c++ - cygwin 上的 C 编译以面向独立平台

Question

我有下面的代码，我想静态编译以在小型操作系统上运行(几乎没有操作系统!在激活保护模式后，我会将机器代码加载到内存中的特定地址)。到目前为止我的尝试还没有成功。首先有可能吗？如果没有，完成这样的事情最简单的方法是什么？

#include <stdio.h>
#define TXT_COLOR 7
#define printf(...) {sprintf(str,__VA_ARGS__);\
                int i=0; while(str[i])\
                write_string(TXT_COLOR, &str[i++] );}

                // sprintf takes printf arguments and format data
                // then write_string outputs data to the video buffer

int write_string( int colour, const char *string );

int _start()

 {
  char str[256]="";
  char c='Z';
  int j=9;
  float f=9.76777;

  printf("%d\t%f\t%c\this is a test\n test more!\n\n",j,f,c);
}

int write_string( int colour, const char *string )

  {            /* Function to write a character to the video buffer*/

  volatile char *videoBuff = (volatile char*)0xB8000;
  while( *string != 0 )
       {
       *videoBuff++ = *string++;
       *videoBuff++ = colour;
      }
return 0;
}

Answer 1

对于这个答案，我假设微型操作系统是一个非常简单的内核，它启动到 32 位保护模式并且不做太多其他事情。

没有 C 标准库:-(

首先，您的程序存在问题，因为您正在使用 C 标准库中的 sprintf。恐怕您必须编写自己的 sprintf(相对容易)或将 *libc 的某些实现移植到您的操作系统(稍微更具挑战性)。我建议您在第一次测试时，只需调用原始 write_string 函数即可。我们还在 _start 末尾放置一个无限循环 - 请记住，“从 main 返回”涉及幕后发生的许多事情，这些事情尚未在裸机操作系统上实现:

#define TXT_COLOR 7

int write_string( int colour, const char *string );

int _start() {
  write_string(TXT_COLOR, "this is a test");
  for (;;);
}

/* Function to write a character to the video buffer*/
int write_string( int colour, const char *string ) {            
  volatile char *videoBuff = (volatile char*)0xB8000;
  while( *string != 0 ) {
    *videoBuff++ = *string++;
    *videoBuff++ = colour;
  }
  return 0;
}

编译

使用 Cygwin GCC，我们可以分三个阶段将此源文件(我命名为 prog.c)编译为原始二进制文件。

首先，我们通过 C 编译器运行它以生成中间目标文件 (prog.o)，确保指定它适用于 32 位机器:

cc -m32 -c -o prog.o prog.c

接下来，我们将 prog.o 提供给链接器，指定 32 位 PE 输出格式(在 Linux 上这将是 32 位 ELF)以及它将加载到内存中的地址(本例中为 2MB)。我们还需要指定哪个函数将作为入口点，即 _start (GCC 默认情况下在函数名称前添加下划线，因此它的真实名称实际上是 __start):

ld -mi386pe -Ttext 0x200000 --entry __start -o prog.pe prog.o

最后，我们将 PE 二进制文件 prog.pe 转换为原始、平面二进制文件 (prog.bin)，不需要任何操作系统提供的基础设施即可运行。这是您将加载到内存并直接执行的内容:

objcopy -O binary prog.pe prog.bin

健全性检查

要在尝试从操作系统加载输出之前对其进行完整性检查，请查看反汇编代码:

objdump -d prog.pe

您应该在最顶部看到 _start 函数，其中包含您指定的加载地址。例如:

Disassembly of section .text:

00200000 <__start>:
  200000:       55                      push   %ebp
  200001:       89 e5                   mov    %esp,%ebp
  200003:       83 ec 18                sub    $0x18,%esp
  ...

然后确保 prog.bin 反汇编的原始字节与上面的匹配(符号/名称将不可见，因为它们已全部被删除)。例如:

$ objdump -D -b binary -m i386 prog.bin

Disassembly of section .data:

00000000 <.data>:
       0:       55                      push   %ebp
       1:       89 e5                   mov    %esp,%ebp
       3:       83 ec 18                sub    $0x18,%esp
       ...