pintos-os.org Git - pintos-anon/blob - src/threads/loader.S

   1 #include "threads/loader.h"
   2
   3 #### Kernel loader.
   4
   5 #### This code should be stored in the first sector of a hard disk.
   6 #### When the BIOS runs, it loads this code at physical address
   7 #### 0x7c00-0x7e00 (512 bytes) and jumps to the beginning of it,
   8 #### in real mode.  The loader loads the kernel into memory and jumps
   9 #### to its entry point, which is the start function in start.S.
  10 ####
  11 #### The BIOS passes in the drive that the loader was read from as
  12 #### DL, with floppy drives numbered 0x00, 0x01, ... and hard drives
  13 #### numbered 0x80, 0x81, ...  We want to support booting a kernel on
  14 #### a different drive from the loader, so we don't take advantage of
  15 #### this.
  16
  17 # Runs in real mode, which is a 16-bit segment.
  18         .code16
  19
  20 # Set up segment registers.
  21 # Set stack to grow downward from 60 kB (after boot, the kernel
  22 # continues to use this stack for its initial thread).
  23
  24         sub %ax, %ax
  25         mov %ax, %ds
  26         mov %ax, %ss
  27         mov $0xf000, %esp
  28
  29 # Configure serial port so we can report progress without connected VGA.
  30 # See [IntrList] for details.
  31         sub %dx, %dx                    # Serial port 0.
  32         mov $0xe3, %al                  # 9600 bps, N-8-1.
  33                                         # AH is already 0 (Initialize Port).
  34         int $0x14                       # Destroys AX.
  35
  36         call puts
  37         .string "PiLo"
  38
  39 #### Read the partition table on each system hard disk and scan for a
  40 #### partition of type 0x20, which is the type that we use for a
  41 #### Pintos kernel.
  42 ####
  43 #### Read [Partitions] for a description of the partition table format
  44 #### that we parse.
  45 ####
  46 #### We print out status messages to show the disk and partition being
  47 #### scanned, e.g. hda1234 as we scan four partitions on the first
  48 #### hard disk.
  49
  50         mov $0x80, %dl                  # Hard disk 0.
  51 read_mbr:
  52         sub %ebx, %ebx                  # Sector 0.
  53         mov $0x2000, %ax                # Use 0x20000 for buffer.
  54         mov %ax, %es
  55         call read_sector
  56         jc no_such_drive
  57
  58         # Print hd[a-z].
  59         call puts
  60         .string " hd"
  61         mov %dl, %al
  62         add $'a' - 0x80, %al
  63         call putc
  64
  65         # Check for MBR signature--if not present, it's not a
  66         # partitioned hard disk.
  67         cmpw $0xaa55, %es:510
  68         jne next_drive
  69
  70         mov $446, %si                   # Offset of partition table entry 1.
  71         mov $'1', %al
  72 check_partition:
  73         # Is it an unused partition?
  74         cmpl $0, %es:(%si)
  75         je next_partition
  76
  77         # Print [1-4].
  78         call putc
  79
  80         # Is it a Pintos kernel partition?
  81         cmpb $0x20, %es:4(%si)
  82         jne next_partition
  83
  84         # Is it a bootable partition?
  85         cmpb $0x80, %es:(%si)
  86         je load_kernel
  87
  88 next_partition:
  89         # No match for this partition, go on to the next one.
  90         add $16, %si                    # Offset to next partition table entry.
  91         inc %al
  92         cmp $510, %si
  93         jb check_partition
  94
  95 next_drive:
  96         # No match on this drive, go on to the next one.
  97         inc %dl
  98         jnc read_mbr
  99
 100 no_such_drive:
 101 no_boot_partition:
 102         # Didn't find a Pintos kernel partition anywhere, give up.
 103         call puts
 104         .string "\rNot found\r"
 105
 106         # Notify BIOS that boot failed.  See [IntrList].
 107         int $0x18
 108
 109 #### We found a kernel.  The kernel's drive is in DL.  The partition
 110 #### table entry for the kernel's partition is at ES:SI.  Our job now
 111 #### is to read the kernel from disk and jump to its start address.
 112
 113 load_kernel:
 114         call puts
 115         .string "\rLoading"
 116
 117         # Figure out number of sectors to read.  A Pintos kernel is
 118         # just an ELF format object, which doesn't have an
 119         # easy-to-read field to identify its own size (see [ELF1]).
 120         # But we limit Pintos kernels to 512 kB for other reasons, so
 121         # it's easy enough to just read the entire contents of the
 122         # partition or 512 kB from disk, whichever is smaller.
 123         mov %es:12(%si), %ecx           # EBP = number of sectors
 124         cmp $1024, %ecx                 # Cap size at 512 kB
 125         jbe 1f
 126         mov $1024, %cx
 127 1:
 128
 129         mov %es:8(%si), %ebx            # EBX = first sector
 130         mov $0x2000, %ax                # Start load address: 0x20000
 131
 132 next_sector:
 133         # Read one sector into memory.
 134         mov %ax, %es                    # ES:0000 -> load address
 135         call read_sector
 136         jc read_failed
 137
 138         # Print '.' as progress indicator once every 16 sectors == 8 kB.
 139         test $15, %bl
 140         jnz 1f
 141         call puts
 142         .string "."
 143 1:
 144
 145         # Advance memory pointer and disk sector.
 146         add $0x20, %ax
 147         inc %bx
 148         loop next_sector
 149
 150         call puts
 151         .string "\r"
 152
 153 #### Transfer control to the kernel that we loaded.  We read the start
 154 #### address out of the ELF header (see [ELF1]) and convert it from a
 155 #### 32-bit linear address into a 16:16 segment:offset address for
 156 #### real mode, then jump to the converted address.  The 80x86 doesn't
 157 #### have an instruction to jump to an absolute segment:offset kept in
 158 #### registers, so in fact we store the address in a temporary memory
 159 #### location, then jump indirectly through that location.  To save 4
 160 #### bytes in the loader, we reuse 4 bytes of the loader's code for
 161 #### this temporary pointer.
 162
 163         mov $0x2000, %ax
 164         mov %ax, %es
 165         mov %es:0x18, %dx
 166         mov %dx, start
 167         movw $0x2000, start + 2
 168         ljmp *start
 169
 170 read_failed:
 171 start:
 172         # Disk sector read failed.
 173         call puts
 174 1:      .string "\rBad read\r"
 175
 176         # Notify BIOS that boot failed.  See [IntrList].
 177         int $0x18
 178
 179 #### Print string subroutine.  To save space in the loader, this
 180 #### subroutine takes its null-terminated string argument from the
 181 #### code stream just after the call, and then returns to the byte
 182 #### just after the terminating null.  This subroutine preserves all
 183 #### general-purpose registers.
 184
 185 puts:   xchg %si, %ss:(%esp)
 186         push %ax
 187 next_char:
 188         mov %cs:(%si), %al
 189         inc %si
 190         test %al, %al
 191         jz 1f
 192         call putc
 193         jmp next_char
 194 1:      pop %ax
 195         xchg %si, %ss:(%esp)
 196         ret
 197
 198 #### Character output subroutine.  Prints the character in AL to the
 199 #### VGA display and serial port 0, using BIOS services (see
 200 #### [IntrList]).  Preserves all general-purpose registers.
 201 ####
 202 #### If called upon to output a carriage return, this subroutine
 203 #### automatically supplies the following line feed.
 204
 205 putc:   pusha
 206
 207 1:      sub %bh, %bh                    # Page 0.
 208         mov $0x0e, %ah                  # Teletype output service.
 209         int $0x10
 210
 211         mov $0x01, %ah                  # Serial port output service.
 212         sub %dx, %dx                    # Serial port 0.
 213 2:      int $0x14                       # Destroys AH.
 214         test $0x80, %ah                 # Output timed out?
 215         jz 3f
 216         movw $0x9090, 2b                # Turn "int $0x14" above into NOPs.
 217
 218 3:
 219         cmp $'\r', %al
 220         jne popa_ret
 221         mov $'\n', %al
 222         jmp 1b
 223
 224 #### Sector read subroutine.  Takes a drive number in DL (0x80 = hard
 225 #### disk 0, 0x81 = hard disk 1, ...) and a sector number in EBX, and
 226 #### reads the specified sector into memory at ES:0000.  Returns with
 227 #### carry set on error, clear otherwise.  Preserves all
 228 #### general-purpose registers.
 229
 230 read_sector:
 231         pusha
 232         sub %ax, %ax
 233         push %ax                        # LBA sector number [48:63]
 234         push %ax                        # LBA sector number [32:47]
 235         push %ebx                       # LBA sector number [0:31]
 236         push %es                        # Buffer segment
 237         push %ax                        # Buffer offset (always 0)
 238         push $1                         # Number of sectors to read
 239         push $16                        # Packet size
 240         mov $0x42, %ah                  # Extended read
 241         mov %sp, %si                    # DS:SI -> packet
 242         int $0x13                       # Error code in CF
 243         popa                            # Pop 16 bytes, preserve flags
 244 popa_ret:
 245         popa
 246         ret                             # Error code still in CF
 247
 248 #### Command-line arguments and their count.
 249 #### This is written by the `pintos' utility and read by the kernel.
 250 #### The loader itself does not do anything with the command line.
 251         .org LOADER_ARG_CNT - LOADER_BASE
 252         .fill LOADER_ARG_CNT_LEN, 1, 0
 253
 254         .org LOADER_ARGS - LOADER_BASE
 255         .fill LOADER_ARGS_LEN, 1, 0
 256
 257 #### Partition table.
 258         .org LOADER_PARTS - LOADER_BASE
 259         .fill LOADER_PARTS_LEN, 1, 0
 260
 261 #### Boot-sector signature for BIOS inspection.
 262         .org LOADER_SIG - LOADER_BASE
 263         .word 0xaa55