; Hello, I'm ictxiangxin !!!
; 是一名computer programmer。
; 最近发现很多对系统有特殊爱好的同学都有研究minix的冲动，可是由于很多原因，使得大部分人很难入门。
; 其中第一个疑问就是，minix从哪启动的？大部分肯定知道开机之后加载mbr的过程，这里就不介绍了。
; 可是mbr是干什么的，概念都知道，到底做了什么？这就是一大难点。
; 为了使更多同学入门minix，我将断断续续地出一些minix引导级的代码教程，以便都能很容易进入minix内核研究。
; 由于minix的历史原因，使得它的汇编代码还是用古老的cc编译器，这样的汇编代码看起来是非常古怪的。
; 所以，我将minix的汇编代码翻译成了nasm版的，以便更容易接受。
; 下面的代码就是minix的mbr2.0，作者是：Kees J. Bot
LOADOFF    equ 0x7C00 ; 默认加载地址，次级引导也会加载到这。
BUFFER    equ 0x0600 ; 这个地址被认为是空闲地址的开始，因为前面有0x400的中断向量和0x100的BIOS参数空间。
PART_TABLE equ  0x1be ; 分区列表的地址，因为BIOS的int 19h会将整个0扇区加载进0x7c00，所以分区列表也同时被加载了。
PENTRYSIZE equ  0x10 ; 每个分区项为16字节，总共分区列表是64字节。
MAGIC    equ  0x1fe ; 这个就是传说中的魔数0Xaa55的地址，用来检验可引导性。
; <ibm/partition>.h:
bootind    equ      0 ; 这是分区项中可引导性标志的偏移地址。
sysind    equ      4 ; 分区类型的偏移地址。
lowsec    equ      8 ; LBA的偏移地址。
; minix的mbr的工作很简单，到活动分区，然后加载进内存，最后跳转。
master:
xor ax, ax
mov ds, ax
mov es, ax
; 这里关中断是因为下面的堆栈初始化很重要，以防受到干扰。
cli
mov ss, ax  ; ds = es = ss = 0 这样做就使得下面的段偏移地址直接映射为物理地址。
mov sp, LOADOFF
sti
; 下面就是转移代码，它会将这些代码移动到0x0600的位置，来给后续的加载空出位置。
mov si, sp  ; si=sp=LOADOFF，这时的si就是代码开始的地址
;
这个入栈很重要，这将会将控制权交给次级引导，原文是：“Also where we'll return to eventually”
push si 
mov di, BUFFER  ; 移动到BUFFER的位置。
mov cx, 0x200  ; 移动256次，每次1字，一共一个扇区（512字节）
cld
rep movsw
jmp  0 : BUFFER + migrate ; 转移完成，跳转到0x600位置的migrate偏移位置。
migrate:
; 下面的代码就是这段代码真正的作用，寻可引导分区并
findactive:
; 这里很多人看了都会奇怪，我们前面都没动驱动器，怎么就开始通过dl来判断驱动器了，dl的值哪来的？
; 为了说明这个，不得不提到一个行为很低调的中断：int 19h
; 这个中断就BIOS在POST用来加载0sector的中断，它没有任
何入口参数，但会在dl中留下点东西。
; 我们来看一下它的描述：
; “DL = physical drive where boot sector is located”这一句道破天机！
; 在执行完int 19h之后，dl中会保留被加载的驱动器号。
; 很多人都知道，BIOS会将可引导的0扇区加载到0x7c00，熟不知就是这个中断完成的。
test dl, dl
; 如果是硬盘，驱动器号会大于等于0x80所以就不会跳转，如果非负，则是软盘，则需要寻可引导的其他驱动器来完成引导工作。
jns nextdisk
公司介绍源码; 已经确定是硬盘了，那么就在硬盘的分区列表中寻活动分区 
mov si, BUFFER + PART_TABLE  ; 将分区列表的入口传给si，下面的代码将通过[si+偏移]来获取分区信息
find:
cmp byte [si + sysind], 0x0  ; 分区的状态，如果不为0，则这个分区是以使用的。
jz nextpart  ; 分区没被使用，检查下一个分区。
test byte [si + bootind], 0x80  ; 检查可引导标志，如果7位是1，则是可引导的。
jz nextpart  ; 不是引导分区，继续检查下一个分区。
loadpart:
call load ; 已确定是活动分区，加载它上面的次级引导程序。
jc error1 ; int 13h加载失败，则cf标志是0，这里判断一下是否成功。
bootstrap:
ret ; 这就是关键一跳，向次级引导交出控制权！！！
nextpart:
add si, PENTRYSIZE  ; si自增16字节，目的是跳过一个分区项。
cmp si, BUFFER + PART_TABLE + 0x4 * PENTRYSIZE ; 这里判断一下是否已经搜索完4个分区。
jb find ; 如果没搜索完，那么继续搜索。
; 搜索完4个，没有活动分区，报出错误，然后重启。
call print  ; 这里的print会输出紧跟在它后面的字符串，原理很巧妙，稍后解释。
db "No active partition\0"
jmp reboot
; 在下一个驱动器寻活动分区：
nextdisk:
inc dl  ; 前面已经提到，dl里装的是驱动器号，这里自增，意为下一个驱动器。
test dl, dl
js nexthd  ; 如果是负数，则为硬盘，跳转到相应的处理子过程。
int 0x11  ; 这个中断可以活动设备的信息。
shl ax, 0x1  ; 因为软盘的信息在6、7位上，为了判断，下面进行位移。
shl ax, 0x1  ; 左移2次后，软盘信息已经被转移到ah的0、1位上了。
and ah, 0x03  ; 去掉ah除0、1位以外的部分。
cmp dl, ah  ; 必须满足 dl <= ah 才能认为这个软盘驱动器存在。
ja nextdisk  ; 不满足继续搜索。
call load0  ; 软盘驱动器存在，加载它的引导程序，让它完成引导。
jc nextdisk  ; 加载失败，寻下一个。
ret    ; 加载成功，将控制权交给软盘引导。
nexthd:
call load0  ; 加载硬盘的引导程序。
error1:
jc error  ; 加载失败，跳转的错误处理子过程。
ret  ; 加载成功，向硬盘引导交出控制权。
; 加载硬盘上的引导程序，也可以是软盘上的第0扇区
。
load0:
; 程序后面有个变量si = [si + lowsec]就是那个变量：zero，它的默认值是0。
; 这里为什么不直接用si = BUFFER + zero呢？是因为后面的load：需要同时兼容2种加载。
mov si, BUFFER + zero - lowsec
;
将当前驱动器的 [si + lowsec] 加载进内存.
load:
mov di, 0x3  ; 3次尝试的机会。
retry:
push dx  ; 保护驱动器号，因为后面会动用dx
push es
push di  ; es和di同样也会在后面的中断被修改，需要保护。
; 获取磁盘信息的中断：int 0x13 ( ah = 0x8 )
; ch是柱面数的低8位，cl[6..7] 是柱面数的高2位。
; cl[0..5]是每磁道的扇区数。
; dh = 磁头数
;
dl = 驱动器号。
mov ah, 0x08 ; 调用int 0x13 ( ah = 0x8 )
int 0x13
pop di  ; 还原di
pop es  ; 还原es
and cl, 0x3f ; cl = 获得每磁道的扇区数 (1为起点)。
inc dh  ; dh原位磁头数，但起点为0，所以要加1才是正确的磁头数。
mov al, cl  ; al = cl = 每磁道的扇区数
mul dh  ; dh = 磁头数, ax 等于 磁头数×每磁道的扇区数=一个柱面的扇区数。
mov bx, ax  ; 将每柱面的扇区数存入bx。
; 这里需要重点说明一下，由于这里需要兼容2中加载，所以，尽管代码一样，加载的参数是完全不同的。
; 如果加载的次级引导就在这段代码的硬盘上，那么si就是BUFFER，所以[si + lowsec]就是分区的LBA地址入口。
; 如果是其他驱动器，在前面可以看到。si = BUFFER + zero - lowsec，那么：
; [si +lowsec]就变成了[BUFFER + zero]。也就是变量zero，而它的值是0，意为这要加载的就是0扇区。
mov ax, word [si + lowsec + 0x0]
mov dx, word [si + lowsec + 0x2] ; dx:ax = 需要加载的次级引导的偏移扇区。
; 比较8G的高位和偏移扇区的高位，来判断读取的范围是否超过8G，如果超过了，就需要用int 13h的扩展读来读取。
cmp dx, ( 0x16390 * 0xff * 0x3f - 0xff ) >> 0x10 
jae bigdisk  ; 确定为8G以外的范围，跳转到扩展读子过程。
; bx存的是每柱面的扇区数，做除法后商为柱面号，存入ax。余数为柱面偏移扇区数，存入dx
div bx 
xchg ax, dx  ; 交换之后：ax = 柱面偏移扇区数, dx = 柱面号
mov ch, dl  ; ch为柱面数的第8位
; 因为cl为每磁道的扇区数，则ax除以cl，商为磁头号存入al, 余数为磁道偏移扇区存入ah（以0为起点）
div cl 
xor dl, dl  ; dl清理，来为dh低2位移入dl高2位做准备。
shr dx, 0x1  ; 开始移动。
shr dx, 0x1  ; 移动完成dl[6..7] = 柱面数的高2位。
or dl, ah  ; dl的低5位装入磁道偏移扇区 (0为起点)
mov cl, dl  ; dl传入cl，则cl高2位为柱面号的高2位, cl的低5位是磁道偏移扇区数。
inc cl  ; 由于原来是以0为起点，为了和中断兼容，转换至1为起点。
pop dx  ; 恢复驱动器号dl
mov dh, al  ; 磁头号传入dh
mov bx, LOADOFF ; es
:bx 是装入位置，此处为 0:0x7c00
mov ax, 0x0201 ; 读磁盘扇区的入口参数
int 0x13  ; int 13h加载次级引导。
jmp rdeval  ; 检查读取是否成功。
; 这里介绍一下，对于大硬盘，BIOS如何读取它的扇区。
; 常规的，我们用BIOS读扇区都会使用3D来做定位，也就是磁头、柱面、扇区。
; 但是这种方式的寻址有限，它最多只能到8G以内的空间。
; 为了寻址到8G以外，BIOS进行了一次扩展，并给了我们一个接口：扩展读
; 扩展读会用到一个叫做DAP（disk address packet）的数据结构，中文：磁盘地址数据包
;
顾名思义，这个数据结构包涵了需要读取扇区的全部内容，所以，扩展读的入口很简单。
; 我们只需要设置好这个DAP就行了，本程序的DAP被存放在代码末尾。
bigdisk:
mov bx, dx  ; bx:ax = dx:ax 要读取的扇区的线性偏移。
pop dx  ; 恢复驱动器号dl
push si  ; 保护si
mov si, BUFFER + ext_rw  ; si此时为DAP的偏移地址。
mov word [si + 0x8], ax ; 将要读取的扇区的线性偏移存入DAP的blocknum中
mov word [si + 0xa], bx ; ax存低位，bx存高位。
mov ah, 0x42 ; 传入扩展读参数
int 0x13
pop si  ; 恢复si，让它重新指向分区列表。
; 下面代码将判断是否读取成功，或者是否为可引导的扇区。
rdeval:
jnc rdok  ; cf标志为0，则读取成功，进入可引导判断。
cmp ah, 0x80 ; 响应超时?  (或者软盘被拔出)
je rdbad  ; 跳到读取失败
dec di  ; 并非响应超时，忽略此次操作，计数器恢复。
jl rdbad 
xor ah, ah
int 0x13  ; 驱动器复位。
jnc retry  ; 再次尝试。
rdbad:
stc ; 设置cf标志，表示读取出错。
; 其实这里有个BUG，它返回前没有清空zero变量，这使得在多硬盘的机器上，引导失败一次后，就无法再正确引导下一个硬盘了。
ret
; 检查读取扇区的可引导性。
rdok:
cmp dword [LOADOFF + MAGIC], 0xaa55 ; 比较魔数是否为0xaa55
jne nosig  ; 如果不是，则不可引导
ret  ; 可引导，成功返回，cf=0
; 打印不可引导的信息。
nosig:
call print
db "Not bootable\0"
jmp reboot
; 输出错误信息，然后准备重启。
error:
mov si, LOADOFF + errno + 0x1 ; 将错误码变量的数学低位存入si
prnum:
mov al, ah  ; int 0x13的错误码存放在ah中，现在转入al
and al, 0x0f ; 取其低4位，因为错误码为16位数字，ascii码不会超过4位。
cmp al, 0xa  ; 判断是否为大写字母A-F
jb digit  ; 如果是0-9的数字，直接存入。
add al, 0x7  ; 如果是'A' - ':'，则进行转换，add 0x7是因为ascii码正好隔了7位。
digit:
add byte [si], al ; 修改字符串errno，因为原来是'0'，add之后就会得到相应数值。
dec si  ; si减1，指向数学高位。
mov cl, 0x4
shr ah, cl  ; 右移4位，这就是16进制的优势，只
需右移4位，就能得到高位。
jnz prnum  ; 判断其是字符还是数字。
call print  ; 打印错误码
db "Read error "
errno db "00\0"
;
jmp reboot
reboot:
call print
db ".  Hit any key to reboot.\0"
xor ah, ah 
int 0x16  ; 这个中断来等待用户键入
call print
db "\r\n\0" ; 换行
; 传说中的int 19h，在这用它来实现重启，不过现在来看，这么重启不是最好的做法。
int 0x19
; 下面就是print函数，这个mbr的输出全靠它了。
print:
; 由于是call过来的，那么堆栈中存有call下面指令的偏移，也就是ip。
pop si  ; 获得call print下面的字符串地址。
prnext:
lodsb  ; al = *si++ 逐个装入字符到al
test al, al  ; 判断是否为'\0'
jz prdone  ; 字符串结束，准备返回。
mov ah, 0x0e ; 打印字符的参数
mov bx, 0x0001 ; 第0页，黑底白字。
int 0x10  ; 打印字符。
jmp prnext
prdone:
jmp si  ; 此时si指向字符'\0'之后的地方，而那正好是下一条语句。
; 磁盘地址数据包(DAP).
ext_rw:
PacketSize  db 0x10 ; 这个数据结构的大小，固定为0X10
Reserved  db 0x0 ; 保留
BlockCount  dw 0x1 ; 要传送的扇区数，次级引导也是一个扇区。
BufferOffset  dw LOADOFF ; 传送目的的偏移地址
BufferSegment  dw 0x0 ; 传送目的的段地址
BlockNumLow  dd 0x0 ; 线性偏移扇区的低32位
zero:
BlockNumHigh dd 0x0  ; 线性偏移扇区的高32位，这里又是变量zero

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