温馨提示:本文翻译自stackoverflow.com,查看原文请点击:assembly - Custom bootloader booted via USB drive produces incorrect output on some computers
assembly bios bootloader x86 usb-drive

assembly - 通过USB驱动器启动的自定义引导程序在某些计算机上产生不正确的输出

发布于 2020-04-11 14:12:32

我对汇编语言还很陌生,但是我正尝试进入低级计算领域。我正在尝试学习如何编写将作为引导加载程序代码运行的汇编代码。因此独立于任何其他操作系统,例如Linux或Windows。阅读此页面和其他一些x86指令集列表之后,我想出了一些汇编代码,该代码应该在屏幕上打印10 A,然后打印1B。

      BITS 16
start: 
    mov ax, 07C0h       ; Set up 4K stack space after this bootloader
    add ax, 288     ; (4096 + 512) / 16 bytes per paragraph
    mov ss, ax
    mov sp, 4096

    mov ax, 07C0h       ; Set data segment to where we're loaded
    mov ds, ax

    mov cl, 10          ; Use this register as our loop counter
    mov ah, 0Eh         ; This register holds our BIOS instruction

.repeat:
    mov al, 41h         ; Put ASCII 'A' into this register
    int 10h             ; Execute our BIOS print instruction
    cmp cl, 0           ; Find out if we've reached the end of our loop
    dec cl              ; Decrement our loop counter
    jnz .repeat         ; Jump back to the beginning of our loop
    jmp .done           ; Finish the program when our loop is done

.done:
    mov al, 42h         ; Put ASCII 'B' into this register
    int 10h             ; Execute BIOS print instruction
    ret


times 510-($-$$) db 0   ; Pad remainder of boot sector with 0s
dw 0xAA55

因此输出应如下所示:

AAAAAAAAAAB

我使用在Windows 10 Ubuntu Bash程序上运行的nasm汇编器汇编了代码。生成.bin文件后,我使用十六进制编辑器将其打开。我使用相同的十六进制编辑器将该.bin文件的内容复制到闪存驱动器的前512个字节中。将程序写入闪存驱动器后,我将其断开连接并将其插入装有Intel Core i3-7100的计算机。在启动时,我选择了USB闪存驱动器作为启动设备,但仅获得以下输出:

A

在更改了程序中的各种内容之后,我最终感到沮丧,并在另一台计算机上尝试了该程序。另一台计算机是一台配备i5-2520m的笔记本电脑。我遵循了前面提到的相同过程。果然,它给了我预期的输出:

AAAAAAAAAAB

我立即使用i3在原始计算机上进行了尝试,但仍然无法正常工作。

所以我的问题是:为什么我的程序只能在一个x86处理器上工作而不能在另一个处理器上工作?它们都支持x86指令集。是什么赋予了?


解决方案:
好的,我已经能够在一些帮助下找到真正的解决方案。如果您阅读下面的Michael Petch的答案,您将找到解决我的问题的解决方案,以及另一个BIOS寻找BPB的问题。

这是我的代码的问题:我正在将程序写入闪存驱动器的第一个字节。这些字节已加载到内存中,但是某些BIOS中断正在使用这些字节本身。所以我的程序被BIOS覆盖了。为防止这种情况,可以如下所示添加BPB描述。如果您的BIOS与我的BIOS相同,它将仅覆盖内存中的BPB,但不会覆盖您的程序。或者,您可以将以下代码添加到程序顶部:

jmp start
resb 0x50

start: 
;enter code here

此代码(由Ross Ridge提供)将把程序推送到内存位置0x50(偏移量为0x7c00),以防止BIOS在执行过程中被覆盖。

还要记住,每当调用任何子例程时,您正在使用的寄存器的值都可能被覆盖。在调用子例程之前push请确保使用pop或将值保存到内存中。请参阅下面的Martin Rosenau的答案,以了解有关此内容的更多信息。

感谢所有回答我的问题的人。现在,我对这些低级内容的工作原理有了更好的了解。

查看更多

提问者
AMFTech
被浏览
71
Michael Petch 2020-03-18 09:43

这可能可以成为关于这个问题的规范答案。

实际硬件/ USB /笔记本电脑问题

如果您尝试使用USB在真实硬件上引导,那么即使您使它在BOCHSQEMU中运行,也可能会遇到另一个问题如果您的BIOS设置为执行USB FDD仿真(而不是USB HDD或其他功能),则可能需要在引导加载程序的开头添加BIOS参数块(BPB)您可以像这样创建一个假的:

org 0x7c00
bits 16

boot:
    jmp main
    TIMES 3-($-$$) DB 0x90   ; Support 2 or 3 byte encoded JMPs before BPB.

    ; Dos 4.0 EBPB 1.44MB floppy
    OEMname:           db    "mkfs.fat"  ; mkfs.fat is what OEMname mkdosfs uses
    bytesPerSector:    dw    512
    sectPerCluster:    db    1
    reservedSectors:   dw    1
    numFAT:            db    2
    numRootDirEntries: dw    224
    numSectors:        dw    2880
    mediaType:         db    0xf0
    numFATsectors:     dw    9
    sectorsPerTrack:   dw    18
    numHeads:          dw    2
    numHiddenSectors:  dd    0
    numSectorsHuge:    dd    0
    driveNum:          db    0
    reserved:          db    0
    signature:         db    0x29
    volumeID:          dd    0x2d7e5a1a
    volumeLabel:       db    "NO NAME    "
    fileSysType:       db    "FAT12   "

main:
    [insert your code here]

ORG指令调整为所需,如果只需要默认的0x0000,则将其忽略。

如果您要修改代码以使其具有Unix / Linux file命令上方的布局,则可能能够转出它认为已在磁盘映像中构成VBR的BPB数据。运行命令file disk.img,您可能会得到以下输出:

disk.img:DOS / MBR引导扇区,代码偏移量0x3c + 2,OEM-ID“ mkfs.fat”,根条目224,扇区2880(卷<= 32 MB),扇区/ FAT 9,扇区/磁道18,串行编号0x2d7e5a1a,未标记,FAT(12位)


如何修改此问题中的代码

对于此OP的原始代码,可以将其修改为如下所示:

bits 16

boot:
    jmp main
    TIMES 3-($-$$) DB 0x90   ; Support 2 or 3 byte encoded JMPs before BPB.

    ; Dos 4.0 EBPB 1.44MB floppy
    OEMname:           db    "mkfs.fat"  ; mkfs.fat is what OEMname mkdosfs uses
    bytesPerSector:    dw    512
    sectPerCluster:    db    1
    reservedSectors:   dw    1
    numFAT:            db    2
    numRootDirEntries: dw    224
    numSectors:        dw    2880
    mediaType:         db    0xf0
    numFATsectors:     dw    9
    sectorsPerTrack:   dw    18
    numHeads:          dw    2
    numHiddenSectors:  dd    0
    numSectorsHuge:    dd    0
    driveNum:          db    0
    reserved:          db    0
    signature:         db    0x29
    volumeID:          dd    0x2d7e5a1a
    volumeLabel:       db    "NO NAME    "
    fileSysType:       db    "FAT12   "

main:
    mov ax, 07C0h       ; Set up 4K stack space after this bootloader
    add ax, 288     ; (4096 + 512) / 16 bytes per paragraph
    mov ss, ax
    mov sp, 4096

    mov ax, 07C0h       ; Set data segment to where we're loaded
    mov ds, ax

    mov cl, 10          ; Use this register as our loop counter
    mov ah, 0Eh         ; This register holds our BIOS instruction

.repeat:
    mov al, 41h         ; Put ASCII 'A' into this register
    int 10h             ; Execute our BIOS print instruction
    cmp cl, 0           ; Find out if we've reached the end of our loop
    dec cl              ; Decrement our loop counter
    jnz .repeat         ; Jump back to the beginning of our loop
    jmp .done           ; Finish the program when our loop is done

.done:
    mov al, 42h         ; Put ASCII 'B' into this register
    int 10h             ; Execute BIOS print instruction
    ret

times 510-($-$$) db 0   ; Pad remainder of boot sector with 0s
dw 0xAA55

其他建议

如前所述-您无法ret结束引导加载程序。你可以把它变成一个无限循环或停止与处理器cli之后hlt

如果您在堆栈上分配了大量数据或开始写入引导加载程序512字节之外的数据,则应将自己的堆栈指针(SS:SP)设置到不会干扰自己代码的内存区域。此问题中的原始代码确实设置了堆栈指针。这是对阅读此问答的其他人的一般观察。在包含通用Bootloader提示的 Stackoverflow答案中,我有关于此的更多信息


测试代码以查看您的BIOS是否覆盖BPB

如果您想知道BIOS是否会覆盖BPB中的数据并确定它写入的值,则可以使用此引导加载程序代码来转储BPB,因为在将控制权转移给BPB时,引导加载程序会看到它。通常情况下,前3个字节后应EB 3C 90跟一系列AAAABIOS可能会覆盖所有未覆盖的此代码位于NASM中,可以使用nasm -f bin boot.asm -o boot.bin

; Simple bootloader that dumps the bytes in the BIOS Parameter
; Block BPB. First 3 bytes should be EB 3C 90. The rest should be 0xAA
; unless you have a BIOS that wrote drive geometry information
; into what it thinks is a BPB.

; Macro to print a character out with char in BX
%macro print_char 1
    mov al, %1
    call bios_print_char
%endmacro

org 0x7c00
bits 16

boot:
    jmp main
    TIMES 3-($-$$) DB 0x90   ; Support 2 or 3 byte encoded JMPs before BPB.

    ; Fake BPB filed with 0xAA
    TIMES 59 DB 0xAA

main:
    xor ax, ax
    mov ds, ax
    mov ss, ax              ; Set stack just below bootloader at 0x0000:0x7c00
    mov sp, boot
    cld                     ; Forward direction for string instructions

    mov si, sp              ; Print bytes from start of bootloader
    mov cx, main-boot       ; Number of bytes in BPB
    mov dx, 8               ; Initialize column counter to 8
                            ;     So first iteration prints address
.tblloop:
    cmp dx, 8               ; Every 8 hex value print CRLF/address/Colon/Space
    jne .procbyte
    print_char 0x0d         ; Print CRLF
    print_char 0x0a
    mov ax, si              ; Print current address
    call print_word_hex
    print_char ':'          ; Print ': '
    print_char ' '
    xor dx, dx              ; Reset column counter to 0
.procbyte:
    lodsb                   ; Get byte to print in AL
    call print_byte_hex     ; Print the byte (in BL) in HEX
    print_char ' '
    inc dx                  ; Increment the column count
    dec cx                  ; Decrement number of  bytes to process
    jnz .tblloop

    cli                     ; Halt processor indefinitely
.end:
    hlt
    jmp .end

; Print the character passed in AL
bios_print_char:
    push bx
    xor bx, bx              ; Attribute=0/Current Video Page=0
    mov ah, 0x0e
    int 0x10                ; Display character
    pop bx
    ret

; Print the 16-bit value in AX as HEX
print_word_hex:
    xchg al, ah             ; Print the high byte first
    call print_byte_hex
    xchg al, ah             ; Print the low byte second
    call print_byte_hex
    ret

; Print lower 8 bits of AL as HEX
print_byte_hex:
    push bx
    push cx
    push ax

    lea bx, [.table]        ; Get translation table address

    ; Translate each nibble to its ASCII equivalent
    mov ah, al              ; Make copy of byte to print
    and al, 0x0f            ;     Isolate lower nibble in AL
    mov cl, 4
    shr ah, cl              ; Isolate the upper nibble in AH
    xlat                    ; Translate lower nibble to ASCII
    xchg ah, al
    xlat                    ; Translate upper nibble to ASCII

    xor bx, bx              ; Attribute=0/Current Video Page=0
    mov ch, ah              ; Make copy of lower nibble
    mov ah, 0x0e
    int 0x10                ; Print the high nibble
    mov al, ch
    int 0x10                ; Print the low nibble

    pop ax
    pop cx
    pop bx
    ret
.table: db "0123456789ABCDEF", 0

; boot signature
TIMES 510-($-$$) db 0
dw 0xAA55

对于在将控制权转移到引导加载程序代码之前未更新BPB的所有BIOS的输出应如下所示:

7C00: EB 3C 90 AA AA AA AA AA
7C08: AA AA AA AA AA AA AA AA
7C10: AA AA AA AA AA AA AA AA
7C18: AA AA AA AA AA AA AA AA
7C20: AA AA AA AA AA AA AA AA
7C28: AA AA AA AA AA AA AA AA
7C30: AA AA AA AA AA AA AA AA
7C38: AA AA AA AA AA AA

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