如果数据段不为零，保护模式将失败

Question

在开发一个非常简单的引导加载程序时，我发现在运行进入保护模式之前将某些内容分配给数据段 (ds) 会导致处理器故障。

此代码运行良好：

[BITS 16]
[ORG 0x7c00]

xor ax,ax
mov ds,ax

cli
lgdt [gdt_descriptor]  

mov  eax, cr0       
or eax,1              
mov  cr0, eax

jmp CODE_SEG:now

[BITS 32]
now:
    jmp $

    db 0
gdt_start:
gdt_null:
    dd 0x0
    dd 0x0
gdt_cs:
    dw 0xFFFF ; Limit
    dw 0x0000 ; Base
    db 0x0000    ; Base 23:16
    db 10011011b
    db 11011111b
    db 0x0000
gdt_ds:
    dw 0xFFFF ; Limit
    dw 0x0000 ; Base
    db 0x0000    ; Base 23:16
    db 10010011b
    db 11011111b
    db 0x0000
gdt_end
gdt_descriptor:
    dw gdt_end - gdt_start - 1
    dd gdt_start

CODE_SEG equ gdt_cs - gdt_start
DATA_SEG equ gdt_ds - gdt_start

times 510-($-$$) db 0  ; fill sector w/ 0's
db 0x55          ; req'd by some BIOSes
db 0xAA

这个使处理器重启：

[BITS 16]
[ORG 0x7c00]

mov ax,0x10 ;<-- Pre-assigning data segment
mov ds,ax

cli
lgdt [gdt_descriptor]  

mov  eax, cr0       
or eax,1              
mov  cr0, eax

jmp CODE_SEG:now

[BITS 32]
now:
    jmp $

    db 0
gdt_start:
gdt_null:
    dd 0x0
    dd 0x0
gdt_cs:
    dw 0xFFFF ; Limit
    dw 0x0000 ; Base
    db 0x0000    ; Base 23:16
    db 10011011b
    db 11011111b
    db 0x0000
gdt_ds:
    dw 0xFFFF ; Limit
    dw 0x0000 ; Base
    db 0x0000    ; Base 23:16
    db 10010011b
    db 11011111b
    db 0x0000
gdt_end
gdt_descriptor:
    dw gdt_end - gdt_start - 1
    dd gdt_start

CODE_SEG equ gdt_cs - gdt_start
DATA_SEG equ gdt_ds - gdt_start

times 510-($-$$) db 0  ; fill sector w/ 0's
db 0x55          ; req'd by some BIOSes
db 0xAA

我用 NASM 编译了这个，我用 VMWARE 运行编译了它。

为什么会这样？

Answer 1

问题不在于您在进入保护模式之前设置 ds。问题是您在执行 lgdt 指令之前设置 ds。

lgdt指令也是访问数据段中的内存，所以ds执行时需要是一个正确的值。当您更改 ds 时，您更改了您尝试加载的 GDT 的有效地址。然后，当您使用该 GDT 中的 cs 段进入保护模式时，GDT 条目是伪造的，并且处理器生成异常。最后，由于您尚未设置 IDT，处理器出现两次、三次故障并重新启动。

假设 gdt_descriptor 是代码中的 0x40 字节，这意味着加载引导加载程序时它位于 0000:7C40。当 ds 为零（您的第一个示例）时，lgdt [gdt_descriptor] 指令将尝试从 (0x0 << 4) + 0x7C40 == 0x7C40 处的 base/limit 加载 GDT。但是，当您将 ds 设置为 0x10 时，您现在正试图从位于 (0x10 << 4) + 0x7C40 == 0x7D40 的 base/limit 加载 GDT，这不是您想要的。

因此您可以在进入保护模式之前将 ds 设置为 0x10 - 只是在您进入 PM 之前不要进行任何内存访问（即 lgdt） .

如果数据段不为零，保护模式将失败

Protected mode fails if data segment is non-zero

assembly

operating-system

nasm

boot

bootloader