30天自制操作系统（day2）

第2天：汇编语言学习与Makefile入门

**一、实验主要内容
1、内容1：**文本编译器notepad++下载。在网上另外找到的编译器，然后在群里进行了分享，网址为https://dl.pconline.com.cn/html_2/1/117/id=10699&pn=0.html。直接选择本地下载，注意设置语言。点击就可以使用，界面如下（太简洁了吧…）

用他来打开一个nas文件，如helloos3中的helloos.nas看一下：
打开之后可以看到代码部分可以正常显示，但注释部分是日文，可能是因为这款编译器是由日本开发的，不影响使用。

**2、内容2：**学习相关知识。本次实验的主要核心内容是学习部分汇编指令，helloos.nas中的程序核心部分如下：

其中entry，putloop，fin，msg用于指定jmp指令的跳转目的地址
这里有部分新指令：
ORG指令：来源于”origin”，这个指令告诉nask，程序要从指定的这个地址（0x7c00）开始，把程序装载带内存中的这个地址。$代表将要读入的内 存地址。
JMP指令：相当于C语言的goto语句，跳转指令。
MOV指令：赋值，”MOV AX,0” 相当于” AX=0; ”，要求源数据和目的数据必须位数相同。
INT指令：软件中断指令，BIOS程序在电脑出厂时组装在主板上的ROM里，里面写入了操作系统开发人员经常用到的程序（各种函数的集合）。INT就是用来调用这些函数的指令，INT后面跟数字，不同的数字可以调用不同的函数。
HLT指令：停止指令，让CPU进入待机状态，任一操作都可以唤醒CPU。
以及部分寄存器的讲解：
16位具有代表性的寄存器，前四个寄存器的X代表拓展（extend）。其次，下面寄存器的排列顺序是按照机器语言中的寄存器的编号排列的。这八个寄存器全部合起来只有十六个字节，CPU把全部的寄存器用上也只能存储十六个字节：
AX—accumulator , 累加寄存器
CX—counter , 计数寄存器（这个我在上节实验课的时候就在创新点部分用到了）
DX—data , 数据寄存器
BX—base , 基址寄存器（用于保护内存）
SP—stack pointer , 栈指针寄存器
BP—base pointer , 基址指针寄存器
SI—source index , 源变址寄存器
DI—destination index , 目的变址寄存器
8个特殊的8位寄存器，实际上就是上面四个拓展寄存器的高八位和低八位罢了，相应的产生了符号拓展指令movs和零拓展指令movz
AL—accumulator low , 累加寄存器低位
CL—counter low , 计数寄存器低位
DL—data low , 数据寄存器低位
BL—base low , 基址寄存器低位
AH—accumulator high , 累加寄存器高位
CH—counter high , 计数寄存器高位
DH—data high , 数据寄存器高位
BH—base high , 基址寄存器高位
当然寄存器还有很多，还是标志位寄存器啦，段寄存器啦，32位寄存器和64位系统的64位寄存器，这里不进行一一描述。

**3、内容3：**指令具体操作和汇编语言。
MOV指令可以指定数据大小，比如说BYTE , WORD , DWORD 等汇编语言保留字。如MOV BYTE [678] ,123 指令是用“678”号地址保存“123”这个数值，1byte就是八位，相当于某八个存储单元存了代表“123”的开或关的电信号。“数据大小 [地址] ”是一个固定的组合，如果是MOV WORD [678],123 就相当于把123当成一个16位的二进制数值，保存在地址678,679这两个位置里。如果是DWORD就是相邻（地址增加方向）的两个字节都保存了123这个数。“BYTE[SI]”如果SI中保存的是789，则BYTE[SI]就是BYTE[789]的意思，所以MOV AL, BYTE[SI] 就是将SI地址的1字节内容读到AL。这个 [SI] 表示内存地址，因为MOV指令的源数据和目的数据位数相同，即AL寄存器可存放位数刚好等于SI的内存地址的位数。
CMP指令是一个比较作用，AL中的数值与0相比，如果AL=0; goto fin; JE指令是结果相等则跳转。
显示字符要跟显卡联系起来，INT 0x10是调用的0x10（16）号函数，在操作系统中控制显卡。查阅BIOS网页得出显示一个字符的格式：
AH=0x0e;
AL=character code;
BH=0;
BL=color code；
返回值：无
注意：beep、退格（back space）、CR、LF都会被当做控制字符处理
值得注意的是，BL中放入了彩色字符码，而我们这里赋值的是给BX，改变了BL的值，作者尝试修改颜色但只能显示白色，实际上的原因是这个窗口不能显示其他颜色字体，我们每次的run都是显示黑底白字，关于怎么显示其他颜色字体，书本后面会有介绍到。
解读fin：前面的HLT指令是让CPU进入待机状态的指令，只要外部发生变化，就会继续执行程序，但其实HLT指令的下一句就是死循环跳转指令，所以不写HLT指令也是可以的。不过耗电太大，考虑到资源问题所以加上HLT。
改写成c语言后就是如下：
Putloop:
AL=BYTE[SI];
SI=SI+1;
If( AL==0 ) { goto fin; }
AH=0x0e;
BX=15;
INT 0x10;
goto putloop;
Fin:
HLT;
goto fin;

**4、内容4：**先制作启动区。
把helloos.nas的后半部分（从msg部分后面的DB语句）截掉，保留512个字节，把文件名改成ipl.nas，然后保存。运行!cons_nt.bat后输入asm指令生成以下文件，


再用makeimg.bat文件生成helloos.img文件然后运行。（实际上可以直接将helloos4文件夹复制到tolset中）


5、makefile入门。
先用记事本输入以下内容，保存之后再把.txt后缀名去掉，就变成了makefile不带拓展名文件。


根据书本上解释：
ipl.bin : ipl.nas Makefile——制作ipl.bin之前检查ipl.nas和Makefile文件是否准备好，如果有这两个文件就执行下一行，下面的helloos.img也是一样的写法。
…/z_tools/nas.exe ipl.nas il.bin ipl.lst——打开当前目录（tolset文件夹）下z_tools文件夹下的nask.exe应用程序，在ipl.nas文件的基础上生成ipl.bin和ipl.lst文件
…/z_tools/edimg.exe imgin:…/z_tools/fdimg0at.tek wbinimg src:ipl.bin len:512 from:0 to :0 imgout:helloos.img——打开指定目录下的edimg.exe程序和fdimg0at.tek文件，生成一个长度为512字节的helloos.img文件
\是续行符号。
需要从tolset的z_new_w文件夹中复制make.bat过来制作make.exe。
用!Cons打开一个命令行窗口，输入“make -r ipl.bin”启动make.exe，它首先读取Makefile文件，寻找制作ipl.bin的方法，make.exe找到制作方法之后去执行其中的命令顺利生成ipl.bin


然后我们再输入“make -r helloos.img”启动make.exe按照指令执行。


如果删除helloos.img和ipl.bin之后输入“make -r helloos.img”命令，make会生成helloos.img文件，其中会先去Makefile寻找ipl.bin的生成方法，生成ipl.bin在生成helloos.img。



如果不删除文件，再输入命令“make -r helloos.img”执行：

改进：在Makefile文件里加入
img :
…/z_tools/make.exe -r helloos.img
这里img:——是命令名称
…/z_tools/make.exe -r helloos.img——是调用指定路径下的make.exe应用程序，然后执行helloos.img命令，实际上就相当于上面再命令窗口里输入的“make -r helloos.img”命令。
修改之后，我们只需要输入“make img”就可直接生成helloos.img了，此时可以删掉making.bat，再加入下面这些：

这里asm:、run:、install:——是命令名称
其余的基本上都是打开指定路径下的应用程序来生成一些文件
copy helloos.img …\z_tools\qemu\fdimage0.bin——上次实验在run.bat中的指令，将helloos.img拷贝到指定路径下的fimage0.bin中。
…/z_tools/make.exe -C …/z_tools/qemu——打开执行路径下的make.exe应用程序并执行相应路径下的qemu文件夹里的程序，最终实现在屏幕上打印字符串。
加入之后，“run.bat”、“install.bat”都用不着了，现在只需要在命令窗口输入“make run”它就会首先执行“make img”, 然后再启动模拟器。也就是说，现在如果删除刚刚生成的文件之后，直接输入“make run”就可以显示输出文字啦！什么都没有，然后输入“make run”指令。


**二、遇到的问题及解决方法
1、描述问题1：**电子版代码有误。
做实验的时候我用的电子版，发现这里有一个人民币的符号（￥），当时由于不理解代码意思没当回事，但后来一直运行不了，在网上找到相应的教程之后才发现这里出错了。

解决方法：将这个人民币符号（￥）修改为“\”之后就可以正常运行，这里表示换行符号，太长了写不下，跳到下一行继续写
**2、问题2：**在制作好Makefile文件后编译出现问题。

解决方法：导致该问题的原因在Makefile文件中，命令行必须要以tab键开头，否则将编译不成功。
三、程序设计创新点
使用makefile打开其他的软件？