8086-2-搭建直接通过CPU执行汇编语言的环境

不再晃晃悠悠 發表於 2021-12-15 22:40:00

8086-2-搭建直接通过CPU执行汇编语言的环境

<h1 class="md-end-block md-heading md-focus">搭建直接通过CPU执行汇编语言环境</h1>
 我们通过编译写好的汇编语言代码可以生成.bin的机器语言二进制代码。但是这个.bin程序我们该如何运行呢？
 这里其实有两个办法：
 1： 将其作为一个Windows/linux也就是操作系统的可执行程序来运行，这个nasm是可以做到的，很多工具也可以做到，把一个汇编程序编译链接成一个.exe来处理。
 2： 直接通过CPU来使用。因为.bin文件是机器码，肯定是可以直接让CPU来使用的。操作系统也是一个需要在处理器上运行的软件，只不过比起一般的程序而言，体积更为庞大，功能更为复杂而已。如果我们能绕过它，或者代替它，让计算机一开机的时候直接执行我们自己的程序，岂不更简单？而且很酷，不用操作系统，自己直接操作CPU。
 采用第一种比较简单，这里就不详述了。
<h2 class="md-end-block md-heading">搭建环境原理：</h2>
 前面我们讲述了8086的启动操作：
计算机的启动过程(8086) - Sna1lGo - 博客园 (cnblogs.com)
 
 在bios调用完之后cs:ip会变成物理地址0x07C00来加载主引导扇区的代码，我们可以直接通过硬盘启动，然后把硬盘的主引导扇区的代码变成我们自己的代码。这多帅，直接操作CPU，避开操作系统。
 但是我们还需要有调试功能才行，因为如果不能调试，那么CPU就直接顺着代码走就完了，我们啥也看不到，所以我们需要一个带有调试功能的虚拟机。正好有一个非常适合我们，叫做 bochs：bochs: The Open Source IA-32 Emulation Project (Home Page) (sourceforge.io)
 
<h2 class="md-end-block md-heading">预备知识</h2>
<h3 class="md-end-block md-heading">虚拟硬盘简介：</h3>
 我们把我们的代码写到硬盘里，然后虚拟机读取我们的硬盘就行了。但是由于我们得往硬盘里写东西，所以需要提前了解一下硬盘。
 虚拟硬盘并不是真实的硬盘，而是用文件来模拟生成的一个硬盘。
 虚拟硬盘有很多这里介绍三个：
<table class="md-table">
<thead>
<tr class="md-end-block"><th>VMDK</th><th>VMWare虚拟机</th></tr>
</thead>
<tbody>
<tr class="md-end-block">
<td>VDI</td>
<td>VirtualBox虚拟机</td>
</tr>
<tr class="md-end-block">
<td>VHD</td>
<td>Virtual-PC/Hyper-V虚拟机</td>
</tr>
</tbody>
</table>
 其中VHD比较简单，所以这里我们就采用VHD虚拟硬盘。
 VHD也可以分为固定尺寸和动态尺寸，其中固定尺寸更简单，所以采用VHD的固定尺寸硬盘。
 在VHD 规范里，每个扇区是512 字节。VHD文件一开始的512 字节，就对应着物理硬盘的0 面0 道1 扇区。然后，VHD 文件的第二个512 字节，对应着0 面0 道2 扇区，后面的以此类推。再往后，因为硬盘的访问是按柱面进行的，所以，下一个数据块对应的是1 面0 道1 扇区，就这样一直往后排列，当把第一个柱面全部对应完后，再从第二个柱面开始对应。磁盘转圈比移动快，所以最后才移动磁道。
 固定尺寸的VHD 虚拟硬盘是一个具有“.vhd”扩展名的文件，它仅包括两个部分，前面是数据区，用来模拟实际的硬盘空间，最后面跟着一个512 字节的结尾
 文件尾的内容是以一个字符串“conectix”开始的。这个标志用来告诉试图打开它的虚拟机，这的确是一个合法的VHD 文件。该标志称为VHD 创建者标识，就是说，该公司（conectix）创建了VHD 文件格式的最初标准:
<img src="https://img2020.cnblogs.com/blog/1940490/202112/1940490-20211215223454212-850785999.png">
 
 
从这个标志字符串开始，后面的数据包含了诸如文件的创建日期、VHD 的版本、创建该文件的应用程序名称和版本、创建该文件的应用程序所属的操作系统、该虚拟硬盘的参数（磁头数、每面磁道数、每磁道扇区数）、VHD 类型（固定尺寸还是动态增长）、虚拟硬盘容量等。
<h3 class="md-end-block md-heading">磁盘的访问逻辑：</h3>
 传统的访问模式就是：CHS，通过柱面磁道磁头，也就是前面的0 面0 道1 扇区这种类似的格式，但是这个不太方便。
<img src="https://img2020.cnblogs.com/blog/1940490/202112/1940490-20211215223502011-8873537.png">
 
 
然后就有了LBA（Logical Block Address)就是把所有的扇区进行一个逻辑编号，从0开始到最后一个扇区进行编号，然后单位为块（block）其实就是扇区，只不过扇区看着确实是一块一块的：
<img src="https://img2020.cnblogs.com/blog/1940490/202112/1940490-20211215223514706-638724481.png">
 
 
 LBA和CHS的对应方式：
<img src="https://img2020.cnblogs.com/blog/1940490/202112/1940490-20211215223523435-1399128901.png">
 
 
存储容量＝磁头数 × 磁道(柱面)数 × 每道扇区数 × 每扇区字节数
 移动方式稍微不一样点，先移动扇区再磁头最后再更改柱面。因为更改柱面磁头需要移动。 也就是以柱面为单位来读取的意思。
 LBA = 磁道*磁头 *每个磁道的扇区数+ 磁头 * 每个磁道的扇区数 + 扇区位置-1
 比如这里的： 1面0道2扇区 == 0* 2*17 + 1 *17 +2 -1 ==18
 0面1道2扇区 == 1*2 *17 +2 -1 == 35
 
<h2 class="md-end-block md-heading">需要工具：</h2>
 安装bochs：（在这里选择自己的需要的版本）
Bochs x86 PC emulator - Browse /bochs/2.7 at SourceForge.net
 安装 VirtualBox:
Downloads – Oracle VM VirtualBox
 下载李忠老师的软件包：
http://www.lizhongc.com/myfiles/download.php?id=201
 下载二进制查看软件：
Download HexView 2.0 (softpedia.com)
 
<h2 class="md-end-block md-heading">搭建环境</h2>
 创建一个固定尺寸的VHD虚拟硬盘，然后将其安装到Bochs虚拟机上。
 第一步创建一个虚拟硬盘：
<h3 class="md-end-block md-heading">创建虚拟硬盘：</h3>
 1：打开Virtual Box，单击管理—>虚拟介质管理器，就会得到这个界面：
<img src="https://img2020.cnblogs.com/blog/1940490/202112/1940490-20211215223535382-1893722133.png">
 
 
2：点击创建，选择VHD虚拟硬盘：
<img src="https://img2020.cnblogs.com/blog/1940490/202112/1940490-20211215223542808-596386825.png">
 
 
3：选择固定大小：
<img src="https://img2020.cnblogs.com/blog/1940490/202112/1940490-20211215223552206-1807506858.png">
 
 
4：自己选择硬盘位置和大小（我这里拿来学习所以不需要太大）
<img src="https://img2020.cnblogs.com/blog/1940490/202112/1940490-20211215223601884-892956540.png">
 
 
5：查看结果
<img src="https://img2020.cnblogs.com/blog/1940490/202112/1940490-20211215223609936-1447007060.png">
 

 
配置bochs环境
 1：选中配置：
<img src="https://img2020.cnblogs.com/blog/1940490/202112/1940490-20211215223624354-33932177.png">
 
 
2：关闭软盘：（软盘基本上绝迹了）
<img src="https://img2020.cnblogs.com/blog/1940490/202112/1940490-20211215223634910-696372556.png">
 
 
3：选中ATA channel0:(这个就默认值不改就好)
<img src="https://img2020.cnblogs.com/blog/1940490/202112/1940490-20211215223644272-562439063.png">
 
 
4：选中ATA channel0的子目录 First HD/CD on channel0
 然后修改，其中Path开头那个是前面创建的虚拟硬盘。
<img src="https://img2020.cnblogs.com/blog/1940490/202112/1940490-20211215223653646-114800071.png">
 
 
然后剩下的信息需要查看虚拟磁盘的信息才可以，这里要用到前面李忠老师的资源包里的一个软件：
 叫做fixvhdwr.exe，用它来打开我们前面创建的虚拟硬盘
<img src="https://img2020.cnblogs.com/blog/1940490/202112/1940490-20211215223705833-1611108030.png">
 
 
然后根据里面的信息来填充到前面：
<img src="https://img2020.cnblogs.com/blog/1940490/202112/1940490-20211215223714920-893318158.png">
 
 
<img src="https://img2020.cnblogs.com/blog/1940490/202112/1940490-20211215223723957-1881562238.png">
 
 
Cylinders为柱面，Heads为磁头，Sectors per track为每个磁道有多少扇区。
 5：修改计算机的启动顺序：
 改成第一个用磁盘，第二个用光盘。
<img src="https://img2020.cnblogs.com/blog/1940490/202112/1940490-20211215223731634-1949739311.png">
 
 
 
<h2 class="md-end-block md-heading">编写程序放到主引导扇区，让计算机在启动后执行：</h2>
<h3 class="md-end-block md-heading">编译程序：</h3>
 首先先采用汇编语言来简单编写一个程序：
<pre class="md-fences md-end-block ty-contain-cm modeLoaded">mov ax,0x30 mov dx,0xc0 add ax,dx</pre>
 然后将其编译成.bin二进制文件：
<img src="https://img2020.cnblogs.com/blog/1940490/202112/1940490-20211215223740015-1938101450.png">
 
 
不知道这一步怎么处理的可以查看我的一篇博客：
搭建一键化编译汇编语言的环境 - Sna1lGo - 博客园 (cnblogs.com)
 
 然后采用前面下载的二进制查看文件HexView来打开我们的.bin文件：
<img src="https://img2020.cnblogs.com/blog/1940490/202112/1940490-20211215223748124-1978274519.png">
 
 
可以看到我们这个只有8个字节的内容，但是扇区是以512个字节为单位的，所以我们必须填充成512个字节才行。而且主引导扇区的结尾必须是16进制的55和AA不然就是无效的。
 所以我们还得修改一下汇编代码：
<pre class="md-fences md-end-block ty-contain-cm modeLoaded">mov ax,0x30 mov dx,0xc0 add ax,dx times 502 db 0x0 db 0x55 db 0xAA</pre>
 这里的times 502 db 0x0 相当于填充了502个字节的内容且为0。
 然后最后结尾为0x55和0xAA。
 来查看一下编译后的结果：
<img src="https://img2020.cnblogs.com/blog/1940490/202112/1940490-20211215223756264-441478345.png">
 
 
一共是512个字节(0x200)，且结尾为0x55和0xAA。
<h3 class="md-end-block md-heading">将程序写入到虚拟硬盘：</h3>
 这里需要用到李忠老师提供的软件包的一个软件：fixvhdwr.exe
 这个只能写入固定硬盘的内容：
<img src="https://img2020.cnblogs.com/blog/1940490/202112/1940490-20211215223812477-379971201.png">
 
 
选中我们刚刚的编译好的二进制.bin文件。
 然后选择LBA，前面我们了解了LBA的知识所以第一个扇区0面0道1扇区就等于 LBA的0，这里就选0然后选择写入就好了：
<img src="https://img2020.cnblogs.com/blog/1940490/202112/1940490-20211215223820821-2121554665.png">
 
 
然后采用二进制查看工具，查看我们写入了的VHD磁盘是否成功：
<img src="https://img2020.cnblogs.com/blog/1940490/202112/1940490-20211215223830709-1288933910.png">
 
 
前0x200个字节完全对应，所以是成功了。 
来源：https://www.cnblogs.com/Sna1lGo/p/15695712.html

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