bochs下启动自己的MBR

Bochs

Bochs是一个x86硬件平台的开源模拟器。你可以当它是一台虚拟的x86的计算机。

本文环境:

  • OS: Ubuntu 20.04.4 LTS
  • Bochs: 2.6.9

安装Bochs

这个网上教程很多了,先去下载,然后configure:

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./configure \
--prefix=/your_path/bochs \
--enable-debugger\
--enable-disasm \
--enable-iodebug \
--enable-x86-debugger \
--with-x \
--with-x11

这里会出点问题,一般是缺少库了:

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sudo apt-get install libx11-dev ................. for X11/Xlib.h
sudo apt-get install mesa-common-dev........ for GL/glx.h
sudo apt-get install libglu1-mesa-dev ..... for GL/glu.h
sudo apt-get install libxrandr-dev ........... for X11/extensions/Xrandr.h
sudo apt-get install libxi-dev ................... for X11/extensions/XInput.h

configure通过就可以编译安装了:

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make
sudo make install

配置

当我们在终端输入bochs后,
Bochs会自己在当前目录顺序寻找以下文件作为默认配置文件:
.bochsrc
bochsrc
bochsrc.txt
bochsrc.bxrc(仅对Windows有效)
我们可以自己创建一个名为.bochsrc的文件,来指定Bochs配置我们想要的虚拟机。

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[~/bochs_fun]$ cat bochsrc

#################################################################
# Bochs的配置文件
# Configuration file for Bochs
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# how much memory the emulated machine will have
megs: 32

# filenameof ROM images
romimage:file=/usr/local/share/bochs/BIOS-bochs-latest
vgaromimage:file=/usr/local/share/bochs/VGABIOS-lgpl-latest

# which disk image will be used 这个是启动软盘
floppya:1_44=a.img, status=inserted

# choose the boot disk 确定启动方式
#boot: floppy
boot: disk

# where do we send log messages?
log: bochsout.txt

# disable the mouse
mouse: enabled=0

# enable key mapping ,using US layout as default
keyboard:keymap=/usr/local/share/bochs/keymaps/x11-pc-us.map

# 硬盘设置
ata0: enabled=1, ioaddr1=0x1f0, ioaddr2=0x3f0, irq=14

测试开机

c继续运行,弹出新的窗口。

MBR

MBR:Master Boot Record,主分区引导记录,它是整个硬盘最开始的扇区,即0柱面0磁头1扇区(CHS表示方法,如果是LBA的话,那就是0扇区)。

扇区是什么?那就涉及到硬盘基本知识了,对于机械硬盘,有以下概念:

  • 盘片(platter)
  • 磁头(head)
  • 磁道(track)
  • 扇区(sector)
  • 柱面(cylinder)

盘片 片面 和 磁头(Head)

硬盘中一般会有多个盘片组成,每个盘片包含两个面,每个盘面都对应地有一个读/写磁头。受到硬盘整体体积和生产成本的限制,盘片数量都受到限制,一般都在5片以内。盘片的编号自下向上从0开始,如最下边的盘片有0面和1面,再上一个盘片就编号为2面和3面。

upload successful

扇区(Sector)和 磁道(Track)

下图显示的是一个盘面,盘面中一圈圈灰色同心圆为一条条磁道,从圆心向外画直线,可以将磁道划分为若干个弧段,每个磁道上一个弧段被称之为一个扇区(图践绿色部分)。扇区是磁盘的最小组成单元,通常是512字节。(由于不断提高磁盘的大小,部分厂商设定每个扇区的大小是4096字节)

upload successful

磁头(Head)和 柱面(Cylinder)
硬盘通常由重叠的一组盘片构成,每个盘面都被划分为数目相等的磁道,并从外缘的“0”开始编号,具有相同编号的磁道形成一个圆柱,称之为磁盘的柱面。磁盘的柱面数与一个盘面上的磁道数是相等的。由于每个盘面都有自己的磁头,因此,盘面数等于总的磁头数。 如下图

upload successful 图3

所谓CHS即柱面(cylinder),磁头(header),扇区(sector),通过这三个变量描述磁盘地址(先定位柱面,然后选定磁头,然后确定扇区),需要明白的是,这里表示的已不是物理地址而是逻辑地址了。这种方法也称作是LARGE寻址方式。该方法下:

硬盘容量=磁头数×柱面数×扇区数×扇区大小(一般为512byte)。

后来,人们通过为每个扇区分配逻辑地址,以扇区为单位进行寻址,也就有了LBA寻址方式。但是为了保持与CHS模式的兼容,通过逻辑变换算法,可以转换为磁头/柱面/扇区三种参数来表示,和 LARGE寻址模式一样,这里的地址也是逻辑地址了。(固态硬盘的存储原理虽然与机械硬盘不同,采用的是flash存储,但仍然使用LBA进行管理,此处不再详述。)

好了,再回来说MBR,MBR(Master Boot Record)是传统的分区机制,应用于绝大多数使用BIOS引导的PC设备(苹果使用EFI的方式),很多Server服务器即支持BIOS也支持EFI的引导方式。它的结构如下:
MBR结构:占用硬盘最开头的512字节

 * 前446字节为:引导代码(Bootstrap Code Area)(引导不同的操作系统;不同操作系统,引导代码是不一样的)  

  • 接下来的为4个16字节:分别对应4个主分区表信息(Primary Partition Table)
  • 最后2个字节:为启动标示(Boot Signature),永远都是55AA;55和AA是个永久性的标示,代表这个硬盘是可启动的。

upload successful

主引导代码

BIOS在完成一些简单的检测工作或初始化工作后,会把处理器使用权交出去,下一棒就是MBR程序。BIOS会把MBR加载到0x7c00的位置,然后执行里头代码(jmp 0:0x7c00)。
mbr.S文件:

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;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

; 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, 0x600
mov bx, 0x700
mov cx, 0 ; 左上角: (0, 0)
mov dx, 0x184f ; 右下角: (80,25),
; 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 0x10 ; int 0x10

;;;;;;;;; 下面这三行代码是获取光标位置 ;;;;;;;;;
;.get_cursor获取当前光标位置,在光标位置处打印字符.
mov ah, 3 ; 输入: 3号子功能是获取光标位置,需要存入ah寄存器
mov bh, 0 ; bh寄存器存储的是待获取光标的页号

int 0x10 ; 输出: ch=光标开始行,cl=光标结束行
; dh=光标所在行号,dl=光标所在列号

;;;;;;;;; 获取光标位置结束 ;;;;;;;;;;;;;;;;

;;;;;;;;; 打印字符串 ;;;;;;;;;;;
;还是用10h中断,不过这次是调用13号子功能打印字符串
mov ax, message
mov bp, ax ; es:bp 为串首地址, es此时同cs一致,
; 开头时已经为sreg初始化

; 光标位置要用到dx寄存器中内容,cx中的光标位置可忽略
mov cx, 0xb ; cx 为串长度,不包括结束符0的字符个数
mov ax, 0x1301 ; 子功能号13是显示字符及属性,要存入ah寄存器,
; al设置写字符方式 ah=01: 显示字符串,光标跟随移动
mov bx, 0x2 ; bh存储要显示的页号,此处是第0页,
; bl中是字符属性, 属性黑底绿字(bl = 02h)
int 0x10 ; 执行BIOS 0x10 号中断
;;;;;;;;; 打字字符串结束 ;;;;;;;;;;;;;;;

jmp $ ; 使程序悬停在此

message db "love rabbit"
times 510-($-$$) db 0
db 0x55,0xaa

用nasm编译成纯二进制文件nasm -o mbr.bin mbr.S,可以查看mbr.bin文件大小,正好512个字节。

然后利用dd命令把bin文件写进磁盘的0柱面0磁头1扇区:

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dd if=/your_path/bochs_fun/mbr.bin of=/your_path/bochs_fun/hd60M.img bs=512 count=1 conv=notrunc

参考: