保护模式预备知识--书中pmtest9中断机制代码详细注释
一、80386，内存，8255A的连接如图1
图 1
二、编程8255A中断控制器（将ICW写入特定的寄存器）
8255A是可编程中断控制器，对它的设置并不复杂，是通过向相对应的端口写入特定的ICW(Initialization Command Word)来实现的。主8259A对应的端口地址是20h和21h，从8259A对应的端口地址是A0h和A1h。ICW共有4个，每一个都是具有特定格式的字节，为了先对初始化8259A的过程有一个概括的了解，我们过一会再来关注每一个ICW的格式，现在，先来看一下初始化过程：
1、往端口20h（主片）或A0h（从片）写入ICW1。
2、往端口21h（主片）或A1h（从片）写入ICW2。
3、往端口21h（主片）或A1h（从片）写入ICW3。
4、往端口21h（主片）或A1h（从片）写入ICW4。
ICW格式如图2：
图 2 ICW的格式 图 3 OCW1
若想屏蔽或者打开外部中断，只需要往8259A写入OCW1就可以了，即写入中断屏蔽寄存器（IMR），OCW1的格式如图3。
可屏蔽中断与NMI的区别在于是否受到IF位的影响，而8259A的中断屏蔽寄存器（IMR）也影响着中断是否会被响应。所以，外部可屏蔽中断的发生就会受到两个因素的影响，只有当IF位为1，并且IMR相应位为0时才会发生。除单步中断外，所有内部中断都无法禁止，即不能通过CLI指令使IF=0，使其不响应。
三、保护模式下的中断
1、0-19的中断和异常已经安排好了，如书上89页表3.8
2、有特权级变化时，中断堆栈变化如图4。从中断或异常返回时必须使用指令iretd，它和ret很相似，只是它同时会改变eflags的值。需要注意的是，只有当CPL为0时，eflags中的IOPL域才会改变，而且只有当CPL小于等于IOPL时，IF才会被改变。另外，iretd执行时Error Code不会被自动从堆栈弹出，所以执行它之前要先将它从栈中清除掉。指令in、ins、out、outs、cli、sti只有在CPL小于等于IOPL时才能执行。这些指令被称为I/O敏感指令。如果低特权级的指令试图访问这些I/O敏感指令将会导致常规保护错误（#GP）。
图 4 中断或异常发生时的堆栈
3、I/O许可位
TSS偏移102字节处有一个被称做"I/O许可位图基址"的东西，它是一个以TSS的地址为首地址的偏移，指向的便是I/O许可位图。之所以叫做位图，是因为它的每一位表示一个字节的端口地址是否可用。如果某一位为0，则表示此位对应的端口号可用，为1则不可用。由于每一个任务都可以有单独的TSS，所以每个任务可以有它单独的I/O许可位图。
4、保护模式下中断执行过程
以下由硬件自动完成：
①从中断信息中取得中断类型码。
②标志寄存器eflags的值入栈，因为在中断过程中要改变标志寄存器的值，所以先将其保存在栈中。
③设置标志寄存器IF和TF位为0，为了防止在此中断中再来其他外部中断。
④cs,eip,error code入栈。
⑤根据中断类型码在IDT中找到中断门执行代码。
IRETD 指令先弹出一个32位的EIP值，然后再弹出一个32位值并将最低的2个字节值传入CS寄存器，最后再弹出一个32位的标志寄存器值。
pmtest9.asm代码如下：
%include"pm.inc"; 常量, 宏, 以及一些说明org07c00hjmpLABEL_BEGIN[SECTION .gdt]; GDT; 段基址, 段界限 , 属性LABEL_GDT: Descriptor 0, 0, 0 ; 空描述符LABEL_DESC_NORMAL:Descriptor 0, 0ffffh, DA_DRW; Normal 描述符LABEL_DESC_CODE32: Descriptor 0, SegCode32Len - 1, DA_C + DA_32; 非一致代码段LABEL_DESC_CODE16:Descriptor 0, 0ffffh, DA_C; 非一致代码段, 16LABEL_DESC_VIDEO: Descriptor 0B8000h, 0ffffh, DA_DRW ; 显存首地址; GDT 结束GdtLenequ$ - LABEL_GDT; GDT长度GdtPtrdwGdtLen - 1; GDT界限dd0; GDT基地址; GDT 选择子SelectorNormalequLABEL_DESC_NORMAL- LABEL_GDTSelectorCode32equLABEL_DESC_CODE32- LABEL_GDTSelectorCode16equLABEL_DESC_CODE16- LABEL_GDTSelectorVideoequLABEL_DESC_VIDEO- LABEL_GDT; END of [SECTION .gdt][SECTION .data1] ; 数据段ALIGN32[BITS32]LABEL_DATA:; 实模式下使用这些符号; 变量_wSPValueInRealModedw0_SavedIDTR:dd0; 用于保存 IDTRdd0_SavedIMREG:db0; 中断屏蔽寄存器值DataLenequ$ - LABEL_DATA; END of [SECTION .data1]; IDT[SECTION .idt]ALIGN32[BITS32]LABEL_IDT:;最多256个中断门，每个占8个字节，所以IDT最大占2K。前面20个已被占用。; 门 目标选择子, 偏移, DCount, 属性%rep 32 GateSelectorCode32, SpuriousHandler, 0, DA_386IGate%endrep.020h:GateSelectorCode32, ClockHandler, 0, DA_386IGate ;转换成10进制是32%rep 95GateSelectorCode32, SpuriousHandler, 0, DA_386IGate%endrep.080h:GateSelectorCode32, UserIntHandler, 0, DA_386IGate ;转换为10进制是128IdtLenequ$ - LABEL_IDTIdtPtrdwIdtLen - 1; 段界限dd0; 基地址; END of [SECTION .idt][SECTION .s16][BITS16]LABEL_BEGIN:movax, csmovds, axmoves, axmovss, axmovsp, 0100hmov[LABEL_GO_BACK_TO_REAL+3], axmov[_wSPValueInRealMode], sp; 初始化 16 位代码段描述符movax, csmovzxeax, axshleax, 4addeax, LABEL_SEG_CODE16movword [LABEL_DESC_CODE16 + 2], ax ;ds:LABEL_DESC_CODE16shreax, 16movbyte [LABEL_DESC_CODE16 + 4], almovbyte [LABEL_DESC_CODE16 + 7], ah; 初始化 32 位代码段描述符xoreax, eaxmovax, csshleax, 4addeax, LABEL_SEG_CODE32movword [LABEL_DESC_CODE32 + 2], axshreax, 16movbyte [LABEL_DESC_CODE32 + 4], almovbyte [LABEL_DESC_CODE32 + 7], ah; 为加载 GDTR 作准备xoreax, eaxmovax, dsshleax, 4addeax, LABEL_GDT; eax <- gdt 基地址movdword [GdtPtr + 2], eax; [GdtPtr + 2] <- gdt 基地址; 为加载 IDTR 作准备xoreax, eaxmovax, dsshleax, 4addeax, LABEL_IDT; eax <- idt 基地址movdword [IdtPtr + 2], eax; [IdtPtr + 2] <- idt 基地址; 保存 IDTRsidt[_SavedIDTR] ;保存IDTR寄存器的值到ds:_SavedIDTR; 保存中断屏蔽寄存器(IMREG)值inal, 21hmov[_SavedIMREG], al ; 加载 GDTRlgdt[GdtPtr]; 关中断cli ;int 80h可以起作用，但是可屏蔽中断（通过8255设置的）就不能响应了 IF=0; 加载 IDTRlidt[IdtPtr]; 打开地址线A20inal, 92horal, 00000010bout92h, al; 准备切换到保护模式moveax, cr0oreax, 1movcr0, eax; 真正进入保护模式jmpdword SelectorCode32:0; 执行这一句会把 SelectorCode32 装入 cs,; 并跳转到 Code32Selector:0 处LABEL_REAL_ENTRY:; 从保护模式跳回到实模式就到了这里movax, csmovds, axmoves, axmovss, axmovsp, [_wSPValueInRealMode]lidt[_SavedIDTR]; 恢复 IDTR 的原值moval, [_SavedIMREG]; ┓恢复中断屏蔽寄存器(IMREG)的原值out21h, al; ┛inal, 92h; ┓andal, 11111101b; ┣ 关闭 A20 地址线out92h, al; ┛sti; 开中断movax, 4c00h; ┓int21h; ┛回到 DOS; END of [SECTION .s16][SECTION .s32]; 32 位代码段. 由实模式跳入.[BITS32]LABEL_SEG_CODE32:movax, SelectorVideomovgs, ax; 视频段选择子(目的)callInit8259Aint080h ;内中断，类似调用门sti ;开中断后，时钟中断开始生效 IF=1jmp$ ;为了演示结果，去掉后跳回实模式callSetRealmode8259A; 到此停止jmpSelectorCode16:0; Init8259A ---------------------------------------------------------Init8259A:moval, 011hn ;00010001out020h, al; 主8259, ICW1.callio_delayout0A0h, al; 从8259, ICW1.callio_delaymoval, 020h; IRQ0 对应中断向量 0x20 00100000 因为前0-19号中断已经被占了out021h, al; 主8259, ICW2.callio_delaymoval, 028h; IRQ8 对应中断向量 0x28 00101000out0A1h, al; 从8259, ICW2.callio_delaymoval, 004h; IR2 对应从8259 00000100out021h, al; 主8259, ICW3.callio_delaymoval, 002h; 对应主8259的 IR2 0000 0010out0A1h, al; 从8259, ICW3.callio_delaymoval, 001h 0000 0001out021h, al; 主8259, ICW4.callio_delayout0A1h, al; 从8259, ICW4.callio_delay;moval, 11111111b; 屏蔽主8259所有中断moval, 11111110b; 仅仅开启定时器中断，外部可屏蔽中断只有在IF=1和IMR对应位为0时才响应out021h, al; 主8259, OCW1.callio_delaymoval, 11111111b; 屏蔽从8259所有中断out0A1h, al; 从8259, OCW1.callio_delayret; Init8259A ---------------------------------------------------------; SetRealmode8259A ---------------------------------------------------------SetRealmode8259A:moval, 017h 0001 0111out020h, al; 主8259, ICW1.callio_delay ;4个字节中断向量，单个8259moval, 008h; IRQ0 对应中断向量 0x8out021h, al; 主8259, ICW2.callio_delay ;ICW3已经不需要了moval, 001hout021h, al; 主8259, ICW4.callio_delayret; SetRealmode8259A ---------------------------------------------------------io_delay:nopnopnopnopret; int handler ---------------------------_ClockHandler:ClockHandlerequ_ClockHandler - $$incbyte [gs:((80 * 0 + 70) * 2)]; 屏幕第 0 行, 第 70 列。moval, 20hout20h, al; 发送 EOIiretd ;IRETD 指令先弹出一个32位的EIP值，然后再弹出一个32位值并将最低的2个字节值传入CS寄存器， ;最后再弹出一个32位的标志寄存器值_UserIntHandler:UserIntHandlerequ_UserIntHandler - $$movah, 0Ch; 0000: 黑底 1100: 红字moval, 'I'mov[gs:((80 * 0 + 70) * 2)], ax; 屏幕第 0 行, 第 70 列。iretd_SpuriousHandler:SpuriousHandlerequ_SpuriousHandler - $$movah, 0Ch; 0000: 黑底 1100: 红字moval, '!'mov[gs:((80 * 0 + 75) * 2)], ax; 屏幕第 0 行, 第 75 列。jmp$iretd; ---------------------------------------SegCode32Lenequ$ - LABEL_SEG_CODE32; END of [SECTION .s32]; 16 位代码段. 由 32 位代码段跳入, 跳出后到实模式[SECTION .s16code]ALIGN32[BITS16]LABEL_SEG_CODE16:; 跳回实模式:movax, SelectorNormalmovds, axmoves, axmovfs, axmovgs, axmovss, axmoveax, cr0andal, 11111110bmovcr0, eaxLABEL_GO_BACK_TO_REAL:jmp0:LABEL_REAL_ENTRY; 段地址会在程序开始处被设置成正确的值Code16Lenequ$ - LABEL_SEG_CODE16; END of [SECTION .s16code]
