30日でできる！OS自作入門（２日目）[Ubuntu16.04/NASM]

; hello-os
; TAB=4

 ORG 0x7c00 ; メモリ上の開始位置

; ディスクのための記述

 JMP entry
 DB 0x90
 DB "HELLOIPL" ; ブートセレクタの名前を自由にかいていよい (8Byte)
 DW 512 ; 1セクタの大きさ (512にしなければならない)
 DB 1 ; クラスタの大きさ (1セクタにしなければならない)
 DW 1 ; FATがどこから始まるか (普通は1セクタ目からにする)
 DB 2 ; FATの個数 (2にしなければならない)
 DW 224 ; ルートディレクトリ領域の大きさ (普通は224エントリにする)
 DW 2880 ; このドライブの大きさ (2880セクタにしなければならない)
 DB 0xf0 ; メディアタイプ (0xf0にしなければならない)
 DW 9 ; FAT領域の長さ (9セクタにしなければならない)
 DW 18 ; 1トラックにいくつのセクタがあるか (18にしなければならない)
 DW 2 ; ヘッドの数 (2にしなければならない)
 DD 0 ; パーティションを使っていないのでここは必ず0
 DD 2880 ; このドライブの大きさをもう一度書く
 DB 0, 0, 0x29 ; よくわからないけどこの値にしておくといいらしい
 DD 0xffffffff ; たぶんボリュームシリアル番号
 DB "HELLO-OS " ; ディスクの名前 (11Byte)
 DB "FAT12 " ; フォーマットの名前 (8Byte)
 RESB 18 ; とりあえず18バイト開けておく

; Program Main Body
entry:
 MOV AX, 0 ; レジスタの初期化
 MOV SS, AX
 MOV SP, 0x7c00
 MOV DS, AX
 MOV ES, AX

 MOV SI, msg
putloop:
 MOV AL, [SI] ; BYTE (accumulator low)
 ADD SI, 1 ; increment
 CMP AL, 0 ; compare (<end msg>)
 JE fin ; jump to fin if equal to 0
 MOV AH, 0x0e ; AH = 0x0e
 MOV BX, 15 ; BH = 0, BL = <color code>
 INT 0x10 ; interrupt BIOS
 JMP putloop
fin:
 HLT
 JMP fin

msg:
 DB 0x0a, 0x0a
 DB "hello, world"
 DB 0x0a
 DB 0 ; end msg

 ;RESB 0x7dfe-($-$$) ; これだとエラーが出た。。。
 RESB 0x7dfe-0x7c00-($-$$)

 DB 0x55, 0xaa

; ブート以外の記述

 DB 0xf0, 0xff, 0xff, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00
 RESB 4600
 DB 0xf0, 0xff, 0xff, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00
 RESB 1469432

 ;RESB 0x7dfe-($-$$) ; これだとエラーが出た。。。

 ......
; ディスクのための記述

 JMP entry
 DB 0x90
 ......

; hello-os
; TAB=4

 ORG 0x7c00 ; このプログラムがメモリ上のどこによみこまれるのか

; ディスクのための記述
; offset byte
 JMP entry ; BS_JmpBoot 0
 DB 0x90 ; BS_JmpBoot 1
 DB "HELLOIPL" ; BS_OEMName 3 8
 DW 512 ; BPB_BytsPerSec 11 2 : バイト単位のセクタ サイズ
 DB 1 ; BPB_SecPerClus 13 1 : アロケーション ユニット(<-クラスタ)(割り当て単位)当たりのセクタ数
 DW 1 ; BPB_RsvdSecCnt 14 2 : 予約領域のセクタ数 (少なくともこのBPBを含むブートセクタそれ自身が存在するため、0であってはならない)
 DB 2 ; BPB_NumFATs 16 1 : FATの個数 (このフィールドの値は常に2に設定すべきである)
 DW 224 ; BPB_RootEntCnt 17 2 : ルートディレクトリに含まれるディレクトリエントリの数を示す
 DW 2880 ; BPB_TotSec16 19 2 : ボリュームの総セクタ数(古い16ビット フィールド)
 DB 0xf0 ; BPB_Media 21 1 : メディアタイプ(区画分けされた固定ディスク ドライブでは0xF8が標準値である。区画分けされないリムーバブル メディアでは0xF0がしばしば使われる)
 DW 9 ; BPB_FATSz16 22 2 : 1個のFATが占めるセクタ数
 DW 18 ; BPB_SecPerTrk 24 2 : トラック当たりのセクタ数
 DW 2 ; BPB_NumHeads 26 2 : ヘッドの数
 DD 0 ; BPB_HiddSec 28 4 : ストレージ上でこのボリュームの手前に存在する隠れた物理セクタの数(ボリュームがストレージの先頭から始まる場合(つまりフロッピー ディスクなど区画分けされていないもの)では常に0であるべきである。)
 DD 2880 ; BPB_TotSec32 32 4 : ボリュームの総セクタ数(新しい32ビット フィールド)


; FAT12/16におけるオフセット36以降のフィールド
 ;DB 0, 0, 0x29 ; 以下の３行に分けて記述
 DB 0x00 ; BS_DrvNum 36 1
 DB 0x00 ; BS_Reserved1 37 1
 DB 0x29 ; BS_BootSig 38 1

 DD 0xffffffff ; BS_VolID 39 4 : ボリュームシリアル番号
 DB "HELLO-OS " ; BS_VolLab 43 11 : ディスクの名前(ルート ディレクトリに記録される11バイトのボリューム ラベルに一致する)
 DB "FAT12 " ; BS_FilSysType 54 8 : フォーマットの名前
 RESB 18 ; とりあえず18バイト開けておく

; START BS_BootCode 64 448
; (ブートストラップ プログラム。システム依存フィールドで、未使用時はゼロで埋める。)
entry:
 MOV AX, 0 ; レジスタの初期化
 MOV SS, AX
 MOV SP, 0x7c00
 MOV DS, AX
 MOV ES, AX

 MOV SI, msg
putloop:
 MOV AL, [SI] ; BYTE (accumulator low)
 ADD SI, 1 ; increment
 CMP AL, 0 ; compare (<end msg>)
 JE fin ; jump to fin if equal to 0
 MOV AH, 0x0e ; AH = 0x0e
 MOV BX, 15 ; BH = 0, BL = <color code>
 INT 0x10 ; interrupt BIOS
 JMP putloop
fin:
 HLT
 JMP fin

msg:
 DB 0x0a, 0x0a
 DB "hello, world"
 DB 0x0a
 DB 0 ; end msg

 ;RESB 0x7dfe-($-$$) ; これだとエラーが出た。。。
 RESB 0x7dfe-0x7c00-($-$$) ; 現在の場所から0x1fdまで(残りの未使用領域)を0で埋める。
; END BS_BootCode

 DB 0x55, 0xaa ; BS_BootSign 510 2 : 以下の記述と同様
 ;DW 0xAA55

$ make run

# ファイル生成規則

ipl.bin : ipl.asm Makefile
	nasm ipl.asm -o ipl.bin -l ipl.lst

# helloos.img : ipl.bin tail.bin Makefile
helloos.img : ipl.bin Makefile
	#cat ipl.bin tail.bin > helloos.img
	cat ipl.bin > helloos.img

asm :
	make -r ipl.bin

img :
	make -r helloos.img

run :
	make img
	qemu-system-i386 helloos.img

; hello-os
; FAT12 format

; - [Tips　IA32（x86）命令一覧](http://softwaretechnique.jp/OS_Development/Tips/IA32_instructions.html)
; - [Add命令](http://softwaretechnique.jp/OS_Development/Tips/IA32_Instructions/ADD.html)
; - [MOV命令](http://softwaretechnique.jp/OS_Development/Tips/IA32_Instructions/MOV.html)

;=======================================================================================================================
; ブートセクタ (512バイト)
; > 0x00007c00 - 0x00007dff ： ブートセクタが読み込まれるアドレス
; > [ソフトウェア的用途区分 - (AT)memorymap - os-wiki](http://oswiki.osask.jp/?%28AT%29memorymap#qd4cd666)
; リトルエンディアン

 ;=======================================================================
 ; このプログラムがメモリ上のどこによみこまれるのか
 ; > [7.1.1 ORG: Binary File Program Origin - NASM - The Netwide Assembler](https://www.nasm.us/doc/nasmdoc7.html#section-7.1.1)
 ORG 0x7c00

 ;=======================================================================
 ; ディスクのための記述
 ; http://elm-chan.org/docs/fat.html#notes
 ; BPB(BIOS Parameter Block)
 ; Name | Offset | Byte | Description
 ; | 
 ; FAT12/16/32共通フィールド(オフセット0～35)
 JMP entry ; BS_JmpBoot | 0x0000-0x0002 0-2 | 3 | Jump to Bootstrap
 DB 0x90 ; | ブートストラッププログラムへのジャンプ命令(x86命令)。
 ; | 0xEB, 0x??, 0x90 (ショート ジャンプ+NOP)
 DB "HELLOIPL" ; BS_OEMName | 0x0003-0x000a 3-10 | 8 | これは単なる名前である
 DW 512 ; BPB_BytsPerSec | 0x000b-0x000c 11-12 | 2 | セクタあたりのバイト数.
 ; | 512, 1024, 2048, 4096
 ; | Bytes Per Cluster
 DB 1 ; BPB_SecPerClus | 0x000d 13 | 1 | アロケーションユニット(割り当て単位)当たりのセクタ数
 ; | アロケーションユニットはクラスタと呼ばれている
 ; | Secters Per Cluster
 DW 1 ; BPB_RsvdSecCnt | 0x000e-0x000f 14-15 | 2 | 予約領域のセクタ数 (少なくとも
 ; | このBPB(BIOS Parameter Block)を含むブート
 ; | セクタそれ自身が存在するため0であってはならない)
 DB 2 ; BPB_NumFATs | 0x0010 16 | 1 | FATの個数 
 ; | (このフィールドの値は常に2に設定すべきである)
 DW 224 ; BPB_RootEntCnt | 0x0011-0x0012 17-18 | 2 | FAT12/16ボリュームではルートディレクトリに
 ; | 含まれるディレクトリエントリの数を示す.
 ; | このフィールドにはディレクトリテーブルのサイズが
 ; | 2セクタ境界にアライメントする値,つまり,
 ; | BPB_RootEntCnt*32がBPB_BytsPerSecの偶数倍になる値
 ; | を設定すべきである. (32というのはディレクトリエントリ1個のサイズ)
 ; | 最大の互換性のためにはFAT16では512に設定すべき.
 ; | FAT32ボリュームではこのフィールドは使われず,
 ; | 常に0でなければならない.
 ; | 224x32=4x16x32=4x512
 ; | 512=32x16
 ; | | | 
 DW 2880 ; BPB_TotSec16 | 0x0013-0x0014 19-20 | 2 | ボリュームの総セクタ数(古い16ビットフィールド).
 ; | ボリュームの4つの領域全てを含んだセクタ数.
 ; | FAT12/16でボリュームのセクタ数が0x10000以上になる
 ; | ときは,このフィールドには無効値(0)が設定され,真の
 ; | 値がBPB_TotSec32に設定される.
 ; | FAT32ボリュームでは,このフィールドは必ず無効値で
 ; | なければならない.
 ; | 0x10000=(2^4)^4=65536 > 2880
 ; | | | 
 DB 0xf0 ; BPB_Media | 0x0015 21 | 1 | 区画分けされた固定ディスクドライブでは0xF8が標準
 ; | 値である. 区画分けされないリムーバブルメディアで
 ; | は0xF0がしばしば使われる. このフィールドに有効な
 ; | 値は,0xF0,0xF8,0xF9,0xFA,0xFB,0xFC,0xFD,0xFE,0xFF
 ; | で,ほかに重要な点はこれと同じ値をFAT[0]の下位8
 ; | ビットに置かなければならないということだけである.
 ; | これはMS-DOS 1.xでメディアタイプの設定に遡り,
 ; | 既に使われていない。
 ; | | | 
 DW 9 ; BPB_FATSz16 | 0x0016-0x0017 22-23 | 2 | 1個のFATが占めるセクタ数.
 ; | このフィールドはFAT12/FAT16ボリュームでのみ使われる.
 ; | FAT32ボリュームでは必ず無効値(0)でなければならず,
 ; | 代わりにBPB_FATSz32が使われる. FAT領域のサイズは,
 ; | この値 * BPB_NumFATsセクタとなる。
 ; | | | 
 DW 18 ; BPB_SecPerTrk | 0x0018-0x0019 24-25 | 2 | トラック当たりのセクタ数
 DW 2 ; BPB_NumHeads | 0x001a-0x001b 26-27 | 2 | ヘッドの数
 DD 0 ; BPB_HiddSec | 0x001c-0x001f 28-31 | 4 | ストレージ上でこのボリュームの手前に存在する隠れ
 ; | た物理セクタの数. 一般的にIBM PCのディスクBIOSで
 ; | アクセスされるストレージに関するものであり,どの
 ; | ような値が入るかはシステム依存. ボリュームがスト
 ; | レージの先頭から始まる場合(つまりフロッピーディ
 ; | スクなど区画分けされていないもの)では常に0である
 ; | べきである.
 ; | | | 
 DD 2880 ; BPB_TotSec32 | 0x0020-0x0023 32-35 | 4 | ボリュームの総セクタ数(新しい32ビットフィールド).
 ; | この値はボリュームの4つの領域全てを含んだセクタ数
 ; | である.
 ; | FAT12/16ボリュームで総セクタ数が0x10000未満のとき,
 ; | このフィールドは無効値(0)でなければならなず,真の
 ; | 値はBPB_TotSec16に設定される.
 ; | FAT32ボリュームでは常に有効値が入る.

 ;=======================================================================
 ; FAT12/16におけるオフセット36以降のフィールド
 ; Name | Offset | Byte | Description
 ; | | | 
 DB 0x00 ; BS_DrvNum | 0x0024 36 | 1 |
 DB 0x00 ; BS_Reserved1 | 0x0025 37 | 1 |
 DB 0x29 ; BS_BootSig | 0x0026 38 | 1 |

 DD 0xffffffff ; BS_VolID | 0x0027-0x002a 39-42 | 4 | ボリュームシリアル番号
 DB "HELLO-OS " ; BS_VolLab | 0x002a-0x0036 43-54 | 11 | ディスクの名前(ルートディレクトリに記録される11バイトのボリュームラベルに一致する)
 DB "FAT12 " ; BS_FilSysType | 0x0036-0x003d 54-61 | 8 | フォーマットの名前
 RESB 18 ; | 0x003e-0x004f 62-79 | 8 | Reserve Bytes : [3.2.2 RESB and Friends: Declaring Uninitialized Data](https://www.nasm.us/doc/nasmdoc3.html#section-3.2.2)
 ; | 18バイト空けて 0x7c50 の直前まで埋める
 ; | naskでは0で初期化するみたいだがnasmだ
 ; | と初期化しない


 ;=======================================================================
 ; START BS_BootCode | 64 448
 ; (ブートストラッププログラム. システム依存フィールドで、未使用時はゼロで埋める。)
 ; 0x7c50
 ;
 ; rb (register byte), rw (register word), rd (register double-word) 等の表記は
 ; https://www.intel.co.jp/content/dam/www/public/ijkk/jp/ja/documents/developer/IA32_Arh_Dev_Man_Vol2A_i.pdf
 ; によっている.
 ; > | rb | rw | rd |
 ; > 0 | AL | AX | EAX |
 ; > 1 | CL | CX | ECX |
 ; > 2 | DL | DX | EDX |
 ; > 3 | BL | BX | EBX |
 ; > 4 | AL | SP | ESP |
 ; > 5 | CL | BP | EBP |
 ; > 6 | DL | SI | ESI |
 ; > 7 | BL | DI | EDI |
 ; > imm8 － 即値バイト値。記号 imm8 は -128 から +127 までの符号付き数値である
 ; == 16 bit register ==
 ; AX : acumulator
 ; CX : Counter
 ; DX : Data
 ; BX : Base
 ; SP : Stack Pointer
 ; BP : Base Pointer
 ; SI : Source Index
 ; DI : Destination Index
 ; ES : Extra Segment
 ; CS : Code Segment
 ; SS : Stack Segmengt
 ; DS : Data Segmengt
 ; FS : no-name
 ; GS : no-name

entry:
 MOV AX, 0 ; AX (rw1) に0(imm8)代入
 MOV SS, AX
 MOV SP, 0x7c00
 MOV DS, AX
 MOV ES, AX

 MOV SI, msg
putloop:
 MOV AL, BYTE [SI] ; BYTE (accumulator low)
 ADD SI, 1 ; increment stack index
 CMP AL, 0 ; compare (<end msg>)
 JE fin ; jump to fin if equal to 0

																; 一文字表示
 MOV AH, 0x0e ; AH = 0x0e
 MOV BX, 15 ; BH = 0, BL = <color code>
 INT 0x10 ; interrupt BIOS
																; [INT(0x10); ビデオ関係 - (AT)BIOS - os-wiki](http://oswiki.osask.jp/?%28AT%29BIOS#n5884802)
 JMP putloop
fin:
 HLT
 JMP fin

msg:
 DB 0x0a, 0x0a
 DB "hello, world"
 DB 0x0a
 DB 0 ; end msg

 ;RESB 0x7dfe-($-$$) ; これだとエラーが出た。。。
																	 ; セクタサイズ 512 Byte なので 510 Byte目までを埋めたいときは
																	 ; 0x1fe - ($-$$) としてやればいい
 ; > you can tell how far into the section you are by using ($-$$)
 ; > [3.5 Expressions - NASM - The Netwide Assembler](https://www.nasm.us/doc/nasmdoc3.html#section-3.5)
 RESB 0x1fe-($-$$)			 ; 現在の場所から 0x1fd (0x1fe の直前)
 ; まで(残りの未使用領域)を0で埋める
 ; (naskでは0で初期化するみたいだがnasm
 ; だと初期化しない) 
 ; 0x7dfe-0x7c00 = 32254−31744 = 510

 ;=======================================================================
 ; END BS_BootCode ; Name | Offset | Byte | Description
 DB 0x55, 0xaa ; BS_BootSign | 0x7dfe-0x7dff | 510 |

.DEFAULT_GOAL : all
.PHONY : all
all : img

ipl.bin : ipl.asm

%.bin : %.asm
	nasm $^ -o $@ -l $*.lst

helloos.img : ipl.bin
	cat $^ > $@


.PHONY : asm
asm :
# -r, --no-builtin-rules
# Eliminate use of the built-in implicit rules.
# Also clear out the default list of suffixes for suffix rules.
#	make --no-builtin-rules ipl.bin
	make ipl.bin

.PHONY : img
img :
	make helloos.img

.PHONY : run
run :
	make img
	qemu-system-i386 helloos.img

.PHONY : clean
clean :
# lstは残しておいてもいいと思うのでcleanに入れていない
	@rm *.img *.bin

$ cd helloos4
($ make)
$ make run