简易软盘镜像工具的实现及操作系统编写初步
作者：liu_sir
摘要
本文给出了软盘镜像生成工具的实现,并用其把自己编译生成的引导文件制作成软盘镜像,写入软盘实现一个简单操作系统的引导。
关键词 软盘镜像工具 操作系统引导。
为了深入的了解80X86计算机的内部原理，参照别人的程序用汇编写了几个小程序。但生成软盘镜像的工具大都是DOS版本的，于是就想自己用VC也实现一个，并用把自己的引导程序写入软盘上验证一下。
1、镜像工具的基本原理
镜像工具读取磁盘上的文件，然后安装一定的格式生成软盘镜像文件，最后把软盘镜像文以512字节扇区为单位，写入软盘上。
2、镜像工具的界面设计及功能介绍
图1 主界面
2.1 【功能1】生成软盘镜像文件
（1）要生成镜像文件，需要先选择源文件，然后点击【生成…】，如MyDiskImg.img,点击【保存】生成镜像文件。
图2 生成镜像文件
（2）然后插入一张软盘，点击写软盘，选择刚生成的镜像文件。点击【打开】，系统便开始把选择的镜像文件写入软盘中。
图3 把镜像文件写入软盘
（3）重新启动计算机，选择从软盘启动，看操作是否成功。
3、具体代码编写
3.1 生成软盘镜像代码
基本原理为对列表中的源文件依次读取,然后写入到一个img文件中,具体的代码请参考(省略了部分不关键代码):
//生成镜像文件函数
UINT FuncGenImageFile(LPVOID pDialog)
{
//Begin 显示设置
省略…
//1.创建输出镜像文件
byte* pBuf = NULL;
DWORD count = 0,dwFileLength=0;
CFile outfile;//镜像文件
if(!outfile.Open(pCurDlg-m_ImgFileName,CFile::modeCreate | CFile::modeWrite))
{
错误提示…
return -1;
}
//2.依次对输入文件读取,写入输出镜像文件
for( int i = 0 ; i GetCount(); ++i )
{
CString sInFileName;
pList-GetText(i,sInFileName);
CFile infile;
if(!infile.Open(sInFileName,CFile::modeRead))
{
错误提示…
return -1;
}
dwFileLength = infile.GetLength();
if(i==0)
{
if(dwFileLength512)
{
sOut.Format(_T("文件%S不是一个有效的引导区文件,请使用[功能3]裁减该文件!"),sInFileName);
return -1;
}
}
if(i==0)//对0扇区文件进行特殊处理
{
pBuf = new byte[BlOCKSIZE];
::memset(pBuf,0,BlOCKSIZE);
infile.Read(pBuf,dwFileLength);
if(pBuf[510]!=0x55) pBuf[510]=0x55;
if(pBuf[511]!=0xAA) pBuf[510]=0xAA;
outfile.Write(pBuf,BlOCKSIZE);
dwFileLength = BlOCKSIZE;
}
else
{
pBuf = new byte[dwFileLength];
infile.Read(pBuf,dwFileLength);
outfile.Write(pBuf,dwFileLength);
}
infile.Close() ;
delete[] pBuf;
count += dwFileLength;
pProgCtrl-SetPos((int)(count*100/FLOPYBYTESIZE));
}
#ifdef ADISKMODE
//3.补充剩余的软盘字节为0
DWORD dwRet = FLOPYBYTESIZE-count;
pBuf = new byte[dwRet];
memset(pBuf,0,dwRet);
outfile.Write(pBuf,dwRet);
delete[] pBuf;
#endif
outfile.Close() ;
//end 显示设置
省略…
return 0;
}
3.2 写镜像文件到软盘代码
基本原理是读取生成的镜像文件,然后把其写入软盘启动器A中, 具体的代码请参考(省略了部分不关键代码):
//写镜像文件到软驱
UINT FuncWriteFlopy(LPVOID pDialog)
{
//begin显示设置
省略…
int nTotalBlocks = 80*18*2;
//1.打开A驱动器
HANDLE hFile = CreateFile(_T("\\\\.\\A:"),
GENERIC_WRITE,
FILE_SHARE_WRITE,
NULL,
OPEN_EXISTING,
0,
NULL);
if(hFile==NULL)
{
sOut = _T("不能打开驱动器A");//…
return -1;
}
PBYTE pBuffer = (PBYTE)malloc(BlOCKSIZE);
if(pBuffer==NULL)
{
sOut = _T("开辟内存空间失败!");//…
return -1;
}
memset(pBuffer,0,BlOCKSIZE);
//2.打开镜像文件
CFile fInFile;
BOOL b = fInFile.Open(pCurDlg-m_ImgFileName, CFile::modeRead);
if(!b)
{
sOut.Format(_T("不能打开镜像文件%s!"),pCurDlg-m_ImgFileName);
…
return -1;
}
//3.分块写入镜像文件
DWORD dwImgLen = fInFile.GetLength();
for(int i=0;i<nTotalBlocks;i++)
{
DWORD dwLen=0;
fInFile.Read(pBuffer, BlOCKSIZE);
WriteFile(hFile, pBuffer, BlOCKSIZE, &dwLen, NULL);
#ifndef ADISKMODE
if((DWORD)((i+1)*BlOCKSIZE)=dwImgLen) break;//镜像文件写入完毕
#endif
if(dwLen!=BlOCKSIZE)
{
sOut.Format(_T("写入镜像文件%s失败,请检查软驱!"),pCurDlg-m_ImgFileName);
//…
return -1;
}
pProgCtrl-SetPos((int)(i*100/nTotalBlocks));
}
//4.关闭文件
fInFile.Close();
CloseHandle(hFile);
free(pBuffer);
//end 显示设置
pProgCtrl-SetPos(100);
sOut.Format(_T("镜像文件%s写入软驱成功!"),pCurDlg-m_ImgFileName);
//…
return 0;
}
4、操作系统编写
4.1 PC机启动基本原理
(1) 开启电源后, 机器就会开始执行ROM BIOS的一系列系统测试动作，包括检查RAM，keyboard，显示器，软硬磁盘等等。
(2)执行完BIOS的系统测试之后，紧接着控制权会转移给ROM中的启动程序(ROM bootstrap
routine)；这个程序会将磁盘上的第0轨第0扇区（叫boot sector或MBR
，系统的引导程序就放在此处）读入内存中，并放到自0x07C0:0x0000开始的512个字节处；然后处理机将跳到此处开始执行这一引导程序；也即装入MBR中的引导程序后，
CS:IP = 0x07C0:0x0000 。
注意: 如果这个扇区的最后两个字节是"55 AA"，那么这就是一个引导扇区。如果最后两个字节不是"55 AA"，那么BIOS
就检查下一个磁盘驱动器。
4.2 基本编译工具选择
NASM:编写系统级汇编代码的绝好的工具,而且分别支持Windows和Linux系统。本来原来用TASM编译的，可发现在编写的读取硬盘扇区的汇编代码裁剪去512字节的DOS头后居然不能还运行，郁闷了好多天，都没有解决，而用NASM编译出来可以的，所以决定改用NASM。
4.3 引导代码编写
文件boot.asm，具体代码及注释
org 07c00h ; 程序会被加载到7c00处，所以需要这一句
mov ax, cs
mov ds, ax
mov es, ax
Call DispStr ; 调用显示字符串例程
jmp $ ; 无限循环
DispStr:
mov ax, BootMessage
mov bp, ax ; ES:BP = 串地址
mov cx, 16 ; CX = 串长度
mov ax, 01301h ; AH = 13h, AL = 01h
mov bx, 000ch ; 页号为0(BH = 0) 黑底红字(BL = 0Ch,高亮)
mov dl, 0
int 10h ; int 10h
ret
BootMessage: db " Hello, OS world!"
times 510-($-$$) db 0 ;填充剩下的空间，使生成的二进制代码恰好为512字节
dw 0aa55h ; 引导扇区需要以55AA结束
4.4 用NASM编译nasm boot.asm -o boot.bin
4.5 写入镜像文件及运行
按照2.1节所示的步骤把boot.Bin生成镜像文件,然后再写入软盘。下图是我再VMWare下的运行结果：
图4 系统运行显示
4.6 系统的其它功能实现
读取硬盘扇区，BIOS中断向量替换,实现文件系统，实虚模式转换及磁盘文件加载由于自己水平有限,不能详细介绍,网上有许多高手已经实现得很好了。如果感兴趣，可以参考相应的网址。详细请见：http://www.oldlinux.org
结语
本文中的部分代码来自网上及林永君老师的课件，在此表示感谢。当然，单纯做一个操作系统来说，其现实的意义已不是太大。但对于更好的了解PC机的运行机制及操作系统的中断向量，系统调动及实模式及虚模式还是有很大的意义的。另外，也可以为Linux或者Windows下的驱动及系统开发打下一个良好的基础。
