Make tests public. Rewrite most tests. Add tests.
[pintos-anon] / src / threads / loader.S
index 704b1d9b2f76a93e3d2e20a31b375562a22f65b9..796dca8c3dd101b5ef61f2708eeb6f8c9bebf223 100644 (file)
@@ -39,7 +39,8 @@
  */
 
 #include "threads/loader.h"
-#include "threads/mmu.h"
+       
+       .intel_syntax noprefix
        
 #### Kernel loader.
 
@@ -51,7 +52,7 @@
 #### memory, and jumps to the first byte of the kernel, where start.S
 #### is linked.
        
-/* Flags in control register 0 */
+/* Flags in control register 0. */
 #define CR0_PE 0x00000001      /* Protection Enable. */
 #define CR0_EM 0x00000004      /* (Floating-point) Emulation. */
 #define CR0_PG 0x80000000      /* Paging. */
@@ -59,6 +60,8 @@
 
 # Code runs in real mode, which is a 16-bit segment.
 
+.globl start
+start:
        .code16
 
 # Disable interrupts.
        cli
        cld
 
-# Set up data segments and stack.
+# Set up data segments.
 
-       subw %ax, %ax
-       movw %ax, %es
-       movw %ax, %ds
+       sub ax, ax
+       mov es, ax
+       mov ds, ax
 
+# Set up stack segment.
 # 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 ss, ax
+       mov sp, 0x7c00
        
 #### Enable A20.  Address line 20 is tied to low when the machine
 #### boots, which prevents addressing memory about 1 MB.  This code
        
 # Poll status register while busy.
 
-1:     inb $0x64, %al
-       testb $0x2, %al
+1:     in al, 0x64
+       test al, 0x2
        jnz 1b
 
 # Send command for writing output port.
 
-       movb $0xd1, %al
-       outb %al, $0x64
+       mov al, 0xd1
+       outb 0x64, al
 
 # Poll status register while busy.
 
-1:     inb $0x64, %al
-       testb $0x2, %al
+1:     in al, 0x64
+       test al, 0x2
        jnz 1b
 
 # Enable A20 line.
 
-       movb $0xdf, %al
-       outb %al, $0x60
+       mov al, 0xdf
+       out 0x60, al
 
-#### Get memory size, via interrupt 15h function 88h.  Returns CF
+#### Get memory size, via interrupt 15h function 88h, which 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.
+#### for our purposes.  We cap memory at 64 MB because that's all we
+#### prepare page tables for, below.
        
-       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
+       mov ah, 0x88
+       int 0x15
+       jc panic
+       cli                     # BIOS might have enabled interrupts
+       add eax, 1024           # Total kB memory
+       cmp eax, 0x10000        # Cap at 64 MB
+       jbe 1f
+       mov eax, 0x10000
+1:     shr eax, 2              # Total 4 kB pages
+       mov ram_pgs, eax 
        
 #### Create temporary page directory and page table and set page
 #### directory base register.
 
 # Create page directory at 64 kB and fill with zeroes.
+       mov ax, 0x1000
+       mov es, ax
+       sub eax, eax
+       sub edi, edi
+       mov ecx, 0x400
+       rep stosd
+
+# Add PDEs to point to PTEs for the first 64 MB of RAM.
+# Also add identical PDEs starting at LOADER_PHYS_BASE.
+# See [IA32-v3] section 3.7.6 for a description of the bits in eax.
+
+# A bug in some versions of GAS prevents us from using the straightforward
+#      mov es:[di + LOADER_PHYS_BASE / 1024 / 1024], eax
+# so we calculate the displacement in bx instead.
+
+       mov eax, 0x11007
+       mov ecx, 0x11
+       sub di, di
+       mov ebx, LOADER_PHYS_BASE
+       shr ebx, 20
+1:     mov es:[di], eax
+       mov es:[bx + di], eax 
+       add di, 4
+       add eax, 0x1000
+       loop 1b
 
-       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
+# Set up one-to-map linear to physical map for the first 64 MB of RAM.
+# See [IA32-v3] section 3.7.6 for a description of the bits in eax.
+
+       mov ax, 0x1100
+       mov es, ax
+       mov eax, 0x7
+       mov cx, 0x4000
+       sub di, di
+1:     mov es:[di], eax 
+       add di, 4 
+       add eax, 0x1000
        loop 1b
 
 # Set page directory base register.
 
-       movl $0x10000, %eax
-       movl %eax, %cr3
+       mov eax, 0x10000
+       mov cr3, eax
        
 #### Switch to protected mode.
 
-# First we turn off interrupts because we don't set up an IDT.
-
-       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).
 #    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
+       mov eax, cr0
+       or eax, CR0_PE + CR0_PG + CR0_WP + CR0_EM
+       mov cr0, eax
        
 # 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.
+# 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
-       
+       data32 ljmp SEL_KCSEG, 1f + LOADER_PHYS_BASE
+
 # 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
+1:     mov ax, SEL_KDSEG
+       mov ds, ax              
+       mov es, ax              
+       mov fs, ax              
+       mov gs, ax              
+       mov ss, ax
+       mov esp, LOADER_PHYS_BASE + 0x30000
 
 #### 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
+       mov ebx, 1
+       mov edi, LOADER_KERN_BASE + LOADER_PHYS_BASE
 read_sector:
 
 # Poll status register while controller busy.
 
-       movl $0x1f7, %edx
-1:     inb %dx, %al
-       testb $0x80, %al
+       mov edx, 0x1f7
+1:     in al, dx
+       test al, 0x80
        jnz 1b
 
 # Read a single sector.
 
-       movl $0x1f2, %edx
-       movb $1, %al
-       outb %al, %dx
+       mov edx, 0x1f2
+       mov al, 1 
+       out dx, al
 
 # 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
+       mov eax, ebx
+       and eax, 0x0fffffff
+       or eax, 0xe0000000
 
-# Dump %eax to ports 0x1f3...0x1f6.
+# Dump eax to ports 0x1f3...0x1f6.
 
-       movl $4, %ecx
-1:     incw %dx
-       outb %al, %dx
-       shrl $8, %eax
+       mov ecx, 4
+1:     inc dx
+       out dx, al
+       shr eax, 8
        loop 1b
 
 # READ command to command register.
 
-       incw %dx
-       movb $0x20, %al
-       outb %al, %dx
+       inc dx
+       mov al, 0x20
+       out dx, al
 
 # Poll status register while controller busy.
 
-1:     inb %dx, %al
-       testb $0x80, %al
+1:     in al, dx
+       test al, 0x80
        jnz 1b
 
 # Poll status register until data ready.
 
-1:     inb %dx, %al
-       testb $0x08, %al
+1:     in al, dx
+       test al, 0x08
        jz 1b
 
 # Transfer sector.
 
-       movl $512 / 4, %ecx
-       movl $0x1f0, %edx
-       rep insl
+       mov ecx, 256
+       mov edx, 0x1f0
+       rep insw
 
 # Next sector.
 
-       incl %ebx
-       cmpl $KERNEL_LOAD_PAGES*8 + 1, %ebx
+       inc ebx
+       cmp ebx, KERNEL_LOAD_PAGES*8 + 1
        jnz read_sector
 
 #### Jump to kernel entry point.
 
-       movl $LOADER_PHYS_BASE + LOADER_KERN_BASE, %eax
-       call *%eax
+       mov eax, LOADER_PHYS_BASE + LOADER_KERN_BASE
+       call eax
        jmp panic
 
 #### GDT
@@ -282,31 +304,36 @@ gdtdesc:
 #### 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
+       mov si, offset panic_message
+       mov ah, 0xe
+       sub bh, bh
 1:     lodsb
-       test %al, %al
+       test al, al
 2:     jz 2b                   # Spin.
-       int $0x10
+       int 0x10
        jmp 1b
 
-panicmsg:
-       .ascii "Loader panic!\r\n"
+panic_message:
+       .ascii "Panic!"
        .byte 0
 
-#### Memory size in 4 kB pages.
-       .org LOADER_RAM_PAGES - LOADER_BASE
-ram_pages:
+#### Physical memory size in 4 kB pages.
+#### This is initialized by the loader and read by the kernel.
+       .org LOADER_RAM_PGS - LOADER_BASE
+ram_pgs:
        .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:
+#### Command-line arguments and their count.
+#### This is written by the `pintos' utility and read by the kernel.
+#### The loader itself does not do anything with the command line.
+       .org LOADER_ARG_CNT - LOADER_BASE
+arg_cnt:       
+       .long 0
+       .org LOADER_ARGS - LOADER_BASE
+args:          
        .fill 0x80, 1, 0
 
-#### Boot-sector signature for BIOS inspection.
-       .org LOADER_BIOS_SIG - LOADER_BASE
+#### Boot-sector signature.
+#### The BIOS checks that this is set properly.
+       .org LOADER_SIG - LOADER_BASE
        .word 0xaa55