assembly - 链接两个或多个程序集文件

Question

我正在开发一个简单且小型的 64 位操作系统。到目前为止，我一直使用单个文件并使用 NASM 对其进行编译:

nasm -f bin os.asm -o os.bin

然后使用 qemu 测试 .bin 文件。
现在我需要在我的 os.bin 文件中使用多个文件。我插入了这一行:

extern helper_func

然后在代码中调用它。在另一个 .asm 文件中，我创建了这个函数或过程。问题是bin格式不支持extern，所以我尝试使用ELF格式创建.obj文件，然后将它们与gcc链接:

gcc -m32 -nostdlib -nodefaultlibs -lgcc os.obj helper.obj -t linker.ld

使用此链接器文件:

ENTRY(_start)

SECTIONS
{
    . = 0x7C00;

    .text :
    {
        *(.text);
    }
}

但是当我尝试运行已创建的 .bin 时，qemu 无法识别该文件。我做错了什么？

(我使用了 gcc，因为我计划将来使用 C 代码)

实际上，我什至不知道 gcc 中所有标志的作用；我是从网上复制的XD。

这是我到目前为止所做的:

nasm -f elf os.asm -o os.obj
nasm -f elf helper.asm -o helper.obj
gcc -m32 -nostdlib -nodefaultlibs -lgcc os.obj helper.obj -t linker.ld -o myos.bin
objcopy --input-target=elf32-little --output-target=binary myos.bin myos.bin.new
qemu-system-x86_64 myos.bin.new

这些编译都没有错误。但是当我运行 qemu 时我得到这个:

os.asm:

[bits 16]

section .text

    global _start

_start:

    ; Zero segment
    cli
    jmp 0x0000:.zero_seg
    .zero_seg:
    xor ax, ax
        mov ss, ax
        mov ds, ax
        mov es, ax
        mov fs, ax
        mov gs, ax
        mov sp, _start
        cld
    sti

    ; Reset disk
    call reset_disk

    ; Load disk sectors
    mov al, 2               ; sectors to read
    mov cl, 2               ; start sector
    mov bx, second_sector   ; offset to load
    call read_disk

    ; Enable A20 line
    call enable_a20

    jmp second_sector

_end1:
    jmp $

%include "liba/disk.asm"
%include "liba/a20.asm"

; padding and magic number
times 510-($-$$) db 0
dw 0xaa55

second_sector:

    call check_long
    call switch_long

_hang:
    jmp $

%include "liba/long.asm"
%include "liba/gdt.asm"

[bits 64]

extern helper_func

long_mode:

    jmp kernel_code

_end2:
    jmp $

times 512-($-$$-512) db 0

kernel_code:

    ; two byte
    call helper_func

helper.asm:

[bits 64]

section .text

    global helper_func

helper_func:

    kernel_end:
    hlt
    jmp .kernel_end

ret

在 os.asm 中我使用了这个库:

磁盘.asm:

read_disk:
    pusha

    mov ah, 0x02    
    mov dl, 0x80    ; 0x00 Floppy/FlashDrive -- 0x80 HardDisk
    mov ch, 0       ; cylinder
    mov dh, 0       ; head

    int 0x13

    jc .disk_err
    popa
    ret

    .disk_err:
        jmp $

reset_disk:
    xor ax, ax
    mov bx, second_sector
    mov dl, 0x80
    int 0x13
    ret

a20.asm:

test_a20:
    pusha

    mov ax, [0x7dfe]

    push bx
    mov bx, 0xffff
    mov es, bx
    pop bx

    mov bx, 0x7e0e

    mov dx, [es:bx]

    cmp ax, dx
    je .cont

    popa
    mov ax, 1
    ret

    .cont:
        mov ax, [0x7dff]

        push bx
        mov bx, 0xffff
        mov es, bx
        pop bx

        mov bx, 0x7e0f
        mov dx, [es:bx]

        cmp ax, dx
        je .exit

        popa
        mov ax, 1
        ret

    .exit:
        popa
        xor ax, ax
        ret

enable_a20:
    pusha

    ;BIOS
    mov ax, 0x2401 
    int 0x15

    call test_a20
    cmp ax, 1
    je .done

    ;Keyboard
    sti

    call wait_c
    mov al, 0xad
    out 0x64, al

    call wait_c
    mov al, 0xd0
    out 0x64, al

    call wait_d 
    in al, 0x60
    push ax

    call wait_d
    mov al, 0xd1
    out 0x64, al

    call wait_c
    pop ax
    or al, 2
    out 0x60, al

    call wait_c
    mov al, 0xae
    out 0x64, al

    call wait_c

    sti

    call test_a20
    cmp ax, 1
    je .done

    ;FastA20
    in al, 0x92
    or al, 2
    out 0x92, al

    call test_a20
    cmp al, 1
    je .done

    jmp $

    .done:
        popa
        ret

wait_c:
    in al, 0x64
    test al, 2

    jnz wait_c
    ret

wait_d:
    in al, 0x64
    test al, 1

    jz wait_d
    ret

长.asm:

enable_long:
    cli

    call check_long

    mov edi, 0x1000
    mov cr3, edi
    xor eax, eax
    mov ecx, 4096
    rep stosd
    mov edi, 0x1000

    mov dword [edi], 0x2003
    add edi, 0x1000
    mov dword [edi], 0x3003
    add edi, 0x1000
    mov dword [edi], 0x4003
    add edi, 0x1000

    mov dword ebx, 3
    mov ecx, 512

    .setEntry:
        mov dword [edi], ebx
        add ebx, 0x1000
        add edi, 8
    loop .setEntry

    mov eax, cr4
    or eax, 1 << 5
    mov cr4, eax

    mov ecx, 0xc0000080
    rdmsr
    or eax, 1 << 8
    wrmsr

    mov eax, cr0
    or eax, 1 << 31
    or eax, 1 << 0
    mov cr0, eax

    ret

switch_long:

    call enable_long

    lgdt [GDT.Pointer]
    jmp GDT.Code:long_mode

    ret

check_long:
    pusha

    pushfd
    pop eax
    mov ecx, eax

    xor eax, 1 << 21

    push eax
    popfd

    pushfd
    pop eax

    xor eax, ecx
    jz .done

    mov eax, 0x80000000
    cpuid
    cmp eax, 0x80000001
    jb .done

    mov eax, 0x80000001
    cpuid
    test edx, 1 << 29
    jz .done

    popa
    ret

    .done:
        popa
        jmp $

gdt.asm:

GDT:
    .Null: equ $ - GDT
        dw 0
        dw 0
        db 0
        db 0
        db 0
        db 0

    .Code: equ $ - GDT
        dw 0
        dw 0
        db 0
        db 10011000b
        db 00100000b
        db 0

    .Data: equ $ -GDT
        dw 0
        dw 0
        db 0
        db 10000000b
        db 0
        db 0

    .Pointer:
        dw $ - GDT - 1
        dq GDT

Answer 1

我对您正在构建的环境一无所知。我强烈建议构建一个 x86-64 cross compiler .

我可以对一些可能出现的问题做出合理的猜测。使用GCC链接会生成.note.gnu.build-id节并将其放在二进制文件中所有其他节之前。这会将磁盘启动签名 ( 0xaa55 ) 移动到第一个扇区最后 2 个字节之外的位置。这是我认为您的磁盘不会被识别为可引导的唯一原因，这在您的屏幕截图中似乎是这种情况。您需要添加-Wl,build-id=none添加到您的 GCC 链接选项以防止生成此部分。

要按照您的方式构建自定义 64 位引导加载程序，您应该将所有内容生成为 64 位对象而不是 32 位对象。使用-m64使用 GCC 编译/链接时，以及 -felf64当使用 NASM 进行汇编时(--64 如果使用 as GNU 汇编器进行汇编)。

确保您没有使用 -static 生成可重定位代码我建议消除 .eh_frame带有选项 -fno-asynchronous-unwind-tables 的部分.

链接器脚本使用 -T 传递选项，而不是-t选项。在您的链接选项中，您有 -t linker.ld它应该是 -T linker.ld

您可以通过让它确定源对象/可执行文件类型来简化 OBJCOPY 参数。你可以做objcopy -O binary myos.bin myos.bin.new相反。

我认为您应该使用的命令可能如下所示:

nasm -f elf64 os.asm -o os.obj
nasm -f elf64 helper.asm -o helper.obj
gcc -m64 -wl,--build-id=none -static -fno-asynchronous-unwind-tables \
        -nostdlib -nodefaultlibs -lgcc os.obj helper.obj -T linker.ld -o myos.bin
objcopy -O binary myos.bin myos.bin.new

<小时/>

观察和注释

• 在 disk.asm您对驱动器号进行硬编码。当引导加载程序首次启动时，您可以重用/保存DL寄存器的值。 BIOS 会在DL 中为您传递启动驱动器号。如果您重复使用该值，则无需根据启动的驱动器类型(软盘、硬盘驱动器等)更改代码。

• 我有一些General Bootloader Tips这可能很有值(value)。

• 将来当您开始编译 C 文件时，我建议使用以下选项:

  gcc -m64 -ffreestanding -mcmodel=kernel -mno-red-zone \
      -mno-mmx -mno-sse -mno-sse2 -c filename.c -o filename.o