ساخت یک سیستم عامل ساده با اسمبلی - پارت 03

خب خب، اومدیم به پارت سوم، تا الان موفق شدیم سیستم عاملمون رو با fat16 اوکی کنیم تا بشه روی فلش بوتش کرد.

من از اون پارت دوم یکمی کار کردم روش و تونستم root region رو هم اوکی کنم.
در کل اینجوری شد فایل build.asm:

format binary as 'img'
use16

org 0x0000

FLOPPY_SIZE equ 2 * 80 * 18 * 512

include 'src/fat.asm'
include 'boot.asm'

display '=========== InousOS ============', 0x0d, 0x0a
display '  - Master Boot Record (MBR) has been created.', 0x0d, 0x0a

rb (RESERVED_SECTORS-1) * BYTES_PER_SECTOR

; ========== FAT Region ==========
clusters_size = BYTES_PER_SECTOR * SECTORS_PER_CLUSTER

macro fat_init list_file {
    repeat NUMBER_FAT_COPIES
        current_pos = $

        db MEDIA_DESCRIPTOR, 0xff       ; FAT_ENTRY1
        dw 0xffff                       ; FAT_ENTRY2

        irps file_name, list_file \{
            display '  - FAT entry ', %+47, " has been created for file '", file_name, "'.", 0x0d, 0x0a

            virtual at 0
                file file_name
                file_size = $
            end virtual

            file_clusters = (file_size + clusters_size - 1) / clusters_size

            if file_clusters = 0
                dw 0xffff
            else
                repeat file_clusters
                    if file_clusters = %
                        dw 0xffff
                    else
                        dw (% + 2)
                    end if
                end repeat
            end if
        \}

        rb (SECTORS_PER_FAT * BYTES_PER_SECTOR) - ($-current_pos)
    end repeat
}

fat_init 'build/kernel.bin'

display '  - FAT area has been initialized.', 0x0d, 0x0a
; ======== END FAT Region ========

; ========== ROOT Region =========
macro drive_init drive_name {
    DRIVE_NAME                      db drive_name
    ATTRIBUTE                       db 0x08
    RESERVED                        db 0x00
    CREATION                        db 0x00
    CREATION_TIME                   dw 0x0000
    CREATION_DATE                   dw 0x0021
    LAST_ACCESS_DATE                dw 0x0021
    RESERVED_FAT32                  dw 0x0000
    LAST_WRITE_TIME                 dw 0x0000
    LAST_WRITE_DATE                 dw 0x0021
    STARTING_CLUSTER                dw 0x0000
    DRIVE_SIZE                      dd 0x00000000
}

macro root_entry file_name {
    local FILE_NAME, FILE_EXT, ATTRIBUTE, \
          RESERVED, CREATION, CREATION_TIME, \
          CREATION_DATE, LAST_ACCESS_DATE, \
          RESERVED_FAT32, LAST_WRITE_TIME, \
          LAST_WRITE_DATE, STARTING_CLUSTER, DRIVE_SIZE

    virtual at 0
        file file_name
        file_size = $
    end virtual

    FILE_NAME                       db 'KERNEL  '
    FILE_EXT                        db 'INU'
    ATTRIBUTE                       db 0x20
    RESERVED                        db 0x00
    CREATION                        db 0x00
    CREATION_TIME                   dw 0x0000
    CREATION_DATE                   dw 0x0021
    LAST_ACCESS_DATE                dw 0x0021
    RESERVED_FAT32                  dw 0x0000
    LAST_WRITE_TIME                 dw 0x0000
    LAST_WRITE_DATE                 dw 0x0021
    STARTING_CLUSTER                dw 0x0003
    DRIVE_SIZE                      dd file_size
}

macro root_init list_file {
    irps file_name, list_file \{
        root_entry file_name
    \}
}

drive_init VOLUME_LABEL
root_init 'build/kernel.bin'
root_init 'build/kernel.bin'
; ======= END ROOT Region ========

rb FLOPPY_SIZE - ($-$$) - 1
db 0

display 0x0d, 0x0a

یکمی جاها نیازمند تعریف متغیر و ایناس، و یکمی کار داره برای data region.
فایل buildx.bat هم دادیم به هوش مصنوعی ( خودم زیاد batch script بلد نیستم ) و اینو داد:

@echo off
setlocal enabledelayedexpansion

set SRC_DIR=src
set BUILD_DIR=build
set DIST_DIR=dist

if not exist %BUILD_DIR% mkdir %BUILD_DIR%
if not exist %DIST_DIR% mkdir %DIST_DIR%

for %%F in (%SRC_DIR%\*.asm) do (
    fasm %%F %BUILD_DIR%\%%~nF.bin
    if errorlevel 1 (
        pause
        exit /b 1
    )
)

fasm build.asm %DIST_DIR%\inous.img
if errorlevel 1 pause

در کل گفتم بهش یک ساختار Make استاندارد بهش بده و اینو داد، تمام فایل هارو اسمبل میکنه در اخر هم سر هم میکنه.

حالا من اینارو خودم اوکی میکنم، اومدم روی یک مبحث تمرکز کنم، بوت لودر ما باید کرنل رو لود کنه چون فایل سیستم داریم، میتونیم دو مدل ادرس دهی کنیم، یکیش اینه از مستقیم بپریم روی کرنل، یکیشم اینه که توی فایل سیستم دنبال کرنل بگردیم😐😂 خب راه حل دوم احمقانه اس! چون نمیتونیم که توی 512 بایت بیایم کرنل رو سرچ کنیم و منتظر بمونیم.

حالا توی جلسه بعدی مستقیم میریم کد نویسی اسمبلی، تا الان هر چی بوده مبانی و مباحث ساخت سیستم عامل بوده که باید بلد باشین شما، الان میخوایم درباره‌ی درایور ها حرف بزنیم.

ما میتونیم از وقفه های بایوس استفاده کنیم برای کیبورد و موس و یک پولینگ بزنیم که دیلی میده و زیاد جالب نمیشه، مثلا هر بار باید چک کنیم موس حرکت کرده؟ کجا حرکت کرده؟ کیبورد چیکار کرده؟ همچنین وقفه ها در حالت عادی کندن چون هر بار میرن به جدول ivt و دسترسی به همین جدول از طریق رم هست که سیکل پردازنده رو بالا میبره و در نتیجه کنده.

ما اینجا باید درایور های سیستم عامل رو بنویسیم، چون لود کردن کرنل از بوت زیاد کار سختی نیست اول میریم درایور ها رو چک کنیم و بنویسیم. و اولم میریم سراغ کیبورد. کیبورد و موس یک پورت PS/2 دارن که ما با اون کار میکنیم و حرف میزنیم.

اصلا فکر نکنید کار سختیه، کل کدایی که قراره برای درایور کیبورد بنویسیم کمتر از 1 کیلوبایته:
چون سیستم ما اموزشیه فقط پورت PS/2 ساپورت کنیم کافیه، شاید 2 یا 3 تا دیگه اضافی کنیم، بتونیم تقریبا کل سیستمارو ساپورت کنیم.

فقط تنها کار سختش تبدیل اسکن کد به کاراکتره! چون ما مثلا اگه این کارو نکنیم اگه A رو بزنیم مثلا 1 رو چاپ میکنه😂 خب ما برنامه نویس های اسمبلی از if, elif, else و اینا بدمون میاد، و حال نداریم اینجوری بزنیم مثلا:

if scancode == 0x1c:
    print('A')
elif scancode == 0x32:
    print('B')
elif scancode == 0x21:
    print('C')

چون اینجوری نزدیک 300 تا باید if بزنیم، خب اینکه توی اسمبلی از 1 کیلوبایت بیشتر میشه که!
یک چیزی داریم تو اسمبلی، مثل بلوک ترجمه میمونه، بهش یک چیزی میدی بهت یک چیز دیگه میده. مثلا اینجوریه:

scancode = 0x1c

trans = bytes.maketrans(bytes(range(0xff)), b'ABC........')
print(bytes.translate(scancode, trans))

اینجوری فقط دو سه تا if دیگه میخوایم که برای کلید های ویژه هستن.

قبلش باید مفهوم IRQ رو بدونین، خلاصش اینه که سخت افزار مثلا موس یا کیبورد وقتی بخواد به پردازنده بگه: "داداش، فلانی کلید A من رو زد"، میره در خونه رو میزنه، پردازنده در رو باز میکنه میبینه: عه این کیبورده، بعد به کیبورد میگه چیکارم داشتی، کیبورد هم میگه کلید A من رو زد.

اما قبل ترش میومدن از پولینگ استفاده میکردن، یعنی هر بار که پردازنده بخواد کاری انجام بده، به کیبورد زنگ میزنه و میگه خبری هست یا نه؟ کیبورد هم میگه نه یا اره.

یکجورایی مثل وب سوکت و http polling هست.

درایور ها معمولا با IRQ نوشته میشن، سیستم عامل های مدرن هم همینجورین، مثلا:

الان اگه بخوایم فنی تر بیان کنیم، میگیم اگه ما کلید A رو توی کیبورد بزنیم، مدار کیبورد اون رو میاد مثلا به 0x1c تبدیل میکنه، بعد با IRQ درخواست وقفه سخت افزاری میده به سی پی یو، بعد سی پی یو میره، به جدول ivt که مپ شده به IRQ و جامپ میکنه روی درایور. درایور هم میاد از کیبورد داده دریافت میکنه، مثلا اینارو:

• اسکن کد مربوط به یک کاراکتر

• وضعیت فشار دادن کلید یا ول کردن کلید

• همچنین وضعیت کلید های ویژه مثل sleep، vol-up و ...

بعد درایور میاد داده رو یکسری عملیات روش انجام میده و میفرسته به درایور گرافیک، اون هم میاد مثلا شکل کرسر موس رو روی مانیتور رسم میکنه، به همین راحتی!

نکته: هر IRQ به یک ivt خاص وصل شده، مثلا IRQ 1 وصل شده به INT 9.

کلا 15 تا IRQ داریم، بقیه چیزا مثل اسپیکر و پرینتر و ... بدون IRQ هستند، یادتونه در پارت اول گفتیم دستگاه های ورودی فقط میتونن IRQ به پردازنده بفرستن، بقیه چیزا رو فقط پردازنده به دستگاه ها میفرسته.

حالا اگه بریم ته ماجرا، 32 تا وقفه اول رو اینتل رزرو کرده، بعد بایوس، اومده پورت های مثل IRQ 1 رو وصل کرده به int 9 ( مثلا خیلی خفنه 😂 )، اینجوری وقفه های خود سی پی یو با بایوس بهم میریزه و کلی مشکل پیش میاد ( دستش درد نکنه ).

باید ما اول بیایم مپینگ IRQ به IVT رو درستش کنیم، مثلا IRQ 1 رو بجای 9 بکنیمش مثلا 20 ( در هگزادسیمال 32، اخرین وقفه رزرو خود اینتل 31 هست ) به بالا و اینجوری مشکل ها برطرف میشه.

از جلسه بعدی بصورت عملی ساخت سیستم عامل رو شروع میکنیم و ساخت درایور های پایه و چیزای پایه و همه چیز.