Skip to content

boot

Directory actions

More options

Directory actions

More options

Latest commit

 

History

History

boot

Folders and files

NameName
Last commit message
Last commit date

parent directory

..
README.md
README.md
 
 
bootloader.asm
bootloader.asm
 
 
bootloader.bin
bootloader.bin
 
 
stage2.asm
stage2.asm
 
 

README.md

RAND Elecorner 36 — Двухстадийный загрузчик

Архитектура

Загрузчик состоит из двух стадий, что позволяет обойти ограничение boot-сектора в 512 байт.

BIOS ──► Stage 1 (512B, сектор 0) ──► Stage 2 (STAGE2.BIN) ──► KERNEL.BIN
         bootloader.asm                stage2.asm                kernel_entry.asm
         0x7C00                        0x8000                    0x10000

Stage 1 — bootloader.asm (512 байт)

Минимальный код, умещающийся в boot-сектор:

Шаг Описание
1 Настройка сегментов: DS=ES=SS=0, SP=0x7C00
2 Сохранение DL (boot drive от BIOS)
3 Вычисление LBA корневого каталога из BPB
4 Чтение корневого каталога → 0x7E00
5 Поиск файла STAGE2.BIN (8.3 формат)
6 Вычисление LBA первого кластера
7 Загрузка 8 секторов (4 КБ) → 0x8000
8 Передача DL и jmp 0x0000:0x8000

LBA→CHS конвертация через INT 13h AH=02h — дискеты не поддерживают Extended Read (AH=42h).

Stage 2 — stage2.asm (~1 КБ)

Полноценный загрузчик без ограничений по размеру:

Шаг Описание
1 Стек в безопасной зоне: SS=0, SP=0x7C00
2 Чтение FAT таблицы (9 секторов) → 0x2000
3 Поиск KERNEL.BIN в корневом каталоге
4 Валидация первого кластера (2 ≤ cluster < 0xFF0)
5 Следование FAT12 цепочке кластеров (12-бит)
6 Валидация каждого LBA (< TotalSectors)
7 Загрузка ядра → 0x1000:0x0000 (физ. 0x10000)
8 Детекция RAM: INT 15h AH=E801h, fallback AH=88h
9 Заполнение BootInfo структуры → 0x0500
10 Проверка magic 0xAA55 в boot-секторе
11 jmp 0x1000:0x0000 → передача управления ядру

FAT12 парсинг кластеров

Если cluster чётный:  next = FAT[cluster*3/2] & 0x0FFF
Если cluster нечётный: next = FAT[cluster*3/2] >> 4
Конец цепочки:         next >= 0x0FF8

Диагностика

Stage 2 выводит подробный лог на каждом шаге:

S1.S2.
[Stage2] Init
[Stage2] Stack=0:7C00 FAT=0x2000
[Stage2] Reading FAT (9 sec)...
[Stage2] FAT loaded OK
[Stage2] Searching KERNEL.BIN...
[Stage2] First cluster: 5
[Stage2] Loading kernel (FAT12 chain)...
[Stage2] Loaded 97 sectors
[Stage2] RAM: 32768 KB
[Stage2] Boot OK! -> 0x10000

При ошибках — чёткие сообщения: Bad cluster!, LBA out of range!, Chain corrupt!, Disk read!.

Карта памяти (Real Mode)

0x0000─0x04FF  IVT + BDA (BIOS)
0x0500─0x050F  BootInfo struct
0x0510─0x1FFF  ── свободно (стек растёт сюда ▼) ──
0x2000─0x31FF  FAT таблица (9 секторов)
0x3200─0x7BFF  ── свободно ──
0x7C00─0x7DFF  Boot сектор (Stage 1, 512B)
0x7E00─0x99FF  Корневой каталог FAT12 (14 секторов)
0x8000─0x8FFF  Stage 2 код (внутри root dir, допустимо)
0x10000─...    KERNEL.BIN (до 64 КБ)

BootInfo структура (0x0500)

struct BootInfo {
    uint8_t  boot_drive;         // 0x0500 — номер диска BIOS
    uint8_t  video_mode;         // 0x0501 — видеорежим (0x03 = 80×25 text)
    uint16_t mem_below_16m_kb;   // 0x0502 — RAM до 16 МБ (КБ)
    uint16_t mem_above_16m_64kb; // 0x0504 — RAM выше 16 МБ (блоки 64 КБ)
    uint32_t magic;              // 0x0506 — 0xB0071AF0
};

Ядро проверяет magic == 0xB0071AF0 и читает данные. Команда bootinfo в shell.

BPB (BIOS Parameter Block)

Stage 1 содержит BPB для FAT12 совместимости. При сборке mkfs.fat перезаписывает поля BPB в образе, наш asm-шаблон — fallback. Stage 2 читает BPB напрямую из памяти 0x7C00+offset.

Поле Оффсет Значение
SectorsPerCluster 0x0D 1
ReservedSectors 0x0E 1
NumberOfFATs 0x10 2
RootEntries 0x11 224
TotalSectors 0x13 2880
SectorsPerFAT 0x16 9
SectorsPerTrack 0x18 18
HeadsPerCylinder 0x1A 2

Сборка и запуск

bash build.sh
qemu-system-i386 -fda disk.img -hda data.img -boot a

Скрипт build.sh:

  1. Собирает bootloader.bin и STAGE2.BIN через NASM
  2. Компилирует и линкует ядро → KERNEL.BIN
  3. Создаёт disk.img (1.44 МБ FAT12), записывает boot-сектор
  4. Копирует STAGE2.BIN первым (получает кластер 2, гарантированно непрерывный)
  5. Копирует KERNEL.BIN (загружается через FAT12 цепочку)

Ограничения

  • Максимальный размер ядра: ~1.3 МБ (ограничение FAT12 на 1.44 МБ дискете)
  • Stage 2 предполагает контигуозность STAGE2.BIN (первые 8 секторов)
  • Только CHS-адресация (совместимость с флоппи)
  • Real Mode до передачи управления ядру (Protected Mode включается в kernel_entry.asm)