笔记03.3 - Lab 1:bootmain.c

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解析main.c

以下是 JOS Boot Loader 部分关于 main.c 的解析，关于 main.c 的介绍请阅读【学习笔记03 - Lab 1:Booting a PC】
以下内容摘抄自《系统的启动和初始化》一书

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#include <inc/x86.h>
#include <inc/elf.h>

/**********************************************************************
 * 这是一个简单的引导加载程序，它的唯一工作是从第一个 IDE 硬盘引导 ELF 格式的
 * 内核镜像
 *
 * DISK LAYOUT
 *  * 本程序(boot.S and main.c)是开机引导程序
 *    它必须被存储在硬盘的第一个扇区
 *
 *  * 从第二个扇区开始存储内核镜像
 *
 *  * 内核镜像必须是 ELF 格式
 *
 * 开机步骤
 *  * CPU 启动时加载 BIOS 到内存并执行 BIOS
 *
 *  * BIOS 初始化设备，设置终端程序，
 *    读取启动设备的第一个扇区到内存并跳转
 *
 *  * 假设本引导加载程序存储在硬盘的第一个扇区，这段代码接管控制权
 *
 *  * 由 boot.S 开始进行控制 -- 设置保护模式、堆栈指针，然后调用 bootmain()
 *    执行 c 语言代码
 *
 *  * bootmain() 读取内核镜像并跳转
 **********************************************************************/

#define SECTSIZE    512
#define ELFHDR      ((struct Elf *) 0x10000) // 定义一个指向内存中 ELF文
//件头存放位置的结构体指针。定义 ELF 文件头应该存放在内存的 0x10000 处

void readsect(void*, uint32_t); //读取磁盘上一个扇区
void readseg(uint32_t, uint32_t, uint32_t); //读取 ELF 文件中一段

void
bootmain(void)
{
    struct Proghdr *ph, *eph;

    // 将文件的前 4KB 读入内存，4KB 为一页，其中包括 ELF 文件头以及程序头表
    readseg((uint32_t) ELFHDR, SECTSIZE*8, 0);

    // 判断该文件是否为 ELF 文件
    if (ELFHDR->e_magic != ELF_MAGIC)
        goto bad;

    // 将指针指向程序头表的首地址 (ignores ph flags)，其中的 (uint8_t *) 是为了让 ELFHDR 指针每 +1 增加 1 而不是 32 位指针默认的 +4。
    ph = (struct Proghdr *) ((uint8_t *) ELFHDR + ELFHDR->e_phoff);
    eph = ph + ELFHDR->e_phnum;// 明确文件段的个数
    for (; ph < eph; ph++)
        // p_pa是该段的加载地址（物理地址）
        readseg(ph->p_pa, ph->p_memsz, ph->p_offset);

     // 在将内核加载到内存中后转移到内核入口地址处执行，并且不会再返回（直接寻址方式）
    ((void (*)(void)) (ELFHDR->e_entry))();

bad:
    outw(0x8A00, 0x8A00);
    outw(0x8A00, 0x8E00);
    while (1)
        /* do nothing */;
}

// pa 代表该段的加载地址， count 代表该段在内存中所占字节数，
// offset 代表该段在磁盘文件中的相对于文件首的偏移
// 从内核的 offset 偏移处读取 count 字节到内存的 pa 地址上
// 可能实际复制的字节数多于 count
void
readseg(uint32_t pa, uint32_t count, uint32_t offset)
{
    uint32_t end_pa;

    end_pa = pa + count; // 找到内存中加载地址的最末端

    // 由于硬盘中的每一扇区加载到内存的时候都需要 512 字节对齐，
    // 于是在这里把起始加载地址向下对齐到 512 字节的倍数的地址处
    pa &= ~(SECTSIZE - 1);

    // 将在硬盘中的偏移由字节数转换成扇区数，由于内核可执行程序
    // 是从磁盘的第二个扇区开始存储的，所以需要加 1
    offset = (offset / SECTSIZE) + 1;

    // 如果读取很慢，我们可以一次读取多个扇区
    // 可能写入到内存的字节数多于要求的，但没有关系，因为我们是递增加载的
    while (pa < end_pa) {
        // 因为我们还没有启用分页，而是使用一致的段映射 (见 boot.S)
        // 所以可以直接使用物理地址  一旦 JOS 允许 MMU 将不会是这种情况
        readsect((uint8_t*) pa, offset);
        pa += SECTSIZE;
        offset++;// 用 readsect 函数一个扇区一个扇区地读取文件的这一段
    }
}

void
waitdisk(void)
{
    // 循环直到硬盘准备好
    while ((inb(0x1F7) & 0xC0) != 0x40)
        /* do nothing */;
}

void
readsect(void *dst, uint32_t offset)
{
    // 等待直到硬盘准备好
    waitdisk();

    outb(0x1F2, 1);     // count = 1
    outb(0x1F3, offset);
    outb(0x1F4, offset >> 8);
    outb(0x1F5, offset >> 16);
    outb(0x1F6, (offset >> 24) | 0xE0);
    outb(0x1F7, 0x20);  // cmd 0x20 - read sectors

    // 等待直到硬盘准备好
    waitdisk();

    // 读取一个扇区的数据
    insl(0x1F0, dst, SECTSIZE/4);
}
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