Stage 2 for x86. 더 자세히 ...

모듈
	Memory initializing for Protected Mode
	보호모드 메모리 초기화
	Interrupt Service Routines
	Interrupt Service Routine.
	Direct Memory Access
	DMA 콘트롤러를 제어하는 코드를 구현
	Floppy Drive Controller
	플로피 디스크 드라이버를 구현한다.
	Serial Controller
	시리얼 접근을 위한 x86 전용 함수 인터페이스를 정의한다.
	Video Controller
	x86 전용 비디오 메모리 접근을 위한 함수 인터페이스를 정의한다.
	In/Out Port
	Port In/Out 기능을 위한 함수 인터페이스를 정의한다.

데이타 구조
struct	memmap
	This structure has to be shared with nckernel. 더 자세히 ...

매크로
#define	LOW16(r)   (((unsigned long)(r)) & 0x0000FFFF)
#define	HIGH16(r)   (((unsigned long)(r)) >> 16)
#define	MAX_ENTRY   8
#define	PRESENT   1
#define	RING3   3
#define	RING0   0
#define	DESC_NULL   0x00
#define	DESC_TSS   0x07
#define	DESC_COUNT   0x08
#define	TI(t)   ((t) << 2)
#define	GDT   0
#define	LDT   1
#define	INITM_SIZE   (1 << 20)
#define	TCB_SIZE   4096
#define	ENV_SIZE   4096
#define	KERNEL_SIZE   (1048576 - ENV_SIZE)
#define	HEAP_SIZE   1048576
#define	STACK_SIZE   (16 << 10)
#define	BOOTM_IDX   0
#define	SYSTEM_IDX   1
#define	MMAP_SIZE(mmap)   ((mmap)->tcb_size + (mmap)->env_size + (mmap)->kernel_size + (mmap)->initm_size + (mmap)->heap_size + (mmap)->stack_size)
#define	PANIC(fmt,...)
	시스템 오류 발생시 현재 CPU context 와 Stack 정보를 dump 하고 정지한다. 더 자세히 ...

함수
unsigned long _eoc	__attribute__ ((section(".eoc")))
	.eoc 섹션을 만들고, eoc 라는 변수를 그곳에 위치 시킨다. ldscript 에서 .eoc 섹션을 가장 마지막에 위치시킨다. eoc라는 변수는 .eoc 섹션 즉, 가장 마지막 섹션에 자리를 잡게 되고 메모리에 적재된 후에 eoc 변수의 주소가 우리가 사용 가능한 메모리 영역의 시작 주소가 된다. 더 자세히 ...
int	arch_init (void)
	[Stage 2 Build Interrupt Table] 더 자세히 ...
unsigned long	arch_setup_env (struct memmap *map)
	사용가능한 메모리 정보 및 Architecture 정보를 환경변수 형태로 반환한다. 사용가능한 가장 큰 메모리 영역의 시작 주소에 환경변수 블록을 구성하고, 그 주소를 반환한다. 더 자세히 ...
int	arch_init_thread_stack (struct thread *handle, unsigned int stack_size, void *(*e)(void *arg), void *arg)
	주어진 메모리 영역에 architecture 의존적인 task stack 을 구성한다. 더 자세히 ...
struct thread *	arch_current_thread (void)
	현재 쓰레드의 구조체를 가져온다. 더 자세히 ...
void	arch_switch_to_thread (struct thread *thread)
	지정된 쓰레드로 즉시 전환한다. 더 자세히 ...
__NORET void	halt (void)
	시스템을 정지 시킨다. 더 자세히 ...
int	drivers_init (void)
	Drivers 초기화 함수 구현체는 각 포팅 레이어에서 구현한다. 더 자세히 ...

상세한 설명

Stage 2 for x86.

각 Architecture 들은 여기에 정의된 함수들을 반드시 구현해야 한다.

architecture 의존적인 코드의 구현

Stage 2 에서는 CPU 를 Protected Mode 로 변경한 후 Kernel 로 실행권을 옮긴다.

Real Mode 와 Protected Mode 의 가장 큰 차이점은, Segment 를 재정의 할 수 있다는 것과, Interrupt Vector Table 을 재정의 할 수 있다는 것이다. 또한 Real Mode 는 16 Bits 이고 Protected Mode 는 32 Bits 이다.

물론, Real Mode 에서도 Segment Register 에 특정 주소값을 대입하는 방식으로 Segment 를 설정할 수 있었으나, Protected mode 와 같이 다양한 정보를 설정할 수 는 없었다.

이번 장에서는 Global Descriptor Table 과 Interrupt Vector Table 설정 방법에 대해 알아보고, FAT12 파일 시스템에서 커널을 읽어 Memory 로 적재 시키는 방법까지 알아 볼 것이다.

Disk I/O 를 하기 위해서, 간단한 Thread 를 정의하고, DMA Controller 제어 방법, FAT12 File system 의 구조, ELF 의 구조등에 대해서도 간략히 살펴 볼 것이다.

NCKernel 은 ELF Format 으로 Memory 에 임의 위치로 적재되면서 Relocate 될 것이다

Relocate 에 대해서는 ELF Format 에 대해 이야기를 하면서 좀 더 살펴보기로 한다.

주의

ELF Image 를 메모리에 적재하고 실행 시킬 때, 임의의 위치에 ELF Image 를 올려도 동작 가능한 image 를 Relocatable image 라고 하며, Relocate 를 하기 위해서 ELF Format 을 채택한다.

Stage 2 는 Stage 1 과 같이 Executable File Format 을 가지지 않고 Flat binary 로 만들어진다. 컴파일과 Linking 과정을 거쳐 마지막으로 생성되는 Binary 의 가장 처음 부터 코드가 시작 된다. 이렇게 만들기 위해서, Object 파일은 ELF 형식으로 만들고 마지막에 Link 하는 과정에서 ELF Header 들을 모두 빼고, Flat Binary 형식으로 만든다.

Stage 2 에서 가장 처음 entry code (16 Bits) 가 오도록 하기 위해서 .init 섹션을 만들고, ld script 를 이용한다.

다음은 ld script 에서 Stage 2 가 적재될 메모리의 주소를 지정하고, 가장 처음 .init 섹션이 오도록 구성하는 부분이다.

entry 코드에서는 기본적인 dummy GDT 를 구성하고, MRD 를 얻어 메모리의 특정 위치에 저장한다. MRD 를 미리 저장해두는 이유는 BIOS 가 제공하는 Service Routine 을 사용하기 위해서 이다.

이렇게 MRD 와 dummy GDT 를 미리 준비한 다음에 Protected Mode 를 Enable 하고 32 Bit entry 로 jump 를 한다. 그리고 C 언어로 만들어진 함수로 진입을 한다.

32 Bit entry 로 진입한 다음에는 Segment Selector 와 Stack 을 구성하고, C 로 구현된 entry 로 이동한다. 여기 까지 진행 하면, C 언어를 이용해서 구현을 할 수 있는 단계까지 온 것이다.

한가지 앞에서 얘기 하지 않은 것이 있는데, 16 bits 와 32 bits 코드를 혼재 시키는 방법이다.

우리는 nasm 을 사용하고 있기 때문에, nasm 에서 설명하고 있는 방식으로 다음과 같이 한다.

32 Bits 초기화를 마친 후에 ncloader_entry 함수가 호출 될 때 까지, Interrupt 는 Disable 된 상태이다. 이제는 Interrupt 를 Enable 하기 위해서 IDT Table 을 구성하고, Interrupt Service Routine 일부를 구현한다. 물론 가장 먼저 Memory 관리자도 초기화 한다.

Memory Allocator 를 Initialize 하기 위해서 우리는 앞에서 미리 준비해 두었던 MRD 를 이용한다. 앞서 우리는 MRD 를 0x500 위치에 저장해 뒀었다. MRD 에서 최초 1 MB 영역을 찾아서 Code 가 저장된 다음 위치 부터를 Memory Allocator 가 관리할 수 있도록 한다.

Memory Allocator 가 초기화 된 후에는 interrupt table 을 준비하고,

PIC 도 초기화 한다.

PIC 에 대한 자세한 사항은 아래를 참조한다.

stage2_x86_isr_pic

stage2_x86_isr

날짜

2011-8-8

작성자

Sung-jae Park nices.nosp@m.j@ni.nosp@m.cesj..nosp@m.com

Sung-jae Park nices.nosp@m.j.pa.nosp@m.rk@sa.nosp@m.msun.nosp@m.g.com

날짜

2011-7-22

stage2 loader 에서 각 Architecture 별 초기화를 위해 arch_init 및 아래에 정으된 함수들을 호출한다.

해당 함수들은 각 architecture 별로 같은 함수 이름으로 구현이 되며, Build 시에 선택된 architecture 코드들이 빌드에 포함된다.

Address	Description
Low address (High - SIZE:4MB)	ENV[4KB] + KERNEL[~1MB]
	initm[ENV:initm]
	heap
	stack
High address	Reserved for TCB[4KB]

매크로 문서화

함수 문서화