關(guān)于從保護(hù)模式切換到實(shí)模式的相關(guān)說(shuō)明

參考于淵的《自己動(dòng)手寫(xiě)操作系統(tǒng)》第三章中從實(shí)模式切換到保護(hù)模式，最后有重新切回實(shí)模式的代碼（代碼如下），其中有幾點(diǎn)不太明白的，參考其他文章之后在此記錄一下。

其中還有不太明白的地方，希望大家能在下面 留個(gè)言幫我講明白，謝謝。

下面代碼有些宏定義沒(méi)貼出來(lái)，應(yīng)該能看明白。

  1; ==========================================
  2; pmtest2.asm
  3; 編譯方法：nasm pmtest2.asm -o pmtest2.com
  4; ==========================================
  5
  6%include    "pm.inc"    ; 常量, 宏, 以及一些說(shuō)明
  7
  8org    0100h
  9    jmp    LABEL_BEGIN
 10
 11[SECTION .gdt]
 12; GDT
 13;                                         段基址,       段界限     , 屬性
 14LABEL_GDT:        Descriptor           0,                 0, 0             ; 空描述符
 15LABEL_DESC_NORMAL:    Descriptor           0,            0ffffh, DA_DRW        ; ***注意此處為Normal 描述符*****
 16LABEL_DESC_CODE32:    Descriptor           0,  SegCode32Len - 1, DA_C + DA_32    ; 非一致代碼段, 32
 17LABEL_DESC_CODE16:    Descriptor           0,            0ffffh, DA_C        ; 非一致代碼段, 16
 18LABEL_DESC_DATA:    Descriptor           0,    DataLen - 1, DA_DRW        ; Data
 19LABEL_DESC_STACK:    Descriptor           0,        TopOfStack, DA_DRWA + DA_32    ; Stack, 32 位
 20LABEL_DESC_TEST:    Descriptor    0500000h,            0ffffh, DA_DRW
 21LABEL_DESC_VIDEO:    Descriptor     0B8000h,            0ffffh, DA_DRW        ; 顯存首地址
 22; GDT 結(jié)束
 23
 24GdtLen        equ    $ - LABEL_GDT    ; GDT長(zhǎng)度
 25GdtPtr        dw    GdtLen - 1    ; GDT界限
 26        dd    0        ; GDT基地址
 27
 28; GDT 選擇子
 29SelectorNormal        equ    LABEL_DESC_NORMAL    - LABEL_GDT
 30SelectorCode32        equ    LABEL_DESC_CODE32    - LABEL_GDT
 31SelectorCode16        equ    LABEL_DESC_CODE16    - LABEL_GDT
 32SelectorData        equ    LABEL_DESC_DATA        - LABEL_GDT
 33SelectorStack        equ    LABEL_DESC_STACK    - LABEL_GDT
 34SelectorTest        equ    LABEL_DESC_TEST        - LABEL_GDT
 35SelectorVideo        equ    LABEL_DESC_VIDEO    - LABEL_GDT
 36; END of [SECTION .gdt]
 37
 38[SECTION .data1]     ; 數(shù)據(jù)段
 39ALIGN    32
 40[BITS    32]
 41LABEL_DATA:
 42SPValueInRealMode    dw    0
 43; 字符串
 44PMMessage:        db    "In Protect Mode now. ^-^", 0    ; 進(jìn)入保護(hù)模式后顯示此字符串
 45OffsetPMMessage        equ    PMMessage - $$
 46StrTest:        db    "ABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZ", 0
 47OffsetStrTest        equ    StrTest - $$
 48DataLen            equ    $ - LABEL_DATA
 49; END of [SECTION .data1]
 50
 51
 52; 全局堆棧段
 53[SECTION .gs]
 54ALIGN    32
 55[BITS    32]
 56LABEL_STACK:
 57    times 512 db 0
 58
 59TopOfStack    equ    $ - LABEL_STACK - 1
 60
 61; END of [SECTION .gs]
 62
 63
 64[SECTION .s16]
 65[BITS    16]
 66LABEL_BEGIN:
 67    mov    ax, cs
 68    mov    ds, ax
 69    mov    es, ax
 70    mov    ss, ax
 71    mov    sp, 0100h
 72
 73    mov    [LABEL_GO_BACK_TO_REAL+3], ax
 74    mov    [SPValueInRealMode], sp
 75
 76    ; 初始化 16 位代碼段描述符
 77    mov    ax, cs
 78    movzx    eax, ax
 79    shl    eax, 4
 80    add    eax, LABEL_SEG_CODE16
 81    mov    word [LABEL_DESC_CODE16 + 2], ax
 82    shr    eax, 16
 83    mov    byte [LABEL_DESC_CODE16 + 4], al
 84    mov    byte [LABEL_DESC_CODE16 + 7], ah
 85
 86    ; 初始化 32 位代碼段描述符
 87    xor    eax, eax
 88    mov    ax, cs
 89    shl    eax, 4
 90    add    eax, LABEL_SEG_CODE32
 91    mov    word [LABEL_DESC_CODE32 + 2], ax
 92    shr    eax, 16
 93    mov    byte [LABEL_DESC_CODE32 + 4], al
 94    mov    byte [LABEL_DESC_CODE32 + 7], ah
 95
 96    ; 初始化數(shù)據(jù)段描述符
 97    xor    eax, eax
 98    mov    ax, ds
 99    shl    eax, 4
100    add    eax, LABEL_DATA
101    mov    word [LABEL_DESC_DATA + 2], ax
102    shr    eax, 16
103    mov    byte [LABEL_DESC_DATA + 4], al
104    mov    byte [LABEL_DESC_DATA + 7], ah
105
106    ; 初始化堆棧段描述符
107    xor    eax, eax
108    mov    ax, ds
109    shl    eax, 4
110    add    eax, LABEL_STACK
111    mov    word [LABEL_DESC_STACK + 2], ax
112    shr    eax, 16
113    mov    byte [LABEL_DESC_STACK + 4], al
114    mov    byte [LABEL_DESC_STACK + 7], ah
115
116    ; 為加載 GDTR 作準(zhǔn)備
117    xor    eax, eax
118    mov    ax, ds
119    shl    eax, 4
120    add    eax, LABEL_GDT        ; eax <- gdt 基地址
121    mov    dword [GdtPtr + 2], eax    ; [GdtPtr + 2] <- gdt 基地址
122
123    ; 加載 GDTR
124    lgdt    [GdtPtr]
125
126    ; 關(guān)中斷
127    cli
128
129    ; 打開(kāi)地址線A20
130    in    al, 92h
131    or    al, 00000010b
132    out    92h, al
133
134    ; 準(zhǔn)備切換到保護(hù)模式
135    mov    eax, cr0
136    or    eax, 1
137    mov    cr0, eax
138
139    ; 真正進(jìn)入保護(hù)模式
140  ;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;在此由實(shí)模式切進(jìn)保護(hù)模式;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;
141    jmp    dword SelectorCode32:0    ; 執(zhí)行這一句會(huì)把 SelectorCode32 裝入 cs, 并跳轉(zhuǎn)到 Code32Selector:0  處
142
143;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;
144
145LABEL_REAL_ENTRY:        ; 從保護(hù)模式跳回到實(shí)模式就到了這里
146    mov    ax, cs
147    mov    ds, ax
148    mov    es, ax
149    mov    ss, ax
150
151    mov    sp, [SPValueInRealMode]
152
153    in    al, 92h        ; ┓
154    and    al, 11111101b    ; ┣ 關(guān)閉 A20 地址線
155    out    92h, al        ; ┛
156
157    sti            ; 開(kāi)中斷
158
159    mov    ax, 4c00h    ; ┓
160    int    21h        ; ┛回到 DOS
161; END of [SECTION .s16]
162
163
164[SECTION .s32]; 32 位代碼段. 由實(shí)模式跳入.
165[BITS    32]
166
167LABEL_SEG_CODE32:
168    mov    ax, SelectorData
169    mov    ds, ax            ; 數(shù)據(jù)段選擇子
170    mov    ax, SelectorTest
171    mov    es, ax            ; 測(cè)試段選擇子
172    mov    ax, SelectorVideo
173    mov    gs, ax            ; 視頻段選擇子
174
175    mov    ax, SelectorStack
176    mov    ss, ax            ; 堆棧段選擇子
177
178    mov    esp, TopOfStack
179
180
181    ; 下面顯示一個(gè)字符串
182    mov    ah, 0Ch            ; 0000: 黑底    1100: 紅字
183    xor    esi, esi
184    xor    edi, edi
185    mov    esi, OffsetPMMessage    ; 源數(shù)據(jù)偏移
186    mov    edi, (80 * 10 + 0) * 2    ; 目的數(shù)據(jù)偏移。屏幕第 10 行, 第 0 列。
187    cld
188.1:
189    lodsb
190    test    al, al
191    jz    .2
192    mov    [gs:edi], ax
193    add    edi, 2
194    jmp    .1
195.2:    ; 顯示完畢
196
197    call    DispReturn
198
199    call    TestRead
200    call    TestWrite
201    call    TestRead
202
203    ; 到此停止
204  ;**********注意在此由32位代碼段跳至16位代碼段**********************
205    jmp    SelectorCode16:0
206
207; ------------------------------------------------------------------------
208TestRead:
209    xor    esi, esi
210    mov    ecx, 8
211.loop
212    mov    al, [es:esi]
213    call    DispAL
214    inc    esi
215    loop    .loop
216
217    call    DispReturn
218
219    ret
220; TestRead 結(jié)束-----------------------------------------------------------
221
222
223; ------------------------------------------------------------------------
224TestWrite:
225    push    esi
226    push    edi
227    xor    esi, esi
228    xor    edi, edi
229    mov    esi, OffsetStrTest    ; 源數(shù)據(jù)偏移
230    cld
231.1:
232    lodsb
233    test    al, al
234    jz    .2
235    mov    [es:edi], al
236    inc    edi
237    jmp    .1
238.2:
239
240    pop    edi
241    pop    esi
242
243    ret
244; TestWrite 結(jié)束----------------------------------------------------------
245
246
247; ------------------------------------------------------------------------
248; 顯示 AL 中的數(shù)字
249; 默認(rèn)地:
250;    數(shù)字已經(jīng)存在 AL 中
251;    edi 始終指向要顯示的下一個(gè)字符的位置
252; 被改變的寄存器:
253;    ax, edi
254; ------------------------------------------------------------------------
255DispAL:
256    push    ecx
257    push    edx
258
259    mov    ah, 0Ch            ; 0000: 黑底    1100: 紅字
260    mov    dl, al
261    shr    al, 4
262    mov    ecx, 2
263.begin:
264    and    al, 01111b
265    cmp    al, 9
266    ja    .1
267    add    al, '0'
268    jmp    .2
269.1:
270    sub    al, 0Ah
271    add    al, 'A'
272.2:
273    mov    [gs:edi], ax
274    add    edi, 2
275
276    mov    al, dl
277    loop    .begin
278    add    edi, 2
279
280    pop    edx
281    pop    ecx
282
283    ret
284; DispAL 結(jié)束-------------------------------------------------------------
285
286
287; ------------------------------------------------------------------------
288DispReturn:
289    push    eax
290    push    ebx
291    mov    eax, edi
292    mov    bl, 160
293    div    bl
294    and    eax, 0FFh
295    inc    eax
296    mov    bl, 160
297    mul    bl
298    mov    edi, eax
299    pop    ebx
300    pop    eax
301
302    ret
303; DispReturn 結(jié)束---------------------------------------------------------
304
305SegCode32Len    equ    $ - LABEL_SEG_CODE32
306; END of [SECTION .s32]
307
308
309; 16 位代碼段. 由 32 位代碼段跳入, 跳出后到實(shí)模式
310[SECTION .s16code]
311ALIGN    32
312[BITS    16]
313LABEL_SEG_CODE16:
314    ; 跳回實(shí)模式:
315  ;****************注意在此用normal選擇子對(duì)段寄存器進(jìn)行填充******************************
316    mov    ax, SelectorNormal
317    mov    ds, ax
318    mov    es, ax
319    mov    fs, ax
320    mov    gs, ax
321    mov    ss, ax
322
323    mov    eax, cr0
324    and    al, 11111110b
325    mov    cr0, eax
326
327;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;在此由保護(hù)模式切進(jìn)實(shí)模式;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;
328LABEL_GO_BACK_TO_REAL:
329    jmp    0:LABEL_REAL_ENTRY    ; 段地址會(huì)在程序開(kāi)始處被設(shè)置成正確的值
330
331Code16Len    equ    $ - LABEL_SEG_CODE16
332
333; END of [SECTION .s16code]
334

注意一．在由保護(hù)模式切換到實(shí)模式之前，用normal選擇子對(duì)段寄存器進(jìn)行填充。

原因：

在切換到實(shí)模式之前，把一個(gè)指向似乎沒(méi)有用的數(shù)據(jù)段的描述符Normal的選擇子裝載到DS和ES。這是為什么呢?

     在分段管理機(jī)制中，每個(gè)段寄存器都配有段描述符高速緩沖寄存器，這些高速緩沖寄存器在實(shí)方式下仍發(fā)揮作用，只是內(nèi)容上與保護(hù)模式下有所不同。如上表所示，其中“Y”表示“是”； “N”表示“否”；“B”表示字節(jié)；“U”表示向上擴(kuò)展，“W”表示以字方式操作堆棧。段基地址仍是 32位，其值是相應(yīng)段寄存器值(段值)乘以16，在把段值裝載到段寄存器時(shí)刷新。由于其值是16位段值乘上16，所以在實(shí)模式下基地址實(shí)際上有效位只有20位。每個(gè)段的32位段界限都固定為0FFFFH，段屬性的許多位也是固定的。所謂固定是指在實(shí)方式下不可設(shè)置這些屬性值，只能繼續(xù)沿用保護(hù)方式下所設(shè)置的值。因此，在準(zhǔn)備結(jié)束保護(hù)模式回到實(shí)模式之前，要通過(guò)加載一個(gè)合適的描述符選擇子（如實(shí)例代碼中的Normal選擇子）到有關(guān)段寄存器，以使得對(duì)應(yīng)段描述符高速緩沖寄存器中含有合適的段界限和屬性。

也就是說(shuō)，在實(shí)模式下裝載段寄存器并不會(huì)影響段告訴緩沖寄存器的值，比如段界限（其實(shí)在實(shí)模式也沒(méi)有必要改變，應(yīng)為段界限一直都是0ffffh），這也就是為甚麼所有講保護(hù)模式的樹(shù)在講到有保護(hù)模式切換到實(shí)模式時(shí)都要加載一個(gè)normal選擇子的原因了。

應(yīng)為必須在保護(hù)模式下設(shè)置好段高速緩沖寄存器的值，因?yàn)橐坏┑搅藢?shí)模式下就不能在改變了。

經(jīng)我試驗(yàn)，對(duì)于normal的描述符，其最重要是段界限一定要設(shè)置為0ffffh，如果不是這樣，那莫在由保護(hù)模式跳轉(zhuǎn)到實(shí)模式后會(huì)發(fā)生錯(cuò)誤（對(duì)于上述代碼如果把normal描述符的段界限改為別的的話，在跳轉(zhuǎn)后會(huì)產(chǎn)生死循環(huán)的現(xiàn)象，具體是什么原因現(xiàn)在還不明確，哪位高人知道一定要告訴我啊~~）。其次就是屬性的設(shè)置一定要設(shè)置為可讀可寫(xiě)的，否則也會(huì)發(fā)生錯(cuò)誤.

注意二：不能從32位代碼段返回實(shí)模式,而只能從16位代碼段返回。

原因：（書(shū)中說(shuō)的）因?yàn)闊o(wú)法實(shí)現(xiàn)從32位代碼段返回時(shí)CS高速緩沖寄存器中的屬性符合實(shí)模式的要求(實(shí)模式不能改變段屬性)

對(duì)于這個(gè)解釋還是不太明確，如果哪位高人明白其中的來(lái)龍去脈的話，請(qǐng)一定在下面留個(gè)言，給我解釋一下，不勝感激.