; Сега ја знаеме локацијата на следниот кластер. Ја ставаме во AX

    CMP AX, 0FF8h                       ; Доколку AX == 0FF8h, сме дошле на крај од фајлот. Нашата работа е завршена.
    JAE FINISH
    

    ADD word [pointer], 512             ; Ако не сме завршиле, ги пополнуваме следните 512 бајти од меморијата за кернелот.
    JMP CITAJ_CLUSTER



FINISH:
    MOV SI, hello_master
    CALL PECATI_NIZA

    MOV DL, byte [bootdev]              ; Предади ја локацијата за бројот на драјвот каде што сме
    JMP 1000h:0000h                     ; Безусловен скок на локацијата на микрокернелот. Far jump.


;; Надолу следат процедури потребни за нашиот bootloader.
;; ! EDIT ON YOUR OWN RISK !

;; Процедура за претворање на логичкиот сектор во Cylinder-Head-Sector; Влез: AX=LBA, Излез: CH=Cylinder, DH=Head, CL=Sector
; за потребите на нижата процедура INT 13h
; Формули:
;
; Sector = (LBA % [SectorsPerTrack]) + 1
; Head = (LBA / [SectorsPerTrack]) % HeadsPerCylinder
; Cylinder = (LBA / [SectorsPerTrack]) / HeadsPerCylinder
OD_LBA_VO_CHS:
    
    PUSH BX                             ; BX ќе ни е помошна променлива

    MOV BX, AX

    ; Секторот
    MOV DX, 0                           ; Ќе делиме со 16 битен регистер, операцијата div бара DX:AX
    DIV word [SectorsPerTrack]          ; DIV го дели акумулаторот со [SectorsPerTrack]
    ADD DL, 01h
    MOV CL, DL                          ; CL = Секторот

    ; Главата и цилиндарот
    MOV AX, BX
    MOV DX, 0
    DIV word [SectorsPerTrack]
    MOV DX, 0                           ; Потребен ни е целосниот дел од LBA / [SectorsPerTrack], па затоа DX=0
    DIV word [HeadsPerCylinder]
    MOV DH, DL
    MOV CH, AL

    MOV DL, byte [bootdev]

    POP BX

    RET



;; Процедура за печатење на одредена низа од ASCII карактери на екран со помош на INT 10h
; Влез: Локацијата на првиот бајт од низата во SI
PECATI_NIZA:

    PUSHA                               ; За секој случај, втисни ги сите регистри на стекот
    CLD

.povtori:
    LODSB                               ; Од DS:SI земи го карактерот и смести го во акумулаторот (AL). Зголеми го SI за еден (читаме бајти)
    CMP AL, 0
    JE .kraj
    MOV AH, 0Eh                         ; За печатење на карактерот кој ќе се наоѓа во AL - ASCII ONLY!
    INT 10h
    JMP .povtori

.kraj:
    POPA                                ; Врати ги втиснатите регистри
    RET                                 ; Врати се во нормалниот тек


RESTARTIRAJ:
    MOV AX, 0
    INT 16h                             ; Чекај додека не се притисне копче

    MOV AX, 0
    INT 19h                             ; Рестарт



;; Променливи и константи
    booting         db  "Booting....", 0Ah, 0Dh, 0
    hello_master    db  "Hello Master, I'm ready to serve you.", 0Ah, 0Dh, 0

    microkernel     db  "KERNEL  IMG"   ; Името на микрокернелот, точно 11 карактери

    disk_error      db  "Greska na floppy diskot!", 0
    file_not_found  db  "Kernelot ne e pronajden!", 0

    bootdev         db  0               ; Бројот на boot уредот
    cluster         dw  0               ; Променлива за читање на кластерот од дискот
    pointer         dw  0               ; Покажувач кон локацијата на запис на микрокернелот


;; Крај на нашиот код. Следува bootloader потписот:

    times 510-($-$$) db 0   ; Пополни го останатио дел од 512-те бајти со 0-ли
    dw 0AA55h               ; Стандардерн потпис

; Од тука подолу следува 8K бафер простор за потребата на INT 13h - диск операции

BUFFER:

kernel.asm

;; Proof of Concept
;; Микрокернел кој што е сместен во мемориски простор 1000h:1000h
;;
;; 

    BITS 16                             ; Ќе работиме во     


    MOV AX, 1000h                       ; Подеси ги сите сегментни регистри да покажуваат кон 1000h:1000h
    MOV DS, AX
    MOV ES, AX          
    MOV FS, AX          
    MOV GS, AX

    ;; Прво ќе го исчистиме целиот екрај
    MOV AH, 00h
    MOV AL, 07h
    INT 10h

    MOV SI, hello_master
    CALL PECATI_NIZA

PECARI_RTC:
    
    CLC                                 ; Исчисти го Carry битот, потребно за INT 1Ah
    MOV AH, 02h                         ; Читај го системското време
    INT 1Ah

    ; Generiraj ASCII od BCD.
    ; CH - HOUR
    ; CL - MINUTES
    ; DH - SECONDS

    ; +48
    MOV DI, rtc

    MOV AL, CH
    SHR AL, 4
    ADD AL, 48
    MOV [DI], AL
    INC DI

    MOV AL, CH
    AND AL, 0Fh
    ADD AL, 48
    MOV [DI], AL
    INC DI
    INC DI

    MOV AL, CL
    SHR AL, 4
    ADD AL, 48
    MOV [DI], AL
    INC DI

    MOV AL, CL
    AND AL, 0Fh
    ADD AL, 48
    MOV [DI], AL
    INC DI
    INC DI


    MOV AL, DH
    SHR AL, 4
    ADD AL, 48
    MOV [DI], AL
    INC DI

    MOV AL, DH
    AND AL, 0Fh
    ADD AL, 48
    MOV [DI], AL
    INC DI
    INC DI


    MOV SI, rtc
    CALL PECATI_NIZA

    JMP RESTARTIRAJ






;; Процедура за печатење на одредена низа од ASCII карактери на екран со помош на INT 10h
; Влез: Локацијата на првиот бајт од низата во SI
PECATI_NIZA:

    PUSHA                               ; За секој случај, втисни ги сите регистри на стекот
    CLD

.povtori:
    LODSB                               ; Од DS:SI земи го карактерот и смести го во акумулаторот   (AL). Зголеми го SI за еден (читаме бајти)
    CMP AL, 0
    JE .kraj
    MOV AH, 0Eh                         ; За печатење на карактерот кој ќе се наоѓа во AL - ASCII   ONLY!
    INT 10h
    JMP .povtori

.kraj:
    POPA                                ; Врати ги втиснатите регистри
    RET                                 ; Врати се во нормалниот тек

RESTARTIRAJ:
    MOV AX, 0
    INT 16h                             ; Чекај додека не се притисне копче

    MOV AX, 0
    INT 19h                             ; Рестарт



;; ПРОМЕНЛИВИ :
hello_master    db  "Hello Master, I'm ready to serve you.", 0Ah, 0Dh, 0
rtc             db  "xx:xx:xx", 0Ah, 0Dh, 0