Start work on kernel start-up code.
[pintos-anon] / src / threads / loader.S
index 7dfb7e006f7d9bb2d3cdee074632741667a2a051..fd0f59eda57d40decd38b41c4113ea36b1f33319 100644 (file)
-/* This file is derived from source code used in MIT's 6.828
-   course.  The original copyright notice is reproduced in full
-   below. */
-
-/*
- * Copyright (C) 1997 Massachusetts Institute of Technology 
- *
- * This software is being provided by the copyright holders under the
- * following license. By obtaining, using and/or copying this software,
- * you agree that you have read, understood, and will comply with the
- * following terms and conditions:
- *
- * Permission to use, copy, modify, distribute, and sell this software
- * and its documentation for any purpose and without fee or royalty is
- * hereby granted, provided that the full text of this NOTICE appears on
- * ALL copies of the software and documentation or portions thereof,
- * including modifications, that you make.
- *
- * THIS SOFTWARE IS PROVIDED "AS IS," AND COPYRIGHT HOLDERS MAKE NO
- * REPRESENTATIONS OR WARRANTIES, EXPRESS OR IMPLIED. BY WAY OF EXAMPLE,
- * BUT NOT LIMITATION, COPYRIGHT HOLDERS MAKE NO REPRESENTATIONS OR
- * WARRANTIES OF MERCHANTABILITY OR FITNESS FOR ANY PARTICULAR PURPOSE OR
- * THAT THE USE OF THE SOFTWARE OR DOCUMENTATION WILL NOT INFRINGE ANY
- * THIRD PARTY PATENTS, COPYRIGHTS, TRADEMARKS OR OTHER RIGHTS. COPYRIGHT
- * HOLDERS WILL BEAR NO LIABILITY FOR ANY USE OF THIS SOFTWARE OR
- * DOCUMENTATION.
- *
- * The name and trademarks of copyright holders may NOT be used in
- * advertising or publicity pertaining to the software without specific,
- * written prior permission. Title to copyright in this software and any
- * associated documentation will at all times remain with copyright
- * holders. See the file AUTHORS which should have accompanied this software
- * for a list of all copyright holders.
- *
- * This file may be derived from previously copyrighted software. This
- * copyright applies only to those changes made by the copyright
- * holders listed in the AUTHORS file. The rest of this file is covered by
- * the copyright notices, if any, listed below.
- */
-
 #include "threads/loader.h"
-#include "threads/mmu.h"
+       
+       .intel_syntax noprefix
        
 #### Kernel loader.
 
-#### This code should be stored in the first sector of the hard disk.
-#### When the BIOS runs, it loads this code at physical address
-#### 0x7c00-0x7e00 (512 bytes).  Then it jumps to the beginning of it,
-#### in real mode.  This code switches into protected mode (32-bit
-#### mode) so that all of memory can accessed, loads the kernel into
-#### memory, and jumps to the first byte of the kernel, where start.S
-#### is linked.
-       
-/* Flags in control register 0 */
-#define CR0_PE 0x00000001      /* Protection Enable. */
-#define CR0_EM 0x00000004      /* (Floating-point) Emulation. */
-#define CR0_PG 0x80000000      /* Paging. */
-#define CR0_WP 0x00010000      /* Write-Protect enable in kernel mode. */
+# Runs in real mode, which is a 16-bit segment.
+       .code16
 
-# Code runs in real mode, which is a 16-bit segment.
+# Set up segment registers.
+# Stack grows downward starting from us.
 
 .globl start
 start:
-       .code16
-
-# Disable interrupts.
-# String instructions go upward.
-
-       cli
+       sub ax, ax
+       mov ds, ax
+       mov ss, ax
+       mov sp, 0x7c00
        cld
 
-# Set up data segments and stack.
-
-       subw %ax, %ax
-       movw %ax, %es
-       movw %ax, %ds
-
-# Stack grows downward starting from us.
-# We don't ever use the stack so this is strictly speaking
-# unnecessary.
-
-       movw %ax, %ss
-       movw $0x7c00, %sp
+       mov ax, 0x00e3
+       sub dx, dx
+       int 0x14
+
+# Scan floppy disks.
+
+       sub dl, dl
+       sub ebx, ebx
+       mov eax, 0x7e00
+       mov es, ax
+1:     call scan_partitions
+       inc dl
+       jnc 1b
+
+# Scan hard disks.
+       mov dl, 0x80
+1:     call outw
+       call scan_partitions
+       inc dl
+       jnc 1b
+
+1:     jmp 1b
+
+scan_partitions:
+       # EBX = sector number of partition table
+       # DL = drive number
+       # ES:0000 -> buffer for partition table
+       # Returns CF set if drive does not exist, CF clear otherwise.
+       call read_sector
+       jc no_such_drive
        
-#### Enable A20.  Address line 20 is tied to low when the machine
-#### boots, which prevents addressing memory about 1 MB.  This code
-#### fixes it.
+2:     cmp word ptr [es:510], 0xaa55
+       jnz no_boot_partition
        
-# Poll status register while busy.
-
-1:     inb $0x64, %al
-       testb $0x2, %al
-       jnz 1b
-
-# Send command for writing output port.
-
-       movb $0xd1, %al
-       outb %al, $0x64
-
-# Poll status register while busy.
-
-1:     inb $0x64, %al
-       testb $0x2, %al
-       jnz 1b
-
-# Enable A20 line.
-
-       movb $0xdf, %al
-       outb %al, $0x60
-
-#### Get memory size, via interrupt 15h function 88h.  Returns CF
-#### clear if successful, with AX = (kB of physical memory) - 1024.
-#### This only works for memory sizes <= 65 MB, which should be fine
-#### for our purposes.
+       pusha
+       mov edx, [es:508]
+       call outw
+       popa
        
-       movb $0x88, %ah
-       int $0x15
-       jc panic                # Carry flag set on error
-       addl $1024, %eax        # Total kB
-       shrl $2, %eax           # Total 4 kB pages
-       movl %eax, ram_pages
-       
-#### Create temporary page directory and page table and set page
-#### directory base register.
-
-# Create page directory at 64 kB and fill with zeroes.
-
-       mov $0x1000, %ax
-       mov %ax, %es
-       subl %eax, %eax
-       subl %edi, %edi
-       movl $0x400, %ecx
-       rep stosl
-
-# Set PDEs for 0 and LOADER_PHYS_BASE to point to the page table.
-
-       movl $0x11000 | PG_U | PG_W | PG_P, %eax
-       movl %eax, %es:0
-       movl %eax, %es:LOADER_PHYS_BASE >> 20
-
-# Initialize page table.
-
-       movl $PG_U | PG_W | PG_P, %eax
-       movl $0x400, %ecx
-1:     stosl
-       addl $0x1000, %eax
+       mov si, 446
+1:     mov al, [es:si+4]
+       cmp al, 0x20
+       jz found_boot_partition
+       cmp al, 0x05
+       jz found_extended_partition
+       cmp al, 0x0f
+       jz found_extended_partition
+       cmp al, 0x85
+       jz found_extended_partition
+       cmp al, 0xc5
+       jz found_extended_partition
+next_parttbl_entry:    
+       add si, 16
+       cmp si, 510
+       jb 1b
+
+no_boot_partition:     
+       clc
+       ret
+no_such_drive:
+       stc
+       ret
+
+found_extended_partition:
+       # DL = drive number.
+       # ES:SI -> partition table entry for extended partition.
+       # Recursively examine it.
+       pusha
+       mov ebx, es:[si+8]
+       mov ax, es
+       add ax, 0x20
+       mov es, ax
+       call scan_partitions
+       popa
+       jmp next_parttbl_entry
+
+found_boot_partition:
+       mov ebx, [es:si+8]              # EBX = first sector
+       mov cx, [es:si+12]              # CX = number of sectors
+       mov ax, 0x1000                  # ES:0000 -> load address
+       mov es, ax
+1:     call read_sector
+       add ax, 0x20
+       mov es, ax
        loop 1b
 
-# Set page directory base register.
-
-       movl $0x10000, %eax
-       movl %eax, %cr3
-       
-#### Switch to protected mode.
-
-# First we turn off interrupts because we don't set up an IDT.
+       ljmp 0x1000, 0
 
-       cli
-
-# Then we point the GDTR to our GDT.  Protected mode requires a GDT.
-# We need a data32 prefix to ensure that all 32 bits of the GDT
-# descriptor are loaded (default is to load only 24 bits).
-
-       data32 lgdt gdtdesc
-
-# Then we turn on the following bits in CR0:
-#    PE (Protect Enable): this turns on protected mode.
-#    PG (Paging): turns on paging.
-#    WP (Write Protect): if unset, ring 0 code ignores
-#       write-protect bits in page tables (!).
-#    EM (Emulation): forces floating-point instructions to trap.
-#       We don't support floating point. 
-       
-       movl %cr0, %eax
-       orl $CR0_PE | CR0_PG | CR0_WP | CR0_EM, %eax
-       movl %eax, %cr0
+       # ebx: sector number
+       # dl: drive number
+       # es:0000: destination buffer
+       # returns error flag in CF
+read_sector:
+       pusha
+       or dl, dl                       # Floppy drives: DL >= 0
+       jns read_floppy_sector
+
+read_harddrv_sector:
+       sub eax, eax
+       push eax                        # LBA sector number [32:63]
+       push ebx                        # LBA sector number [0:31]
+       push es
+       push 0
+       push 1                          # Transfer one sector
+       push 16                         # Packet size
+       mov ah, 0x42                    # Extended read
+       mov si, sp                      # DS:SI -> packet
+       int 0x13                        # Error code in CF
+       lahf
+       add sp, 16
+       sahf
+read_sector_done:
+       popa
+       ret                             # Error code in CF
+
+read_floppy_sector:
+       #define HEADS 2
+       #define SECTORS 36
+
+       # In: BX = LBA sector number, DL = drive.
+       # Out: BL = drive, DX = cylinder, AL = head, AH = sector.
+       sub ax, ax
+       xchg dx, bx                     # DX = LBA sector number, BL = drive
+       mov cx, HEADS * SECTORS
+       div cx                          # AX = cyl, DX = hd + (sec-1) * SECTORS
+       xchg ax, dx                     # DX = cyl, AX = hd + (sec-1) * SECTORS
+       mov cl, SECTORS
+       div cl                          # AL = head, AH = sector - 1
+       inc ah
+
+       # Read sector.
+       mov ch, dl                      # CH = cylinder
+       mov cl, ah                      # CL = sector
+       mov dh, al                      # DH = head
+       mov dl, bl                      # DL = drive
+       mov ax, 0x0201                  # AH = function, AL = sectors to read
+       sub bx, bx                      # ES:BX -> buffer
+       mov di, 3                       # Number of tries left.
        
-# We're now in protected mode in a 16-bit segment.  The CPU still has
-# the real-mode code segment cached in %cs's segment descriptor.  We
-# need to reload %cs, and the easiest way is to use a far jump.
-# Because we're not in a 32-bit segment the data32 prefix is needed to
-# jump to a 32-bit offset.
-
-       data32 ljmp $SEL_KCSEG, $1f + LOADER_PHYS_BASE
+try_read_floppy:
+       pusha
+       int 0x13
+       popa
+       jnc read_sector_done
+       dec di
+       jnz 1f
+       stc
+       jmp read_sector_done    
+
+1:     # Reset floppy drive motor, try again.
+       pusha
+       sub ah, ah
+       int 0x13
+       popa
+       jmp try_read_floppy
+
+outw:  pushf
+       pusha
        
-# We're now in protected mode in a 32-bit segment.
-
-       .code32
-
-# Reload all the other segment registers and the stack pointer to
-# point into our new GDT.
-
-1:     movw $SEL_KDSEG, %ax
-       movw %ax, %ds           
-       movw %ax, %es           
-       movw %ax, %fs           
-       movw %ax, %gs           
-       movw %ax, %ss
-       movl $LOADER_PHYS_BASE + 0x20000, %esp
-
-#### Load kernel starting at physical address LOADER_KERN_BASE by
-#### frobbing the IDE controller directly.
-
-       movl $1, %ebx
-       movl $LOADER_KERN_BASE + LOADER_PHYS_BASE, %edi
-read_sector:
-
-# Poll status register while controller busy.
-
-       movl $0x1f7, %edx
-1:     inb %dx, %al
-       testb $0x80, %al
-       jnz 1b
-
-# Read a single sector.
-
-       movl $0x1f2, %edx
-       movb $1, %al
-       outb %al, %dx
-
-# Sector number to write in low 28 bits.
-# LBA mode, device 0 in top 4 bits.
-
-       movl %ebx, %eax
-       andl $0x0fffffff, %eax
-       orl $0xe0000000, %eax
-
-# Dump %eax to ports 0x1f3...0x1f6.
-
-       movl $4, %ecx
-1:     incw %dx
-       outb %al, %dx
-       shrl $8, %eax
+       mov cx, 8
+       mov ebx, edx
+       mov dx, 0xe9
+1:     rol ebx, 4
+       mov al, bl
+       and al, 15
+       add al, '0'
+       cmp al, '9'
+       jbe 2f
+       add al, 'a' - '0' - 10
+2:     out dx, al
        loop 1b
 
-# READ command to command register.
-
-       incw %dx
-       movb $0x20, %al
-       outb %al, %dx
+       mov al, '\n'
+       out dx, al
 
-# Poll status register while controller busy.
-
-1:     inb %dx, %al
-       testb $0x80, %al
-       jnz 1b
-
-# Poll status register until data ready.
-
-1:     inb %dx, %al
-       testb $0x08, %al
-       jz 1b
-
-# Transfer sector.
-
-       movl $512 / 4, %ecx
-       movl $0x1f0, %edx
-       rep insl
-
-# Next sector.
-
-       incl %ebx
-       cmpl $KERNEL_LOAD_PAGES*8 + 1, %ebx
-       jnz read_sector
-
-#### Jump to kernel entry point.
-
-       movl $LOADER_PHYS_BASE + LOADER_KERN_BASE, %eax
-       call *%eax
-       jmp panic
-
-#### GDT
-
-gdt:
-       .quad 0x0000000000000000        # null seg
-       .quad 0x00cf9a000000ffff        # code seg
-       .quad 0x00cf92000000ffff        # data seg
+       popa
+       popf
+       ret
+       
+#### The partition table goes here.
+       .org 446
+part_tbl:
        
-gdtdesc:
-       .word   0x17                    # sizeof (gdt) - 1
-       .long   gdt + LOADER_PHYS_BASE  # address gdt
-
-#### Fatal error.
-#### Print panicmsg (with help from the BIOS) and spin.
-
-panic:  .code16                        # We only panic in real mode.
-       movw $panicmsg, %si
-       movb $0xe, %ah
-       subb %bh, %bh
-1:     lodsb
-       test %al, %al
-2:     jz 2b                   # Spin.
-       int $0x10
-       jmp 1b
-
-panicmsg:
-       .ascii "Loader panic!\r\n"
-       .byte 0
-
-#### Memory size in 4 kB pages.
-       .org LOADER_RAM_PAGES - LOADER_BASE
-ram_pages:
-       .long 0
-
-#### Command-line arguments inserted by another utility.
-#### The loader doesn't use these, but we note their
-#### location here for easy reference.
-       .org LOADER_CMD_LINE - LOADER_BASE
-cmd_line:
-       .fill 0x80, 1, 0
 
 #### Boot-sector signature for BIOS inspection.
-       .org LOADER_BIOS_SIG - LOADER_BASE
+       .org 510
        .word 0xaa55