简易软盘镜像工具的实现及操作系统编写初步

简易软盘镜像工具的实现及操作系统编写初步

作者：liu_sir

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摘要

　　本文给出了软盘镜像生成工具的实现,并用其把自己编译生成的引导文件制作成软盘镜像,写入软盘实现一个简单操作系统的引导。
关键词 软盘镜像工具 操作系统引导。
　　为了深入的了解80X86计算机的内部原理，参照别人的程序用汇编写了几个小程序。但生成软盘镜像的工具大都是DOS版本的，于是就想自己用VC也实现一个，并用把自己的引导程序写入软盘上验证一下。

1、镜像工具的基本原理

镜像工具读取磁盘上的文件，然后安装一定的格式生成软盘镜像文件，最后把软盘镜像文以512字节扇区为单位，写入软盘上。

2、镜像工具的界面设计及功能介绍

图1 主界面

2.1 【功能1】生成软盘镜像文件
（1）要生成镜像文件，需要先选择源文件，然后点击【生成…】，如MyDiskImg.img,点击【保存】生成镜像文件。

图2 生成镜像文件

（2）然后插入一张软盘，点击写软盘，选择刚生成的镜像文件。点击【打开】，系统便开始把选择的镜像文件写入软盘中。

图3 把镜像文件写入软盘

（3）重新启动计算机，选择从软盘启动，看操作是否成功。

3、具体代码编写

3.1 生成软盘镜像代码

基本原理为对列表中的源文件依次读取,然后写入到一个img文件中,具体的代码请参考(省略了部分不关键代码):

//生成镜像文件函数

UINT FuncGenImageFile(LPVOID pDialog)

{

	//Begin 显示设置

	省略…

	//1.创建输出镜像文件

	byte* pBuf = NULL;

	DWORD count = 0,dwFileLength=0;

	CFile outfile;//镜像文件

	if(!outfile.Open(pCurDlg->m_ImgFileName,CFile::modeCreate | CFile::modeWrite))

	{

		错误提示…

			return -1;

	}

	//2.依次对输入文件读取,写入输出镜像文件

	for( int i = 0 ; i < pList->GetCount(); ++i )

	{

		CString sInFileName;

		pList->GetText(i,sInFileName);

		CFile infile;
		if(!infile.Open(sInFileName,CFile::modeRead))

		{

			错误提示…

				return -1;

		}

		dwFileLength = infile.GetLength();

		if(i==0)

		{

			if(dwFileLength>512)

			{

				sOut.Format(_T(“文件%S不是一个有效的引导区文件,请使用[功能3]裁减该文件!”),sInFileName);

				return -1;

			}

		}

		if(i==0)//对0扇区文件进行特殊处理

		{

			pBuf = new byte[BlOCKSIZE];

			::memset(pBuf,0,BlOCKSIZE);

			infile.Read(pBuf,dwFile Length);

			if(pBuf[510]!=0×55) pBuf[510]=0×55;

			if(pBuf[511]!=0xAA) pBuf[510]=0xAA;

			outfile.Write(pBuf,BlOCKSIZE);

			dwFileLength = BlOCKSIZE;

		}

		else

		{

			pBuf = new byte[dwFileLength];

			infile.Read(pBuf,dwFileLength);

			outfile.Write(pBuf, dwFileLength);

		}

		infile.Close()  ;
		delete[] pBuf;

		count +=  dwFileLength;

		pProgCtrl->SetPos((int)(count*100/FLOPYB YTESIZE));

    	}
#ifdef ADISKMODE

    //3.补充剩余的软盘字节为0

	DWORD dwRet = FLOPYBYTESIZE-count;

	pBuf = new byte[dwRet] ;

	memset(pBuf,0,dwRet);

	outfile.Write(pBuf,dwRet);

	del ete[] pBuf;

#endif

    outfile.Close() ;
	//end 显示设置

	省略…

		return 0;

}

3.2 写镜像文件到软盘代码
基本原理是读取生成的镜像文件,然后把其写入软盘启动器A中, 具体的代码请参考(省略了部分不关键代码):
//写镜像文件到软驱

UINT FuncWriteFlopy(LPVOID pDialog)

{

	//begin显示设置

	省略…

		int nTotalBlocks = 80*18*2;

	//1.打开A驱动器

	HANDLE    hFile =  CreateFile(_T(“\\\\.\\A:”),

		GENERIC_WRITE,

		FILE_SHARE_ WRITE,

		NULL,

		OPEN_EXISTING,

		0,

		NULL);

	if(hFile ==NULL)

	{

		sOut = _T(“不能打开驱动器A”);//…

		return -1;

	}
	PBYTE pBuffer = (PBYTE)malloc(BlOCKSIZE);

	if(pBuffer==NULL)

	{

		sOut = _T(“开辟内存空间失败!”);//…

		return -1;

	}

	memset(pBuffer,0,BlOCKSIZE);

	//2.打开镜像文件

	CFile fInFile;

	BOOL b = fInFile.Open(pCurDlg->m_ImgFileName, CFile::modeRead);

	if(!b)

	{

		sOut.Format(_T(“不能打开镜像文件%s!”),pCurDlg->m_ImgFileName);

		…

			return -1;

	}
	//3.分块写入镜像文件

	DWORD dwImgLen = fInFile.GetLength();

	for(int i=0;i<nTotalBlocks;i++)

	{

		DWORD dwLen=0;

		fInFile.Read(pBuffer, BlOCKSIZE);

		WriteFile(hFile, pBuffer, BlOCKSIZE, &dwLen, NULL);
#ifndef ADISKMODE

		if((DWORD)((i+1)*BlOCKSIZE)>=dwImgLen) break;//镜像文件写入完毕

#endif

		if(dwLen!=BlOCKSIZE)

		{

			sOut.Format(_T(“写入镜像文件%s失败,请检查软驱!”),pCurDlg->m_ImgFileName);

			//…

			return -1;
		}

		pProgCtrl->SetPos((int)(i*100/nTotalBlocks));

	}
	//4.关闭文件

	fInFile.Close();

	CloseHandle(hFile);

	free(pBuffer);
	//end 显示设置

	pProgCtrl->SetPos(100);

	sOut.Format(_T(“镜像文件%s写入软驱成功!”),pCurDlg->m_ImgFileName);

	//…

	return 0;

}

4、操作系统编写

4.1 PC机启动基本原理

(1) 开启电源后, 机器就会开始执行ROM BIOS的一系列系统测试动作，包括检查RAM，keyboard，显示器，软硬磁盘等等。
(2)执行完BIOS的系统测试之后，紧接着控制权会转移给ROM中的启动程序(ROM bootstrap routine)；这个程序会将磁盘上的第0轨第0扇区（叫boot sector或MBR ，系统的引导程序就放在此处）读入内存中，并放到自0x07C0:0×0000开始的512个字节处；然后处理机将跳到此处开始执行这一引导程序；也即装入MBR中的引导程序后， CS:IP = 0x07C0:0×0000 。
注意: 如果这个扇区的最后两个字节是”55 AA”，那么这就是一个引导扇区。如果最后两个字节不是”55 AA”，那么BIOS 就检查下一个磁盘驱动器。

4.2 基本编译工具选择

NASM:编写系统级汇编代码的绝好的工具,而且分别支持Windows和Linux系统。本来原来用TASM编译的，可发现在编写的读取硬盘扇区的汇编代码裁剪去512字节的DOS头后居然不能还运行，郁闷了好多天，都没有解决，而用NASM编译出来可以的，所以决定改用NASM。

4.3 引导代码编写

文件boot.asm，具体代码及注释

 org 07c00h   ; 程序会被加载到7c00处，所以需要这一句

 mov ax, cs

 mov ds, ax

 mov es, ax

 Call DispStr   ; 调用显示字符串例程

 jmp $   ; 无限循环

DispStr:

 mov ax, BootMessage

 mov bp, ax   ; ES:BP = 串地址

 mov cx, 16   ; CX = 串长度

 mov ax, 01301h  ; AH = 13h,  AL = 01h

 mov bx, 000ch  ; 页号为0(BH = 0) 黑底红字(BL = 0Ch,高亮)

 mov dl, 0

 int 10h   ; int 10h

 ret

BootMessage:   db    ” Hello, OS world!”

 times 510-($-$$) db   0 ;填充剩下的空间，使生成的二进制代码恰好为512字节

 dw  0aa55h   ; 引导扇区需要以55AA结束

4.4 用NASM编译

nasm boot.asm -o boot.bin

4.5 写入镜像文件及运行

按照2.1节所示的步骤把boot.Bin生成镜像文件,然后再写入软盘。下图是我再VMWare下的运行结果：

图4 系统运行显示

4.6 系统的其它功能实现

读取硬盘扇区，BIOS中断向量替换,实现文件系统，实虚模式转换及磁盘文件加载由于自己水平有限,不能详细介绍,网上有许多高手已经实现得很好了。如果感兴趣，可以参考相应的网址。详细请见：http://www.oldlinux.org

结语

　　本文中的部分代码来自网上及林永君老师的课件，在此表示感谢。当然，单纯做一个操作系统来说，其现实的意义已不是太大。但对于更好的了解PC机的运行机制及操作系统的中断向量，系统调动及实模式及虚模式还是有很大的意义的。另外，也可以为Linux或者Windows下的驱动及系统开发打下一个良好的基础。