X86 汇编环境搭建并运行第一个程序

前言

• x86

x86的起点是Intel 8086处理器
8086是16位处理器
一个字节八位

• 寄存器

14个寄存器
AX，BX，CX，DX，SP，BP，SI，DI，IP，FLAG，CS，DS，SS，ES
八个通用寄存器
AX，BX，CX，DX，SP，BP，SI，DI

通用寄存器
  数据寄存器
    数据寄存器AX，BX，CX，DX
    AX (Accumulator)：累加寄存器，也称之为累加器；
    BX (Base)：基地址寄存器；
    CX (Count)：计数器寄存器；
    DX (Data)：数据寄存器；
    指针寄存器SP，BP
    SP (Stack Pointer)：堆栈指针寄存器；
    BP (Base Pointer)：基指针寄存器；
    变址寄存器SI，DI
    SI (Source Index)：源变址寄存器；
    DI (Destination Index)：目的变址寄存器
  控制寄存器
  　IP (Instruction Pointer)：指令指针寄存器；
　　FLAG：标志寄存器；
  段寄存器
  　CS (Code Segment)：代码段寄存器；
　　DS (Data Segment)：数据段寄存器；
　　SS (Stack Segment)：堆栈段寄存器；
　　ES (Extra Segment)：附加段寄存器

AX可以拆分两个寄存器，高八位AH，低八位AL
AX=AH,AL BX=BH,BL CX=CH,CL DX=DH,DL

• 8086有20根地址线，寻址范围2的20次方，等于1MB，转成16进制为0x00000-0xfffff

16位数值范围

进制	范围	数值	备注
二进制	0000 0000 0000 0000 - 1111 1111 1111 1111
十六进制	0000 - FFFF		十六进制一位表示二进制四位
十进制	0 - 65535	65536 = 64KB

20位总线寻址范围

进制	范围	数值	备注
二进制	0000 0000 0000 0000 0000 - 1111 1111 1111 1111 1111		根据上面来说在加四位
十六进制	00000 - FFFFF
十进制	0 - 1048575	1048576 = 1MB

• FAQ：寄存器是16位，但是数据总线是20位，那16位寄存器如何使用20位地址总线，并寻址到1MB呢？

16位实模式下，寄存器需要段地址结合偏移地址来让寻址1MB，使用两个寄存器来出来，段寄存器，偏移寄存器
物理地址=段地址*16(段地址<<4) + 偏移地址

段的意思是1MB分16个64KB的段
在通过偏移地址寻址64KB，0x0000-0xffff就是偏移地址的范围

举个例子
段地址0xffff,偏移地址0xffff,物理地址等于多少?
0x1000 << 4(0x10000*16) = 0x10000
0x1000 + 0xffff = 1ffff < 0xfffff是有效物理内存地址
如果段0xffff << 4 + 0xffff = 0x10ffef > 0xfffff 无效地址，在8026中是一个异常，并且执行0x00000处

参考：
http://www.cppblog.com/mydriverc/articles/30719.html

• 1MB寻址范围分配
  CPU寻址范围内的地址分配给其他设备

地址范围	大小	分配对象	细分
0x00000-0x9ffff	640KB	内存	0x07c00-ox07DFF 512B为BootLoader
0xaffff-0xBFFFF	128KB	文字图像	0xA0000-0xAFFFF 64KB EGA/VGA/XGA/XVGA彩色模式 0xb0000-0xb7fff 32KB 黑白文本 0xB80000-0xBffff 32KB 为彩色文本 这些地址映射为显卡显存，写入相当于写入显存
0xCFFFF-0xFFFFF	256KB	BIOS

安装相应的软件

1. 安装Vscode编辑器，并安装打开二进制文件的插件Hex editer
2. 安装Nasm，nasm-2.15.05-installer-x64.exe，记得加入环境变量
3. 安装virtualbox，VirtualBox-6.1.22-144080-Win.exe
4. FixVhdw 把文件写入硬盘
5. WinHex 读取写入裸盘，把程序写入U盘

软件打包下载地址，链接: https://pan.baidu.com/s/1YN7mB5uPuIzcacS-Q-YCmg 提取码: 5ua2

开发一段测试代码

第一个汇编程序start.asm

mov ax, 0b800h # 显卡彩色文字模式起始位
mov ds,ax

mov byte [0x00],'2'
mov byte [0x02],'0'
mov byte [0x04],'2'
mov byte [0x06],'1'
mov byte [0x08],','
mov byte [0x0a],'H'
mov byte [0x0c],'a'
mov byte [0x0e],'p'
mov byte [0x10],'p'
mov byte [0x12],'y'
mov byte [0x14],' '
mov byte [0x16],'N'
mov byte [0x18],'i'
mov byte [0x1a],'u'
mov byte [0x1c],' '
mov byte [0x1e],'Y'
mov byte [0x20],'e'
mov byte [0x22],'a'
mov byte [0x24],'r'
mov byte [0x26],'!'

jmp $ # 

times 510-($-$$) db 0 # 补0，$$起始位置，$表示jmp所在位置，$-$$从开头到jmp一共多少个字节，512减去两个标志位55 aa得到510，510减去($-$$)中间填充0
db 0x55,0xaa # MBR分区最后的标志位

使用Nasm编译为二进制文件，生成start.bin

nasm -f bin start.asm -o start.bin

然后新建other类型dos版本的虚拟机

1. 硬盘类型vhd
2. 固定硬盘16MB
3. 其余选项默认

使用FixVhdw把程序写入硬盘

1. 选择虚拟硬盘Vhd文件
2. 数据文件选择1为start.bin文件
3. 起始LBA扇区号为0
4. 写入

软件写入U盘真机运行

0. u盘使用fet32格式
1. 打开WinHex，然后tool-> open disk -> 选择U盘(physical storages devices,不要选择logical)
2. file-> open file -> 打开start.bin文件，
3. 在start.bin标签页，选择所有的0之前的数据，不是全部数据，点击Copy All小图标
4. 在u盘标签页，点击write clipboard小图标，写入最上面的数据，后面的数据不能破坏!
5. 在u盘标签页，点击save小图标

让显卡显示内容