Video mode initialization and transition to protected mode

비디오 모드의 초기화와 보호 모드로 전환하기

이것은 커널 부팅 과정 시리즈의 세번째 파트입니다. 이전 파트에서는 main.c에서 set_video루틴을 호출하기 직전에 끝났습니다.

이번 파트에서 볼 것:

커널 설정 코드에서 비디오 모드 초기화하기
보호 모드로 전환하기 전에 준비할 것
보호 모드로 전환하기

참고 보호 모드가 무엇인지 모르는 분은 이전 파트에서 정보를 찾아볼 수 있습니다. 또한 도움을 줄 수 있는 몇 가지 링크가 있습니다.

소스코드파일arch/x86/boot/video.c에 정의되어 있는 set_video 함수에서 시작합니다. 제일 먼저 boot_params.hdr구조체에서 비디오 모드를 가져옵니다.

u16 mode = boot_params.hdr.vid_mode;

copy_boot_params 함수로 값을 채웠었습니다(이전 포스트 참조). vid_mode는 부트로더로 인해 채워지는 필수 필드입니다. boot protocol커널에서 이에 대한 정보를 찾을 수 있습니다.

Offset    Proto    Name        Meaning
/Size
01FA/2    ALL        vid_mode    Video mode control

리눅스 커널 부트 프로토콜에서 읽을 수 있습니다:

vga=<mode>
    <mode> 이것은 정수 (C내부의 표기,
    10진법, 8진법, 또는 16진법 중에서) 또는 하나의 스트링
    "normal" (meaning 0xFFFF), "ext" (meaning 0xFFFE) 또는 "ask"
    (meaning 0xFFFD) 중 하나.  이 값은 vid_mode field에 넣어져야
        한다, 그래서 이것은 커맨드라인을 분석하기 전에 커널에서 사용된다.

따라서 vga 옵션을 grub(또는 다른 부트로더) 구성 파일에 추가할 수 있으며, 이 옵션을 커널 커맨드 라인에 전달할 수 있습니다. 이 옵션은 설명에 언급 된대로 다른 값을 가질 수 있습니다. 예를 들어 정수 0xFFFD이나 ask를 사용할 수 있습니다. vga에 ask를 전달하면 다음과 같은 메뉴가 나옵니다:

비디오 모드를 선택하라는 메시지가 표시됩니다. 구현한 것을 살펴보기 전에 봐야하는 것들이 있습니다.

커널 데이터 타입

이전 커널 설정 코드에서 u16같은 다른 데이터 타입의 정의를 봤습니다. 커널이 제공하는 몇가지 데이터 타입을 살펴봅시다.

Type	char	short	int	long	u8	u16	u32	u64
Size	1	2	4	8	1	2	4	8

이 커널의 소스코드들은 매우 자주 보게 될 것이니 기억하는 것이 좋습니다.

힙 API

다음으로 boot_params.hdr의 set_video함수에서 vid_mode를 가져와 RESET_HEAP 함수를 호출하는 것을 볼 수 있습니다. RESET_HEAP은 arch/x86/boot/boot.h헤더 파일에서 정의된 매크로입니다.

이 매크로는 다음과 같이 정의됩니다:

#define RESET_HEAP() ((void *)( HEAP = _end ))

두 번째 파트를 읽었다면 init_heap함수를 사용해 힙이 초기화되는 것을 기억할 것입니다. arch/x86/boot/boot.h에 힙을 관리하기 위해 정의된 유틸리티 매크로와 함수가 있습니다.

그것들은:

#define RESET_HEAP()

위에서 본 것처럼 HEAP의 _end변수를 설정함으로써 힙을 초기화합니다. _end는 extern char _end[];에 있습니다.

다음은 GET_HEAP매크로입니다:

#define GET_HEAP(type, n) \
    ((type *)__get_heap(sizeof(type),__alignof__(type),(n)))

힙을 할당하기 위해 __get_heap에 3개의 매개변수를 넣어 내부함수를 호출합니다:

할당할 데이터 타입의 크기
__alignof__(type)은 어떻게 이 유형의 변수를 정렬할 것인지
n은 할당할 항목의 수

__get_heap의 구현:

static inline char *__get_heap(size_t s, size_t a, size_t n)
{
    char *tmp;

    HEAP = (char *)(((size_t)HEAP+(a-1)) & ~(a-1));
    tmp = HEAP;
    HEAP += s*n;
    return tmp;
}

다음과 같은 사용법을 볼 수 있습니다:

saved.data = GET_HEAP(u16, saved.x * saved.y);

__get_heap이 어떻게 작동하는지 이해해봅시다. HEAP()의 매개변수 a에 따라 정렬된 메모리의 주소가 할당된 것을 알 수 있습니다. 다음으로 HEAP에서 tmp변수의 메모리주소를 저장하면 HEAP은 할당된 블록의 끝으로 이동하고 할당된 메모리의 시작 주소에 tmp가 반환됩니다.

마지막 기능은 다음과 같습니다.

static inline bool heap_free(size_t n)
{
    return (int)(heap_end - HEAP) >= (int)n;
}

(이전 파트에서 계산)heap_end에서 HEAP포인터의 값을 빼고 사용할 수 있는 메모리가 충분하면 1을 반환합니다.

이제 힙에대한 간단한 API가 있으면 비디오 모드를 설정할 수 있습니다.

비디오 모드 설정

이제 비디오 모드의 초기화로 직접 이동할 수 있습니다. RESET_HEAP()에서 set_video함수를 호출하고 멈췄습니다. 그 다음은 include/uapi/linux/screen_info.h헤더 파일에 정의된 boot_params.screen_info구조에 비디오 모드 파라미터를 저장하는 store_mode_params의 호출입니다.

store_mode_params함수를 보면 store_cursor_position함수를 호출하며 시작하는 것을 볼 수 있습니다. 함수 이름에서 알 수 있듯이 커서에 대한 정보를 가져와서 저장합니다.

첫째로 store_cursor_position가 가진 biosregs와 함께 AH = 0x3 두 변수를 초기화하고 0x10 BIOS 인터럽트를 호출합니다. 인터럽트가 성공적으로 실행되면 DL과 DH레지스터의행렬을 반환합니다. 행렬은 boot_params.screen_info구조의 orig_x, orig_y필드를 저장할 수 있습니다.

store_cursor_position의 실행 후 store_video_mode함수가 호출됩니다. 이것은 현재 비디오 모드를 얻고 boot_params.screen_info.orig_video_mode를 저장합니다.

그런 다음, store_mode_params는 현재 비디오 모드를 체크하고 video_segment를 설정합니다. BIOS가 부트 섹터 컨트롤을 전송한 후 따라오는 주소는 비디오 메모리 용입니다:

0xB000:0x0000     32 Kb     Monochrome Text Video Memory
0xB800:0x0000     32 Kb     Color Text Video Memory

따라서 현재 비디오 모드의 MDA, HGC 또는 VGA가 모노크롬 모드이고 0xb800이거나 현재 비디오 모드가 컬러 모드이면 video_segment변수를 0xb000로 설정합니다. 비디오 세그먼트의 주소를 설정했으면 boot_params.screen_info.orig_video_points에 폰트 사이즈를 저장해야 합니다.

set_fs(0);
font_size = rdfs16(0x485);
boot_params.screen_info.orig_video_points = font_size;

첫번째로 set_fs함수를 이용해 F5레지스터에 0을 넣습니다. 이전 파트에서 set_fs같은 함수는 이미 봤습니다. 이것들은 모두 arch/x86/boot/boot.h에 정의되어 있습니다. 다음으로 주소 0x485(이 메모리 위치는 폰트 사이즈를 가져오는데 사용)에서 값을 읽고 boot_params.screen_info.orig_video_points에 폰트 사이즈를 저장합니다.

x = rdfs16(0x44a);
y = (adapter == ADAPTER_CGA) ? 25 : rdfs8(0x484)+1;

다음으로 주소0x44a에서 열의 개수를, 주소0x484에서 행의 개수를 가져오고 그것들을 boot_params.screen_info.orig_video_cols과 boot_params.screen_info.orig_video_lines에 저장합니다. 그 다음 store_mode_params을 실행하면 끝입니다.

다음으로 화면의 내용을 힙에 저장하는 save_screen함수입니다. 이 함수는 이전의 함수에서 얻은 모든 데이터(행과 열, 재료 등)를 수집하여 다음과 같이 정의된 saved_screen구조체에 저장합니다.

static struct saved_screen {
    int x, y;
    int curx, cury;
    u16 *data;
} saved;

그런 다음 힙에 여유 공간이 있는지 확인합니다.

if (!heap_free(saved.x*saved.y*sizeof(u16)+512))
        return;

공간이 충분하면 힙에 공간을 할당하고 saved_screen에 저장합니다.

다음 호출은 arch/x86/boot/video-mode.c소스 코드 파일의 probe_cards(0)입니다. 이것은 모든 비디오 카드를 지나가며 카드가 제공하는 모드의 개수를 수집합니다. 다음은 흥미로운 부분으로 루프를 볼 수 있습니다.

for (card = video_cards; card < video_cards_end; card++) {
  /* collecting number of modes here */
}

그러나 video_cards가 어디에도 선언되지 않았습니다. 답은 간단합니다. x86 커널 설정 코드에 표시되는 모든 비디오 모드는 다음과 같은 정의를 가집니다.

static __videocard video_vga = {
    .card_name    = "VGA",
    .probe        = vga_probe,
    .set_mode    = vga_set_mode,
};

__videocard매크로의 위치:

#define __videocard struct card_info __attribute__((used,section(".videocards")))

이는 card_info구조체를 의미합니다.

struct card_info {
    const char *card_name;
    int (*set_mode)(struct mode_info *mode);
    int (*probe)(void);
    struct mode_info *modes;
    int nmodes;
    int unsafe;
    u16 xmode_first;
    u16 xmode_n;
};

.videocards세그먼트에서 우리가 찾을 수 있는 링커 스크립트arch/x86/boot/setup.ld를 살펴봅시다.

    .videocards    : {
        video_cards = .;
        *(.videocards)
        video_cards_end = .;
    }

이것은 video_cards는 단순한 메모리 주소이며 모든 card_info구조체는 세그먼트에 배치된다는 것을 의미합니다. 모든 card_info 구조체는 video_cards와 video_cards_end 사이에 배치되므로 루프를 사용하여 모든 구조체를 살핍니다. probe_cards가 실행되면 static __videocard video_vga이나 nmodes(비디오 모드의 수)가 채워진 것과 같은 구조체들을 가집니다.

다음으로 probe_cards함수를 수행하면 set_video함수의 메인루프로 이동합니다. 커널 커맨드 라인에 vid_mode=ask가 전달되거나 비디오 모드가 정의되지 않은 경우 set_mode함수로 비디오 모드를 설정하거나 메뉴를 출력하는 무한루프가 있습니다.

set_mode함수는 video-mode.c에 정의되어 있으며 매개변수로 비디오 모드의 개수인 mode하나만 가져옵니다(이 값은 메뉴 또는 커널 설정 헤더의 시작부분 setup_video에서 얻음).

set_mode함수는 mode를 확인하고 raw_set_mode함수를 호출합니다. raw_set_mode는 set_mode함수에서 선택된 카드 card->set_mode(struct mode_info*)를 호출합니다. card_info구조체 함수에 접근할 수 있습니다. 모든 비디오 모드는 비디오 모드에 의해 채워진 값으로 구조체를 정의합니다.(예를 들어 vga는 video_vga.set_mode함수입니다. 위의 예시를 보면 card_info구조체는 vga입니다). video_vga.set_mode는 vga_set_mode이므로 vga 모드를 확인하고 해당 함수를 호출합니다.

static int vga_set_mode(struct mode_info *mode)
{
    vga_set_basic_mode();

    force_x = mode->x;
    force_y = mode->y;

    switch (mode->mode) {
    case VIDEO_80x25:
        break;
    case VIDEO_8POINT:
        vga_set_8font();
        break;
    case VIDEO_80x43:
        vga_set_80x43();
        break;
    case VIDEO_80x28:
        vga_set_14font();
        break;
    case VIDEO_80x30:
        vga_set_80x30();
        break;
    case VIDEO_80x34:
        vga_set_80x34();
        break;
    case VIDEO_80x60:
        vga_set_80x60();
        break;
    }
    return 0;
}

비디오 모드를 설정하는 모든 함수는 AH레지스터의 특정 값으로 0x10 BIOS 인터럽트를 호출합니다.

비디오 모드를 설정한 다음 boot_params.hdr.vid_mode를 전달합니다.

다음 vesa_store_edid이 호출됩니다. 이 함수는 커널의 사용 정보 EDID (Extended Display Identification Data)를 간단하게 저장합니다. 다음으로 store_mode_params을 다시 호출합니다. 마지막으로 do_restore을 설정하면 화면이 이전 상태로 복원됩니다.

이 작업을 완료하면 비디오 모드 설정이 완료되었으며 이제 보호 모드로 전환할 수 있습니다.

보호 모드로 전환하기 전 마지막 준비

arch/x86/boot/main.c의 go_to_protected_mode에서 마지막 함수 호출을 볼 수 있습니다. 주석:Do the last things and invoke protected mode에서 알 수 있듯이 마지막 사항을 확인하고 보호모드로 전환하십시오.

go_to_protected_mode함수는 arch/x86/boot/pm.c에 정의되어 있습니다. 여기에는 보호 모드로 들어가기 전에 마지막으로 준비해야 하는 함수가 포함되어 있으니 함수를 살펴보고 작동 방식을 이해하려고 노력하십시오.

먼저 go_to_protected_mode의 realmode_switch_hook함수를 호출합니다. 이 함수는 리얼 모드 스위치 후크가 있으면 이를 호출하고 NMI를 비활성화합니다. 부트로더가 적대적인 환경에서 실행되는 경우 후크가 사용됩니다. boot protocol에서 후크에 대한 자세한 내용을 볼 수 있습니다(고급 부트 로더 후크참조).

realmode_switch후크는 마스크 불가능 인터럽트를 비활성화하는 16 비트 리얼 모드 원거리 서브루틴에 대한 포인터를 제공합니다. realmode_switch후크를 확인한 후, 마스크 불가능 인터럽트(NMI)는 사용할 수 없습니다.

asm volatile("cli");
outb(0x80, 0x70);    /* Disable NMI */
io_delay();

처음에 인터럽트 플래그 (IF)를 지우는 인라인 어셈블리 명령문 cli가 있습니다. 다음으로 외부 인터럽트가 비활성화됩니다. 다음 줄은 NMI(마스크 불가능 인터럽트)를 비활성화합니다.

인터럽트는 하드웨어나 소프트웨어에 의해 발생하는 CPU신호 입니다. 신호를 얻은 후 CPU는 현재 명령 시퀀스를 중단하고 상태를 저장하며, 컨트롤을 인터럽트 핸들러로 전송합니다. 다음으로 인터럽트 핸들러는 작업을 완료하고 컨트롤을 다시 인터럽트 명령으로 전송합니다. 마스크 불가능 인터럽트(NMI)는 권한에 관계없이 항상 실행되는 인터럽트입니다. 이것들은 무시할 수 없고 일반적으로 복구할 수 없는 하드웨어 오류를 나타내는데 사용됩니다. 지금은 인터럽트의 세부사항에 들어가지 않고 다음 포스트에서 논의할 것입니다.

다시 코드로 옵니다. 두번째 줄에서 바이트0x80(비활성화된 바이트)를 0x70(CMOS 주소 레지스터)에 쓰는 것을 볼 수 있습니다. 그 후 io_delay함수 호출이 발생합니다. io_delay에서 다음과 같이 약간의 딜레이가 있습니다:

static inline void io_delay(void)
{
    const u16 DELAY_PORT = 0x80;
    asm volatile("outb %%al,%0" : : "dN" (DELAY_PORT));
}

0x80포트에 바이트를 출력하면 정확히 1마이크로 초가 지연되어야 합니다. 따라서 어떤 값(이 경우 AL)이라도 0x80포트에 쓸 수 있습니다. 이 딜레이 후에 realmode_switch_hook함수의 실행이 끝나고 다음 함수로 넘어갈 수 있습니다.

다음 함수는 enable_a20으로 A20 line에서 활성화 할 수 있습니다. 이 함수는 arch/x86/boot/a20.c에 정의되었으며 다른 방법으로 A20 게이트를 활성화하려 합니다. 첫번째로 a20_test_short함수는 a20_test함수와 함께 A20의 활성화 여부를 확인합니다:

static int a20_test(int loops)
{
    int ok = 0;
    int saved, ctr;

    set_fs(0x0000);
    set_gs(0xffff);

    saved = ctr = rdfs32(A20_TEST_ADDR);

        while (loops--) {
        wrfs32(++ctr, A20_TEST_ADDR);
        io_delay();    /* Serialize and make delay constant */
        ok = rdgs32(A20_TEST_ADDR+0x10) ^ ctr;
        if (ok)
            break;
    }

    wrfs32(saved, A20_TEST_ADDR);
    return ok;
}

우선 FS레지스터에 0x0000을 넣고 GS레지스터에 0xffff를 넣습니다. 다음으로 주소A20_TEST_ADDR(0x200)에서 값을 읽고 이 값을 변수saved와 ctr에 넣습니다.

다음, wrfs32함수로 업데이트된 ctr값을 fs:A20_TEST_ADDR 또는 fs:0x200에 넣습니다. 1마이크로초 뒤 주소 A20_TEST_ADDR+0x10에서 GS레지스터의 값을 읽습니다. a20 라인이 비활성화된 경우 주소가 겹치며, a20라인이 0이 아닌 경우 이미 A20라인이 활성화 된 것입니다.

A20이 비활성화된 경우 a20.c에서 다른 방법을 찾아 활성화해야 합니다. 예를 들어, AH=0x2041를 써서 0x15BIOS 인터럽트를 호출할 수 있습니다.

enable_a20함수가 실패로 끝나면 에러 메시지를 출력하고 die함수를 호출합니다. 첫 소스 코드 파일arch/x86/boot/header.S을 기억해보십시오.

die:
    hlt
    jmp    die
    .size    die, .-die

A20 게이트가 성공적으로 활성화되면 reset_coprocessor함수가 호출됩니다:

outb(0, 0xf0);
outb(0, 0xf1);

이 함수는 0xf0에 0을 적어서 수학 보조프로세서를 지우고 0xf1에 0을 적어서 초기화합니다.

그 다음 mask_all_interrupts함수가 호출됩니다:

outb(0xff, 0xa1);       /* Mask all interrupts on the secondary PIC */
outb(0xfb, 0x21);       /* Mask all but cascade on the primary PIC */

이 마스크는 1차 PIC의 IRQ2를 제외한 2차 PIC(Programmable Interrupt Controller)와 1차 PIC의 모든 인터럽트를 마스크합니다.

모든 준비 후에 실제 보호 모드로 전환되는 것을 볼 수 있습니다.

인터럽트 설명자 테이블 설정

이제 setup_idt함수로 인터럽트 디스크립터 테이블(IDT)을 설정합니다.

static void setup_idt(void)
{
    static const struct gdt_ptr null_idt = {0, 0};
    asm volatile("lidtl %0" : : "m" (null_idt));
}

인터럽트 디스크립터 테이블을 설정합니다(인터럽트 핸들러 등을 설명). 현재는 IDT가 설치되지 않았지만(나중에 볼 예정), lidtl 명령과 IDT를 불러오면 됩니다. null_idt는 주소와 IDT의 크기를 포함하지만 현재는 0입니다. null_idt는 gdt_ptr구조체로 다음과 같이 정의됩니다:

struct gdt_ptr {
    u16 len;
    u32 ptr;
} __attribute__((packed));

여기서 16비트 길이(len)의 IDT와 이에 대한 32비트 포인터를 볼 수 있습니다(IDT와 인터럽션에 대해 자세한 내용은 다음 포스트에서 볼 수 있습니다). __attribute__((packed))는 gdt_ptr가 요구하는 최소한의 크기를 의미합니다. 따라서 gdt_ptr의 크기는 여기서도 6바이트 또는 48비트입니다. (다음에 GDTR레지스터에서 gdt_ptr포인터를 부르고 이전 포스트에서 이것이 48비트라고 한 것을 기억할 수도 있습니다).

글로벌 디스크립터 테이블 설정

다음은 글로벌 디스크립터 테이블(GDT)의 설정입니다. GDT를 설정한 setup_gdt함수를 볼 수 있습니다(포스트 커널 부팅 과정. 파트 2.에서 읽을 수 있습니다). boot_gdt배열 함수의 정의는 세그먼트 3개의 정의를 포함합니다:

static const u64 boot_gdt[] __attribute__((aligned(16))) = {
    [GDT_ENTRY_BOOT_CS] = GDT_ENTRY(0xc09b, 0, 0xfffff),
    [GDT_ENTRY_BOOT_DS] = GDT_ENTRY(0xc093, 0, 0xfffff),
    [GDT_ENTRY_BOOT_TSS] = GDT_ENTRY(0x0089, 4096, 103),
};

코드, 데이터 및 TSS(Task State Segment)에서 현재 작업 상태 세그먼트를 사용하지 않을 것입니다. 주석 행에서 볼 수 있듯이 이것은 Intel VT를 적절히하기 위해 추가되었습니다(관심이 있는 경우 여기에서 설명하는 커밋을 찾을 수 있습니다). boot_gdt을 봅시다. 우선 __attribute__((aligned(16)))속성이 있습니다. 이는 이 구조체가 16바이트로 정렬되는 것을 의미합니다.

간단한 예제를 봅시다:

#include <stdio.h>

struct aligned {
    int a;
}__attribute__((aligned(16)));

struct nonaligned {
    int b;
};

int main(void)
{
    struct aligned    a;
    struct nonaligned na;

    printf("Not aligned - %zu \n", sizeof(na));
    printf("Aligned - %zu \n", sizeof(a));체

    return 0;
}

기술적으로 int필드를 포함하는 구조체는 4바이트여야 하지만 aligned구조체는 메모리에 저장하기 위해 16바이트가 필요합니다.

$ gcc test.c -o test && test
Not aligned - 4
Aligned - 16

GDT_ENTRY_BOOT_CS는 인덱스 2개, GDT_ENTRY_BOOT_DS는 GDT_ENTRY_BOOT_CS + 1 등이 있습니다. 첫번째는 필수 널 디스크립터(index - 0)여서 2에서 시작하고 두번째는 사용하지 않습니다(index -1).

GDT_ENTRY는 flags, base, limit 및 GDT 항목을 작성하는 매크로입니다. 예를 들어, 코드 세크먼트 항목을 살펴봅시다. GDT_ENTRY는 다음 값을 갖습니다:

base - 0
limit - 0xfffff
flags - 0xc09b

이것은 무엇을 의미하는가? 세크먼트의 기본 주소는 0이고, limit(세그먼트의 크기)는 0xfffff(1MB)입니다. flags를 봅시다. flags는 0xc09b이고 다음과 같습니다:

1100 0000 1001 1011

이진법으로 모든 비트의 의미를 이해해봅시다. 모든 비트를 왼쪽에서 오른쪽으로 살펴봅시다.

1 - (G) granularity bit
1 - (D) 16비트 세그먼트인 경우; 1 = 32비트 세그먼트
0 - (L) 1인 경우 64비트 모드에서 실행
0 - (AVL) 시스템 소프트웨어에서 사용할 수 있는
0000 - 디스크립터에서 4비트의 길이는 19:16비트
1 - (P) 메모리에서 세그먼트의 존재
00 - (DPL) - 권한 레벨, 0이 가장 높은 권한
1 - (S) 시스템 세그먼트가 아닌 코드나 데이터 세그먼트
101 - 세그먼트 타입 실행/읽기/
1 - 액세스 된 비트

이전 포스트 또는 인텔® 64 and IA-32 아키텍쳐 소프트웨어 개발자 메뉴얼 3A에서 모든 비트에 대한 자세한 내용을 읽을 수 있습니다.

다음과 같이 GDT의 길이를 얻습니다:

gdt.len = sizeof(boot_gdt)-1;

boot_gdt의 크기를 얻고 1을 뺍니다(GDT의 마지막 유효주소).

다음으로 GDT의 포인터를 얻습니다:

gdt.ptr = (u32)&boot_gdt + (ds() << 4);

boot_gdt의 주소를 얻고 왼쪽으로 4비트 이동한 데이터 세그먼트의 주소를 추가합니다(현재 리얼모드인 것을 기억하십시오).

마지막으로 GDT를 GDTR레지스터에 로드하는 lgdtl명령을 실행합니다:

asm volatile("lgdtl %0" : : "m" (gdt));

보호 모드로의 실제 전환

이것이 go_to_protected_mode함수의 끝입니다. IDT 및 GDT를 로드하고 인터럽트를 비활성화했으며 이제 CPU를 보호모드로 전환할 수 있습니다. 마지막 단계는 protected_mode_jump함수와 두 매개변수를 호출하는 것입니다.

protected_mode_jump(boot_params.hdr.code32_start, (u32)&boot_params + (ds() << 4));

arch/x86/boot/pmjump.S에 정의되어 있습니다.

두 매개변수가 하는 일은:

보호 모드 진입 포인트의 주소
boot_params의 주소

protected_mode_jump의 내부를 봅시다. 위에 쓴 것처럼 arch/x86/boot/pmjump.S를 찾을 수 있습니다. 첫번째 매개변수는 eax레지스터에 있고 두번째는 edx에 있습니다.

먼저, boot_params의 주소에 esi레지스터를 넣고 코드 세그먼트 레지스터cs에 bx를 넣습니다. 그런 다음 bx를 4비트 씩 이동해 레이블2로 지정된 메모리위치(즉, (cs << 4) + in_pm32를 32비트 모드로 전환하고 옮길 물리 주소)에 추가하고 레이블1로 이동합니다. 따라서 레이블2의 in_pm32은 (cs << 4) + in_pm32로 덮어 쓰여집니다.

다음으로 데이터 세그먼트와 작업 상태 세그먼트를 cx와 di레지스터에 넣습니다:

movw    $__BOOT_DS, %cx
movw    $__BOOT_TSS, %di

위에서 읽은 것처럼 GDT_ENTRY_BOOT_CS는 인덱스 2개를 가졌으며 모든 GDT항목이 8바이트입니다. 따라서 CS는 2 * 8 = 16이 되고 __BOOT_DS는 24입니다.

다음으로 CR0제어 레지스터에서 PE(보호 활성화) 비트를 설정합니다:

movl    %cr0, %edx
orb    $X86_CR0_PE, %dl
movl    %edx, %cr0

보호 모드로 이동합니다:

    .byte    0x66, 0xea
2:    .long    in_pm32
    .word    __BOOT_CS

위치:

0x66은 16비트와 32비트를 혼합할 수 있는 피연산자 크기 접두사입니다.
0xea - opcode로 이동
in_pm32은 보호모드에서 세그먼트 오프셋이며 실제 모드에서 파생된 값(cs << 4) + in_pm32이 있습니다.
__BOOT_CS는 이동하려는 코드 세그먼트 입니다.

다음은 드디어 보호 모드입니다:

.code32
.section ".text32","ax"

보호 모드에서 수행된 첫 번째 단계를 살펴봅시다. 먼저 다음과 같이 데이터 세그먼트를 설정합니다:

movl    %ecx, %ds
movl    %ecx, %es
movl    %ecx, %fs
movl    %ecx, %gs
movl    %ecx, %ss

관심이 있다면 cx레지스터의 $__BOOT_DS에 저장한 것을 기억할 것입니다. 이제 cs(cs는 이미 __BOOT_CS)이외의 모든 세그먼트 레지스터를 채웁니다.

그리고 디버깅 목적으로 유효한 스택을 설정합니다:

addl    %ebx, %esp

32비트 진입 포인트로 이동하기 전 마지막 단계는 범용 레지스터를 지우는 것입니다:

xorl    %ecx, %ecx
xorl    %edx, %edx
xorl    %ebx, %ebx
xorl    %ebp, %ebp
xorl    %edi, %edi

그리고 마지막으로 32비트 진입 포인트로 이동합니다:

jmpl    *%eax

eax는 32비트 진입 주소를 포함하는 것을 기억하십시오(protected_mode_jump의 첫번째 매개변수로 전달).

끝났습니다. 보호 모드에 들어왔고 진입 포인트는 멈춥니다. 다음에 일어날 일은 다음 파트에서 보겠습니다.

결론

리눅스 커널 내부에 대한 세번째 파트의 끝입니다. 다음 파트에서는 보호 모드에서 시작하여 long mode로 전환하는 첫 번째 단계를 살펴보겠습니다.

질문이나 제안 사항이 있다면 코멘트를 남기거나 트위터로 보내주세요.

영어는 모국어가 아니며 모든 불편한 점은 정말 죄송합니다. 실수를 발견하면 linux-insides에서 수정 사항이 포함된 PR을 보내주십시오.

링크

PreviousFirst steps in the kernel setup code NextTransition to 64-bit mode

Last updated 4 years ago