نوشتن یک بوت لودر ساده با اسمبلی

سلام ؛ امروز میخوایم با هم یه بوت لودر بنویسیم! بوت لودر اولین کدی هست که توی یه کامپیوتر بعد از روشن شدن اجرا میشه و واقعا نوشتن یک بوت لودر میتونه لذت بخش باشه. البته نیاز هست اشاره کنم که برای نوشتن یک بوت لودر نیاز دارید حتما حتما به اسمبلی یعنی یک زبان سطح پایین تسلط داشته باشید!

چیا رو نصب کنم ؟

• به چیا نیاز دارم : اولین چیزی که قراره بهش بپردازیم اینه که باید چیا رو نصب داشته باشید و چیا رو بلد باشید. من این آموزش رو میخوام با اسمبلی Intel بنویسم اما بازنویسی اون رو با سینتکس At&T آخر این پست میزارم تا دوستان بتونن ازش استفاده کنن.
  و اینکه طی این آموزش من دارم از سیستم عامل "Ubuntu 180.4.1 LTS" استفاده میکنم که واقعا برای این کار بی نظیر هستش! برنامه هایی که بهش نیاز دارید GCC یا سری کامپایلر های گنو هستش ؛ به nasm یعنی اسمبلر نیاز دارید و همچنین به ld یعنی لینوکس لینکر نیاز دارید. اینها برای اسمبل کردن و کامپایل بوت لودر کافی هستن اما شما برای شبیه سازی محیط یک کامپیوتر به نرم افزار qemu نیاز دارید. برای نصب qemu مراحل زیر رو دنبال کنید :

ابتدا کد زیر رو توی محیط ترمینال وارد کنید :

sudo apt-get install qemu

بعد از اون برای اطمینان از نصب qemu این کد رو اجرا کنید اگر پنجره ای باز شد یعنی مراحل نصب رو درست طی کردید :

qemu-system-x86_64

و برای نصب nasm هم از کد زیر استفاده کنید :

sudo apt install nasm

وقتی یه سیستم x86 رو روشن می کنیم چی میشه ؟

حالا که تمام نیاز ها رو برای ساخت یه بوت لودر برطرف کردیم میریم ببینیم که یه بوت لودر چطوری کار میکنه. یه بوت لودر 512 بیت از حافظه ی bootable میخونه ، اگر که ۲ باید آخر از اون برابر عدد جادویی بود ، اون رو به عنوان یک بوت لودر شناسایی میکنه. برنامه ی ما هم باید در نقطه ی 0x7c00 از حافظه باشه.

عدد جادویی برابر 0x55aa هست تو مبنای hex. اما همیشه ۲ بیت آخر با هم جا به جا میشن ،‌ پس ما باید ۲ بیت آخر رو برابر 0xaa55 قرار بدیم تا به عنوان عدد جادویی شناخته بشه.

حالا میریم عملیش کنیم !

خیلی خب ،‌ میریم سراغ کد نویسی با اسمبلی . از اونجایی که مهم نیست اصلا اون ۵۱۰ بیت دیگه چی باشن ، ما هم با صفر پرشون میکنیم. اما اول از همه اجازه بدید تا یه کد اولیه رو بنویسیم:

[BITS 16]
[ORG 0x7c00]
global _strat

_start:
    jmp _start

خط اول داره میگه که دارم توی مدل ۱۶ بیت کد میزنم.

خط دوم میگه که برنامه ی ما در نقطه ی 0x7c00 قرار داره.

خط بعد داره به لینکر یا هر چیز دیگه ای میگه که نقطه ی شروع برنامه ی من _start هست.

و _start یه حلقه ی بی پایان هست.

خب ،‌حالا بریم سراغ پر کردن اون ۵۱۲ بیت.

[BITS 16] 
global _strat  
_start:
    jmp _start

times 510-($-$$) db 0           ; fill the output file with zeroes until 510 bytes are full 
dw 0xaa55                             ; magic number that tells the BIOS this is bootable

این هم از این ، به همین سادگی ۵۱۲ بیت رو هم پر کردیم. بزارید حالا با nasm کامپایلش کنیم :

nasm -o boot.bin boot.asm

و از دستور زیر برای دیدن فایلتون استفاده کنید :

$ ls -l

میبینید که یه فایل 512 بیتی به نام boot.bin داریم.

بزارید تا کدمون رو امتحان کنیم با دستور :

qemu-system-x86_64 boot.bin

خب ، حالا باید دستوارتمون رو توی بوت لودر بنویسیم. میخوایم یه hello world بنویسیم. برای این کار ،‌ باید پیام رو در ثبات ax بریزیم و سیگنال 0x10 رو به CPU بفرستیم. در واقع ،‌ هر بار باید کاراکتر مورد نظر خودمونو در al بزاریم و کد رنگ اون رو در ah و بعدش CPU رو با اینتراپت 0x10 صدا کنیم. پس شروع میکنیم :

[BITS 16]
[ORG 0x7c00]
global _start

_start: 
    mov ax, 0x0e41 ; 0x0e = White color, and 0x41 is &quotA&quot in ASCII ... Similar to mov ah, 0x0e and mov al, 0x41
    int 0x10             ; Call CPU with 0x10  interrupt 
    hlt ; Stop Execution
    
times 510 - ($-$$) db 0
dw 0xaa55

خیلی خب ،‌برنامه رو دوباره کامپایل کنید و میبینید که نتیجه مثل زیره :

و حالا میریم که کل کد رو بنویسیم :

[BITS 16]
[ORG 0x7c00]
global _start

_start: 
    mov si, msg
    mov ah, 0x0e ; sets AH to 0xe (function teletype)
print_char:
    lodsb ; loads the current byte from SI into AL and increments the address in SI
    cmp al, 0
    je done
    int 0x10
done:
    hlt
    
msg: db &quotHello world!&quot, 0 ; we need to explicitely put the zero byte here
times 510 - ($-$$) db 0
dw 0xaa55

در واقع در کد بالا ،‌ اومدیم و تک تک کاراکتر ها رو توی al گذاشتیم و CPU رو با اینتراپت 0x10 صدا زدیم و گفتیم اگر که به صفر رسید این چرخه برنامه رو ببند. و اگر کمی اسمبلی بلد باشید حتما کد رو میفهمید.

و در آخر ،‌ کد در سینتکس AT&T:

.code16 # use 16 bits
.global init  

init:   
    mov $msg, %si # loads the address of msg into si   
    mov $0xe, %ah # loads 0xe (function number for int 0x10) into ah 
print_char:  
    lodsb # loads the byte from the address in si into al and increments si  
    cmp $0, %al # compares content in AL with zero   
    je done # if al == 0, go to &quotdone&quot   
    int $0x10 # prints the character in al to screen   
    jmp print_char # repeat with next byte 
done:   
    hlt # stop execution  
msg: .asciz &quotHello world!&quot  
.fill 510-(.-init), 1, 0 # add zeroes to make it 510 bytes long 
.word 0xaa55 # magic bytes that tell BIOS that this is bootable

منبع :