（实模式+保护模式）模式切换的过程步骤（代码+文字解析）
生活随笔
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（实模式+保护模式）模式切换的过程步骤（代码+文字解析）
小編覺得挺不錯的,現在分享給大家,幫大家做個參考.
【0】寫在前面
文末的個人總結是干貨，前面代碼僅供參考的，且source code from orange’s implemention of a os.
; ==========================================
; pmtest2.asm
; 編譯方法：nasm pmtest2.asm -o pmtest2.com
; ========================================== %include "pm.inc" ; 常量, 宏, 以及一些說明org 0100hjmp LABEL_BEGIN
；全局描述符表定義
[SECTION .gdt]
;GDT 選擇子定義
SelectorNormal equ LABEL_DESC_NORMAL - LABEL_GDT SelectorCode32 equ LABEL_DESC_CODE32 - LABEL_GDT SelectorCode16 equ LABEL_DESC_CODE16 - LABEL_GDT SelectorData equ LABEL_DESC_DATA - LABEL_GDT SelectorStack equ LABEL_DESC_STACK - LABEL_GDT SelectorTest equ LABEL_DESC_TEST - LABEL_GDT SelectorVideo equ LABEL_DESC_VIDEO - LABEL_GDT; END of [SECTION .gdt]
;數據段定義
[SECTION .data1] ; 數據段
; END of [SECTION .data1]
；全局堆棧段
[SECTION .gs]
; END of [SECTION .gs]
；16位代碼段， CPU運行在實模式下，為什么只有在16位代碼段下才能修改GDT中的值；
[SECTION .s16] ; Mine【為從實模式跳轉到保護模式所做的準備工作】
; 下一行指令的解說：
; 待會要跳回到實模式，這里是保存跳轉前的相關 value
; mov [label_backto_real + 3], ax, 這是在代碼已經加載到了內存之后再執行的，為什么加上3，一位jmp指令占用3個字節， 而jmp后面跟著跳轉地址；
; 他的作用是在段基地址存儲單元中去重新設置新值 去 覆蓋原先的段基地址，作者真心很是聰明啊。
；初始化 16 位代碼段描述符
mov ax, csmovzx eax, axshl eax, 4add eax, LABEL_SEG_CODE16mov word [LABEL_DESC_CODE16 + 2], axshr eax, 16mov byte [LABEL_DESC_CODE16 + 4], almov byte [LABEL_DESC_CODE16 + 7], ah；初始化 32 位代碼段描述符
xor eax, eaxmov ax, csshl eax, 4add eax, LABEL_SEG_CODE32mov word [LABEL_DESC_CODE32 + 2], axshr eax, 16mov byte [LABEL_DESC_CODE32 + 4], almov byte [LABEL_DESC_CODE32 + 7], ah；初始化數據段描述符
xor eax, eaxmov ax, dsshl eax, 4add eax, LABEL_DATA ; Mine【數據段的基址便是 LABEL_DATA 的物理地址 ; 所以 OffsetStrTest 既是字符串相對于 LABEL_DATA 的偏移地址，也是其在數據段的偏移 】mov word [LABEL_DESC_DATA + 2], axshr eax, 16mov byte [LABEL_DESC_DATA + 4], almov byte [LABEL_DESC_DATA + 7], ah；初始化堆棧段描述符
xor eax, eaxmov ax, dsshl eax, 4add eax, LABEL_STACKmov word [LABEL_DESC_STACK + 2], axshr eax, 16mov byte [LABEL_DESC_STACK + 4], almov byte [LABEL_DESC_STACK + 7], ah; 為加載 GDTR 作準備，填充GDT基地址的數據結構
xor eax, eaxmov ax, dsshl eax, 4add eax, LABEL_GDT ; eax <- gdt 基地址mov dword [GdtPtr + 2], eax ; [GdtPtr + 2] <- gdt 基地址; 加載 GDTR
lgdt [GdtPtr]; 關中斷
cli; 打開地址線A20
in al, 92hor al, 00000010bout 92h, al; 準備切換到保護模式， PE位置1
mov eax, cr0or eax, 1mov cr0, eax; 真正進入保護模式
jmp dword SelectorCode32:0 ; 執行這一句會把 SelectorCode32 裝入 cs, 并跳轉到 Code32Selector:0 處; 從保護模式跳回到實模式就到了這里（注意：從保護模式跳轉到實模式，即本標識符下，本標識符是存在于 初始化描述符的16位代碼段的末尾的）
LABEL_REAL_ENTRY: mov ax, csmov ds, axmov es, axmov ss, axmov sp, [SPValueInRealMode]; 關閉 A20 地址線
in al, 92h ; and al, 11111101b out 92h, al ; /sti ; 開中斷mov ax, 4c00h ; `.int 21h ; / 回到 DOS; END of [SECTION .s16]
;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;; 32 位代碼段. 由實模式跳入
[SECTION .s32]
; 下面顯示一個字符串（此處代碼有省略）
mov ah, 0Ch ; 0000: 黑底 1100: 紅字xor esi, esixor edi, edimov esi, OffsetPMMessage ; 源數據偏移mov edi, (80 * 10 + 0) * 2 ; 目的數據偏移。屏幕第 10 行, 第 0 列。cld .1:lodsb ; Mine【lodsb、lodsw：把DS:SI指向的存儲單元中的數據裝入AL或AX，然后根據DF標志增減SI】test al, al ; Mine【1. test ax，100b 將 ax的 值 和 100b進行“與”操作 ，但不改變ax本身; 2. 若與操作的結果為零則ZF置位】jz .2mov [gs:edi], axadd edi, 2jmp .1 .2: ; 顯示完畢call DispReturn ; Mine【call == push ip ; jmp near ptr 標號】call TestRead ; Mine【先讀出數據】call TestWrite ; Mine【再寫入數據】call TestRead ; Mine【再次讀出數據】; 到此停止，跳入16位代碼段
jmp SelectorCode16:0 ; Mine【Line31，Line80 已經初始化LABEL_DESC_CODE16，保存著LABEL_SEG_CODE16的基地址 】SegCode32Len equ $ - LABEL_SEG_CODE32; END of [SECTION .s32]
; 16 位代碼段. 由 32 位代碼段跳入, 跳出后到實模式(LABEL_REAL_ENTRY)
[SECTION .s16code]
; 跳回實模式:
mov ax, SelectorNormal ; Mine【 選擇子 SelectorNormal 是對描述符 LABEL_DESC_NORMAL 的索引 】mov ds, axmov es, axmov fs, axmov gs, axmov ss, axmov eax, cr0and al, 11111110b ; Mine【cr0的最后一位PE位置為0，進入實模式】mov cr0, eaxLABEL_GO_BACK_TO_REAL:jmp 0:LABEL_REAL_ENTRY ; 段地址會在程序開始處被設置成正確的值Code16Len equ $ - LABEL_SEG_CODE16; END of [SECTION .s16code]
總結： （從實模式》》保護模式》》實模式）模式切換的過程步驟：（干貨）
（Attention：我們依照程序執行過程的跳轉步驟來對內存內容進行解析）
（1） org 0100， 告訴編譯器程序運行時，要加載到偏移地址0100處；jmp LABEL_BEGIN 跳入到16位代碼段（實模式）進行各個數據段，代碼段，堆棧段的初始化，最后跳入到保護模式；
（2）GDT初始化（定義段描述符 + 定義GDTR的數據結構 + 定義GDT選擇子）：
2.1）定義全局描述符表GDT表項，即定義需要的段描述符，數據段和代碼段描述符數據結構如下：
2.2）定義GDTR全局描述符的數據結構并賦值，GDTR的數據結構如下：
- 2.3）定義GDT選擇子：有多少個描述符表項，就有多少個選擇子，選擇子用于記錄描述符相對于GDT基地址的偏移地址，因為GDT的基地址和界限是保存在全局描述符寄存器GDTR中的，我們可以通過GDTR找到GDT基地址，然后通過選擇子找到對應的偏移地址，從而找到對應的段描述符的基地址+界限（偏移量）+屬性，而描述符基地址的值又記錄了各個代碼段或數據段的基地址，這樣我們就可以通過選擇子來索引到具體的代碼段和數據段；
（3）數據段 + 堆棧段的定義
（4）16位代碼段（實模式下）的定義：
- 4.1）設置代碼運行環境，即給相關寄存器賦值；
- 4.2）初始化16位代碼段描述符 + 32位代碼段描述符 + 堆棧段描述符 +數據段描述符；
- 4.3）初始化全局描述符表寄存器GDTR的內容，因為其基地址還沒有初始化， 然后通過lgdt [GdtPtr]，將內存中GDTR的內容加載到GDTR中，重點在于保存 GDT的基地址；
- 4.4）關中斷， 即設置CPU不響應任何其他的外部中斷，因為CPU現在的時間片只屬于當前加載的程序；
- 4.5）打開地址線A20； 至于為什么要打開，呵呵，參見：http://blog.csdn.net/pacosonswjtu/article/details/48005813
- 4.6）將CR0的 PE 位置1；PE位==1，表明CPU運行在保護模式下；（這是準備切換到保護模式階段），CR0的數據結構如下：
- 4.7）跳轉到保護模式： jmp dword SelectorCode32:0 ，這里的代碼指提供了選擇子，（2.3）末部分，已經說明了為什么通過選擇子就可以索引到 32位代碼段 LABEL_SEG_CODE32；（這就是從實模式跳入保護模式）
（5）32位代碼段（由實模式跳入，即保護模式）的定義
- 5.1）將對應選擇子賦值到 對應寄存器， 即設置 任務代碼的 運行環境，不得不提的是 本段代碼還改變了ss和esp， 則在32位代碼段中所有的堆棧操作將會在新增的堆棧段中進行；
- 5.2）做任務，我們這里是打印一串字符串；
- 5.3）任務做完后，跳轉到16位代碼段，因為從保護模式跳回實模式，只能從16位代碼段中跳回；（這個，到底是因為什么，我也說不清楚）
（6）調回到實模式的16位代碼段（我們干脆叫它為過渡的16位代碼段， 與模塊（4）做個區別）
- 6.1）加載一個描述符選擇子，說是要實現從32位代碼段返回時cs 高速緩沖寄存器中的屬性符合實模式的要求，（具體的，我這里也沒有懂）
- 6.2）將CR0的 PE 位置0；PE位==0，表明CPU運行在實模式下；（這是準備切換到實模式階段），參見4.6所附圖片；
- 6.3）真正跳轉到實模式：LABEL_GO_BACK_TO_REAL: jmp 0:LABEL_REAL_ENTRY ; 這里的0 純粹是個幌子，我理解的是，它就是個占位符而已，因為在16位代碼段初始化的時候，已經將它的值設定為 跳轉前的 cs（段基址）值了，即 mov [LABEL_GO_BACK_TO_REAL+3], ax；
【7】跳回到16位代碼段（實模式）的定義
- 7.1）該段代碼定義在（5）代碼區域的末尾，因為，它們都是實模式下的運行環境；
- 7.2）初始化寄存器的值，設置運行環境；
- 7.3）重新設置 堆棧指針sp 的值，這個值早在16位代碼段初始化的時候，已經將它的值 暫存在變量里了，這里只是將它恢復到原來的值而已，即 mov [SPValueInRealMode], sp；
- 7.4）關閉A20地址線， 為什么要關閉，參見：http://blog.csdn.net/pacosonswjtu/article/details/48005813
- 7.5）開中斷；
- 7.6）產生中斷信號，回到DOS；
總結
以上是生活随笔為你收集整理的（实模式+保护模式）模式切换的过程步骤（代码+文字解析）的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。
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