操作系统学习 让启动镜像支持Fat12文件格式
2020-12-28
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一、Fat12 文件格式
1. 格式简要说明
- Fat12是DOS支持的软盘格式。
- FAT全称是文件分配表（File Allocation Table），用来记录存放文件名、起始扇区等文件信息。
- 除了文件分配表，还有目录表（File Directory Table）。
- 软盘有两个磁头，每个磁头80个柱面（磁道），每个柱面有18个扇区，每个扇区512个字节空间
软盘结构：
2. 引导扇区
简写格式
- 面：C
- 磁道：H
- 扇区：S(每道18个扇区)
C0-H0-S1用来存放引导区，如果最后两个字节是0x55,0xaa（DW 0xAA55），BIOS就把这512字节读出来执行。
3. FAT
- C0-H0-S2~C0-H0-S10（9个扇区） 存放 FAT表
- C0-H0-S11~C1-H0-S1（9个扇区） 存放备用FAT表
- C1-H0-S2~ C1-H0-S15（14个扇区）用于存放FDT（根目录）
4. FAT结构
- FAT12的每个文件分配表项占12bit， 每个表项代表一个扇区。
- 磁盘里所有扇区被线性索引（LBA）
- FAT12每个表项的值指出文件存放的下一个扇区号
5. 根目录
- 根目录紧跟着FAT表，从19分区开始。
- 根目录由若干个目录条目组成，最多有BPB_RootEntCnt个。
- 根目录中每个条目占32字节：
名称开始字节长度内容DIR_Name00xB文件名8字节，扩展名3字节DIR_Attr0xB1文件属性保留位0xC10保留DIR_WrtTime0x162最后一次写入的时间DIR_WrtDate0x182最后一次写入的日期DIR_FstClus0x1A2此文件在数据区和FAT表中的开始簇号DIR_FileSize0x1C4文件大小
6. 数据区
二、Fat12格式的引导区代码：
;%define _BOOT_DEBUG_ ; 做Boot Sector时把这行注释掉
; 启用这行就用nasm Boot.asm -o Boot.com生成.com文件用于调试
%ifdef _BOOT_DEBUG_
org 0100h
%else
org 07c00h
%endif
CYLS EQU 10
; 把软盘按Fat12格式填充
JMP init ; 跳转指令
DB 0x90 ; 空 DB，DD用来写单字节
DB "NotOneOS" ; 厂商名，8字节，DB用来写双字节
DW 512 ; 每个扇区大小512字节，DW用来写4字节
DB 1 ; 每个簇的扇区数
DW 1 ; Boot占的扇区
DB 2 ; 有2个FAT表
DW 224 ; 根目录大小224
DW 2880 ; 磁盘扇区总数 2880
DB 0xf0 ; 介质描述符，磁盘种类必须为0xf0
DW 9 ; 每个FAT扇区数
DW 18 ; 每个磁道18个扇区
DW 2 ; 2个磁头
DD 0 ; 隐藏扇区数
DD 2880 ; 同上，磁盘大小
DB 0, 0, 0x29 ; 0x29 扩展引用标记
DD 0xffffffff ; 无意义，固定这么写
DB "NotOneOS " ; 磁盘名（卷标），11字节
DB "FAT12 " ; 磁盘格式名，8字节
RESB 18 ; 空18个字节，填充0x00
init:
MOV AX,0
MOV SS,AX
MOV SP,0x7c00 ; 堆栈空间，从0x7c00向前
MOV DS,AX
MOV AX,0x0820 ; 把磁盘数据加载到内存0x0820处。 0x8000~0x81ff的512字节给启动区用的，所以从0x0820开始
MOV ES,AX ; 初始化磁盘接口
MOV CH,0 ; 柱面 0
MOV DH,0 ; 磁头 0
MOV CL,2 ; 扇区 2
readloop:
MOV SI,0 ; 记录失败次数
retry:
MOV AH,0x02 ; 0x02 读磁盘
MOV AL,1 ; 读1个扇区
MOV BX,0
MOV DL,0x00 ; A驱动器
INT 0x13 ; BIOS 读磁盘功能
JNC next ; 成功跳转
ADD SI,1 ; 失败加一次
CMP SI,5 ; 到5次就跳到error
JAE error
MOV AH,0x00 ; 复位磁盘功能
MOV DL,0x00
INT 0x13 ; 重置磁盘驱动器
JMP retry ; 重试
next:
MOV AX,ES ; 内存地址向后移动0x0020
ADD AX,0x0020
MOV ES,AX ; 通过AX给ES加0x0020
ADD CL,1 ; 扇区+1
CMP CL,18 ; 有没有到18个扇区
JBE readloop ; CL<=18,就跳到 readloop
MOV CL,1
ADD DH,1
CMP DH,2
JB readloop ; 如果 DH < 2 ，则跳到readloop
MOV DH,0
ADD CH,1
CMP CH,CYLS
JB readloop ; 如果CH<CYLS ， 则跳到readloop
JMP success
print:
MOV AL, [SI]
ADD SI, 1
CMP AL, 0
JE end
MOV AH, 0x0e
MOV BX, 15
INT 0x10
JMP print
end:
HLT
JMP end ; 无限循环
error: ; 打印错误信息
MOV SI, error_msg
JMP print
success:
MOV SI, success_msg
JMP print
BootMessage:
DB "Hello, MY OS!" ; 想要开机后在屏幕上显示的字符串
DB 0
success_msg:
DB "Success" ; 成功
DB 0
error_msg:
DB "Error" ; 失败
DB 0
times 510-($-$$) db 0 ; 填充剩下的空间，使生成的二进制代码恰好为512字节 $$表示一个section的开始处汇编后地址
DW 0xaa55 ; 结束标志
; 继续按Fat12填充磁盘剩余空间
DB 0xf0, 0xff, 0xff, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00
RESB 4600
DB 0xf0, 0xff, 0xff, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00
RESB 1469432
三、 文件读写
使用BIOS中断 int 13h，参数：
知道扇区号的时候，要计算int 13h的参数：
设扇区号/每磁道扇区数(18) = 商 Q，余数R ，则：
- 柱面号= Q >> 1 （相当于 Q/2 无余数）
- 磁头号=Q & 1
- 起始扇区号=R+1
四、读磁盘镜像并写入文件，查看文件格式
下面使用VirtualBox读入磁盘镜像，并写入一个文件。（新建虚拟机并加虚拟磁盘的方法前面章节有提到。）
使用VsCode打开磁盘镜像，可以看到存储区域已经有了变化：
这里使用的是笨方法保存文件，也可以使用edimg.exe程序来做。
- 文件名保存到 0x002600处
- 文件的内容存在 0x40200处
后面章节来看如何让程序加载NotOneOS.sys里的代码。
本章代码与编译运行方法已放到gitee：
gitee.com/xundh/learn-os
