X86 匯編環境搭建並運行第一個程序

前言

• x86

x86的起點是Intel 8086處理器
8086是16位處理器
一個字節八位

• 寄存器

14個寄存器
AX，BX，CX，DX，SP，BP，SI，DI，IP，FLAG，CS，DS，SS，ES
八個通用寄存器
AX，BX，CX，DX，SP，BP，SI，DI

通用寄存器
  數據寄存器
    數據寄存器AX，BX，CX，DX
    AX (Accumulator)：累加寄存器，也稱之為累加器；
    BX (Base)：基地址寄存器；
    CX (Count)：計數器寄存器；
    DX (Data)：數據寄存器；
    指針寄存器SP，BP
    SP (Stack Pointer)：堆棧指針寄存器；
    BP (Base Pointer)：基指針寄存器；
    變址寄存器SI，DI
    SI (Source Index)：源變址寄存器；
    DI (Destination Index)：目的變址寄存器
  控制寄存器
  　IP (Instruction Pointer)：指令指針寄存器；
　　FLAG：標志寄存器；
  段寄存器
  　CS (Code Segment)：代碼段寄存器；
　　DS (Data Segment)：數據段寄存器；
　　SS (Stack Segment)：堆棧段寄存器；
　　ES (Extra Segment)：附加段寄存器

AX可以拆分兩個寄存器，高八位AH，低八位AL
AX=AH,AL BX=BH,BL CX=CH,CL DX=DH,DL

• 8086有20根地址線，尋址范圍2的20次方，等於1MB，轉成16進制為0x00000-0xfffff

16位數值范圍

進制	范圍	數值	備注
二進制	0000 0000 0000 0000 - 1111 1111 1111 1111
十六進制	0000 - FFFF		十六進制一位表示二進制四位
十進制	0 - 65535	65536 = 64KB

20位總線尋址范圍

進制	范圍	數值	備注
二進制	0000 0000 0000 0000 0000 - 1111 1111 1111 1111 1111		根據上面來說在加四位
十六進制	00000 - FFFFF
十進制	0 - 1048575	1048576 = 1MB

• FAQ：寄存器是16位，但是數據總線是20位，那16位寄存器如何使用20位地址總線，並尋址到1MB呢？

16位實模式下，寄存器需要段地址結合偏移地址來讓尋址1MB，使用兩個寄存器來出來，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個64KB的段
在通過偏移地址尋址64KB，0x0000-0xffff就是偏移地址的范圍

舉個例子
段地址0xffff,偏移地址0xffff,物理地址等於多少?
0x1000 << 4(0x10000*16) = 0x10000
0x1000 + 0xffff = 1ffff < 0xfffff是有效物理內存地址
如果段0xffff << 4 + 0xffff = 0x10ffef > 0xfffff 無效地址，在8026中是一個異常，並且執行0x00000處

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

• 1MB尋址范圍分配
  CPU尋址范圍內的地址分配給其他設備

地址范圍	大小	分配對象	細分
0x00000-0x9ffff	640KB	內存	0x07c00-ox07DFF 512B為BootLoader
0xaffff-0xBFFFF	128KB	文字圖像	0xA0000-0xAFFFF 64KB EGA/VGA/XGA/XVGA彩色模式 0xb0000-0xb7fff 32KB 黑白文本 0xB80000-0xBffff 32KB 為彩色文本 這些地址映射為顯卡顯存，寫入相當於寫入顯存
0xCFFFF-0xFFFFF	256KB	BIOS

安裝相應的軟件

1. 安裝Vscode編輯器，並安裝打開二進制文件的插件Hex editer
2. 安裝Nasm，nasm-2.15.05-installer-x64.exe，記得加入環境變量
3. 安裝virtualbox，VirtualBox-6.1.22-144080-Win.exe
4. FixVhdw 把文件寫入硬盤
5. WinHex 讀取寫入裸盤，把程序寫入U盤

軟件打包下載地址，鏈接: https://pan.baidu.com/s/1YN7mB5uPuIzcacS-Q-YCmg 提取碼: 5ua2

開發一段測試代碼

第一個匯編程序start.asm

mov ax, 0b800h # 顯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-($-$$) db 0 # 補0，$$起始位置，$表示jmp所在位置，$-$$從開頭到jmp一共多少個字節，512減去兩個標志位55 aa得到510，510減去($-$$)中間填充0
db 0x55,0xaa # MBR分區最后的標志位

使用Nasm編譯為二進制文件，生成start.bin

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

然后新建other類型dos版本的虛擬機

1. 硬盤類型vhd
2. 固定硬盤16MB
3. 其余選項默認

使用FixVhdw把程序寫入硬盤

1. 選擇虛擬硬盤Vhd文件
2. 數據文件選擇1為start.bin文件
3. 起始LBA扇區號為0
4. 寫入

軟件寫入U盤真機運行

0. u盤使用fet32格式
1. 打開WinHex，然后tool-> open disk -> 選擇U盤(physical storages devices,不要選擇logical)
2. file-> open file -> 打開start.bin文件，
3. 在start.bin標簽頁，選擇所有的0之前的數據，不是全部數據，點擊Copy All小圖標
4. 在u盤標簽頁，點擊write clipboard小圖標，寫入最上面的數據，后面的數據不能破壞!
5. 在u盤標簽頁，點擊save小圖標

讓顯卡顯示內容