Break GDT, TSS out of init.c, mmu.h.
[pintos-anon] / src / threads / loader.S
index f2563bb149af8b64c46a07473b3ec1d80906cd1c..535c442c4f1f39a0d59cf43aa51c0e3cc8beee33 100644 (file)
@@ -1,15 +1,23 @@
+#include "loader.h"
 #include "mmu.h"
+#include "gdt.h"
        
-###################################################################################
-# ENTRY POINT  
-#   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 jumps to the beginning of it, in real-mode (BIOS runs in real mode).  
-#      
+##############################################################################
+# 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, then calls into C.
-###################################################################################
+# 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. */
+
 .globl start                           # Entry point   
 start: .code16                         # This runs in real mode
        cli                             # Disable interrupts
@@ -40,12 +48,12 @@ start:      .code16                         # This runs in real mode
 #### 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.
        
-       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
+       movb $0x88,%ah
+       int $0x15
+       jc panic                # Carry flag set on error
+2:     addl $1024,%eax         # Total kB
+       shrl $2,%eax            # Total 4 kB pages
+       movl %eax, ram_pages
        
 #### switch from real to protected mode        
 ####     The segments in GDT allow all of physical memory to be accessed.
@@ -59,9 +67,10 @@ start:       .code16                         # This runs in real mode
        movl %cr0, %eax         # turn on protected mode
        orl $CR0_PE, %eax       # 
        movl %eax, %cr0         # 
-       ### CPU magic: jump to relocation, flush prefetch queue, and reload %cs
-       ### Has the effect of just jmp to the next instruction, but simultaneous
-       ### loads CS with $PROT_MODE_CSEG.
+       ### CPU magic: jump to relocation, flush prefetch queue, and
+       ### reload %cs Has the effect of just jmp to the next
+       ### instruction, but simultaneous loads CS with
+       ### $PROT_MODE_CSEG.
        ljmp $SEL_KCSEG, $protcseg
        
 #### We are in protected mode in a 32-bit segment (hence the .code32)
@@ -74,75 +83,106 @@ protcseg:
        movw %ax, %gs           
        movw %ax, %ss
 
-#### Load kernel at 1 MB by frobbing the IDE controller directly.
+#### Load kernel starting at physical address LOADER_KERN_BASE by
+#### frobbing the IDE controller directly.
 
        movl $1, %ebx
-       movl $0x100000, %edi
-read_sector:           
+       movl $LOADER_KERN_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
-2:     incl %edx
+2:     incw %dx
        outb %al, %dx
        shrl $8, %eax
        loop 2b
 
+       ### READ command to command register.
        incw %dx
        movb $0x20, %al
        outb %al, %dx
-       
+
+       ### 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
 
-##### Create temporary PDE and PTE and set page directory pointer
+##### Create temporary page directory and page table, set page
+##### directory pointer, and turn on paging.
 ##### FIXME? We could use a single 4 MB page instead of 1024 4 kB pages.
 
-       movl $0x10000, %edi
+       # Create page directory at 64 kB.
+       movl $0x10000, %edi             
        movl %edi, %cr3
+
+       # Fill page directory with zeroes.
        subl %eax, %eax
        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, 0x10000
-       movl %eax, 0x10c00
+       movl %eax, 0x10000 | (LOADER_PHYS_BASE >> 20)
+
+       # Initialize page table.
        movl $PG_U | PG_W | PG_P, %eax
        movl $0x400, %ecx
 1:     stosl
        addl $0x1000, %eax
        loop 1b
 
-##### Enable paging.
-
+       # Turn on paging.
        movl %cr0, %eax
        orl $CR0_PG, %eax
        movl %eax, %cr0
        jmp 1f
 1:
+
+##### Turn on EM bit in CR0, forcing most floating-point instructions
+##### to trap.  We don't support floating-point or MMX.
+
+       movl %cr0, %eax
+       orl $CR0_EM, %eax
+       movl %eax, %cr0
        
 ##### Jump to kernel entry point.
 
-       movl $0xc0007c00, %esp
-       movl $0xc0100000, %eax
+       movl $LOADER_PHYS_BASE + LOADER_BASE, %esp
+       movl $LOADER_PHYS_BASE + LOADER_KERN_BASE, %eax
        jmp *%eax
 
 ##### GDT
@@ -156,14 +196,33 @@ gdtdesc:
        .word   0x17                    # sizeof (gdt) - 1
        .long   gdt                     # address gdt
 
-##### Arrive here on error
-panic: jmp panic
+##### To panic, we print panicmsg (with help from the BIOS) and spin.
+panic:  .code16                        # We only panic in real mode.
+       movw $panicmsg, %si
+       movb $0xe, %ah
+       xorb %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 0x200 - 8
+       .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 0x200 - 2
+       .org LOADER_BIOS_SIG - LOADER_BASE
        .word 0xaa55