c - 程序集调用映射到错误的地址

Question

切换到保护模式后，我试图从我的引导加载程序跳转到我加载的内核。

内核加载正常并且位于正确的位置，但是当加载程序的第二阶段调用内核的主函数时，它调用了错误的地址。

这是加载器的第二阶段(loader.asm):

global load_kern
extern main

[bits 32]

load_kern: 
    call main
    cli 
    hlt

然后我将其与一个 c 目标文件进行汇编并链接以创建一个 elf 可执行文件:

nasm -f elf32 loader.asm -o loader.o
ld -melf_i386 -n -Tos.lds loader.o os.o -o kernel.elf

我使用这个文件来链接它们:

ENTRY(load_kern);

PHDRS 
{
    headers PT_PHDR FILEHDR PHDRS;
    code PT_LOAD;
}

SECTIONS
{
    .text 0x500: ALIGN(0x100) { *(.text) } :code
    .data : { *(.data) }
    .bss : { *(.bss) }
    /DISCARD/ : { *(.eh_frame) }

}

然后我将这个 kernel.elf 放在我的软盘镜像的第二个扇区(在引导扇区之后)。

当我 objdump kernel.elf 输出是正确的:

os/kernel.elf:     file format elf32-i386


Disassembly of section .text:

00000500 <load_kern>:
 500:   e8 43 00 00 00          call   548 <main>
 505:   fa                      cli    
 506:   f4                      hlt    

...

00000548 <main>:
 548:   55                      push   %ebp
 549:   89 e5                   mov    %esp,%ebp
 54b:   68 5c 05 00 00          push   $0x55c
 550:   6a 05                   push   $0x5
 552:   e8 b0 ff ff ff          call   507 <write_string>
 557:   83 c4 08                add    $0x8,%esp
 55a:   eb fe                   jmp    55a <main+0x12>

main 的地址似乎映射得很好，但是当我加载我的内核扇区并跳转到它时，这就是 gdb 显示的内容:

   ┌─────────────────────────────────────────────────────────────────┐
  >│0x600   call   0x646                                             │
   │0x603   add    BYTE PTR [bx+si],al                               │
   │0x605   cli                                                      │
   │0x606   hlt  
...

   │0x646   leave                                                    │
   │0x647   ret                                                      │
   │0x648   push   bp                                                │
   │0x649   mov    bp,sp                                             │
   │0x64b   push   0x55c                                             |

内核在 0x500 处加载，但文件的文本部分的对齐方式为 0x100，因此代码从 0x600(在 elf header 之后)而不是 0x500 开始。代码加载正常，但 loader.asm 中的调用使用 0x646 而不是 main 开始处的 0x648。

请注意，在 0x603 处有一个不应该存在的额外汇编行。它看起来像是一条垃圾指令，我认为这可能是导致它失败的原因。看起来像调用指令

500:   e8 43 00 00 00          call   548 <main>

被正确解释，但零以某种方式携带到下一条指令以创建额外的意外指令。不确定这是否可能。

我不明白为什么它使用了 2 off 的地址，这也发生在内核代码的其他部分。

请随时指出我犯的任何其他错误，我正在学习。我不确定这是否与我链接它们的方式、我使用的格式或不同的东西有关。

---

编辑:

所以，看来这实际上是我的引导加载程序的问题:

global start

[bits 16]
[org 0x7c00]

start: jmp boot

boot:
    cli ; clear interrupts
    cld ; clear direction flag

    mov ax, 0
    mov es, ax     
    mov bx, 0x500   ; set bx to where we load the kernel

    mov al, 0x12    ; set lower byte of ax to read 18 sectors
    mov ch, 0       ; set higher byte of cx to read track 0 (first track)
    mov cl, 2       ; set lower byte of cx to read sector 2 (bootloader is sec1)
    mov dh, 0       ; set higher byte of dx to read head 0 (top side of disk)
    mov dl, 0       ; set lower byte of dx to read drive 0 (floppy drive)

    mov ah, 0x02    ; read

    int 0x13        ; call BIOS interrupt 13 to read drive
    int 0x10        ; clear screen

    jmp pm_switch

    hlt             ; this instruction should not execute


pm_switch:
    xor ax, ax      ; clear ds (used by lgdt)
    mov ds, ax

    cli
    lgdt [gdt_desc]

    mov eax, cr0
    or eax, 1        ; switch to protected mode 
    mov cr0, eax

    jmp 08h:select_jump

select_jump:
    xor eax, eax

    mov ax, 0x10        ; set data segments to data selector (0x10)
    mov ds, ax
    mov ss, ax
    mov esp, 09000h

    mov ax, 0
    mov es, ax
    ; do a far jump to set cs and go to kernel code
    jmp 08h:0x600



gdt: ; Address for the GDT
gdt_null: ; Null Segment
    dd 0
    dd 0

;KERNEL_CODE equ $-gdt
gdt_kernel_code:
    dw 0FFFFh ; Limit 0xFFFF
    dw 0 ; Base 0:15
    db 0 ; Base 16:23
    db 09Ah ; Present, Ring 0, Code, Non-conforming, Readable
    db 00Fh ; Page-granular
    db 0 ; Base 24:31

;KERNEL_DATA equ $-gdt
gdt_kernel_data:
    dw 0FFFFh ; Limit 0xFFFF
    dw 0 ; Base 0:15
    db 0 ; Base 16:23
    db 092h ; Present, Ring 0, Data, Expand-up, Writable
    db 00Fh ; Page-granular
    db 0 ; Base 24:32
gdt_end: ; Used to calculate the size of the GDT

gdt_desc: ; The GDT descriptor
    dw gdt_end - gdt - 1 ; Limit (size)
    dd gdt ; Address of the GDT


 ; pad the file to file the rest of the sector (512 bytes) and add boot sig

times 510 - ($-$$) db 0
dw 0xAA55

---

解决方案:

原来我的 GDT 代码段被设置为 16 位。我将其更改为 32，并在切换到 protected 后立即添加了一条 [bits 32] 指令(就在 select jump 之前)。

Answer 1

您正在使用[bits 32] 指示汇编程序为保护模式(32 位)生成代码，但您的处理器正在以实模式(16 位)运行。

您最终运行的代码是无稽之谈。许多指令在实模式和保护模式下的解释不同——例如，jmp 在实模式下只需要两个立即字节. (例如，这是 0x603 处意外的 add 的来源——它是错误的 32 位立即值的后半部分。)