Assembly 如何在没有操作系统的情况下运行程序？

在没有操作系统运行的情况下，如何独自运行程序？ 您是否可以创建计算机可以在启动时加载和运行的汇编程序，例如，从闪存驱动器启动计算机并运行CPU上的程序

在没有操作系统运行的情况下，如何独自运行程序

您将二进制代码放在重新启动后处理器查找的位置（例如ARM上的地址0）

您是否可以创建计算机可以在启动时加载和运行的汇编程序（例如，从闪存驱动器启动计算机并运行驱动器上的程序）

对这个问题的一般回答是：这是可以做到的。 它通常被称为“裸机编程”。 要从闪存驱动器读取数据，您需要知道什么是USB，并且需要一些驱动程序来处理此USB。这个驱动器上的程序也必须是某种特定的格式，在某种特定的文件系统上。。。这是引导加载程序通常做的事情，但是如果固件只加载一小段代码，那么您的程序可以包含自己的引导加载程序，因此它是自包含的

许多臂板可以让你做这些事情。有些具有引导加载程序来帮助您进行基本设置

您可能会发现一个关于如何在Raspberry Pi上实现基本操作系统的优秀教程

编辑： 这篇文章和整个wiki.osdev.org将回答您的大部分问题

---

此外，如果不想直接在硬件上进行实验，可以使用qemu之类的虚拟机监控程序将其作为虚拟机运行。查看如何直接在虚拟化ARM硬件上运行“hello world”。

可运行示例

让我们创建并运行一些在没有操作系统的情况下运行的小型裸机hello world程序：

• 带有UEFI BIOS 1.16固件的x86笔记本电脑
• 基于ARM的

我们还将尽可能多地在QEMU仿真器上试用它们，因为这样更安全、更方便开发。QEMU测试已经在预装QEMU 2.11.1的Ubuntu18.04主机上进行

下面所有x86示例以及更多示例的代码都显示在上

如何在x86真实硬件上运行示例

记住，在真正的硬件上运行示例可能是危险的，例如，您可能会错误地擦除磁盘或阻塞硬件：仅在不包含关键数据的旧计算机上执行此操作！或者更好，使用廉价的半一次性Devboard，如覆盆子Pi，见下面的ARM示例

对于典型的x86笔记本电脑，您必须执行以下操作：

将图像刻录到U盘（将破坏您的数据！）：

将USB插头插入计算机

打开它

告诉它从USB启动

这意味着让固件在硬盘之前拾取USB

如果这不是您的机器的默认行为，请在通电后继续按Enter、F12、ESC或其他类似的奇怪键，直到您获得一个引导菜单，您可以在其中选择从USB引导

通常可以在这些菜单中配置搜索顺序

例如，在我的T430上，我看到以下内容

打开后，我必须按Enter键才能进入启动菜单：

然后，这里我必须按F12选择USB作为引导设备：

从那里，我可以选择USB作为引导设备，如下所示：

或者，要更改引导顺序并选择USB具有更高的优先级，这样我就不必每次手动选择它，我会在“启动中断菜单”屏幕上点击F1，然后导航到：

引导扇区

在x86上，您可以做的最简单和最低级别的事情是创建一个，它是的类型，然后将其安装到磁盘上

这里我们创建一个带有单个

printf

调用的：

printf '\364%509s\125\252' > main.img
sudo apt-get install qemu-system-x86
qemu-system-x86_64 -hda main.img

结果：

请注意，即使不做任何操作，也会在屏幕上打印一些字符。这些由固件打印，用于识别系统

在T430上，我们只看到一个带有闪烁光标的空白屏幕：

main.img

包含以下内容：

• \364

  八进制==

  0xf4

  十六进制：对

  hlt

  指令的编码，它告诉CPU停止工作
  因此，我们的程序不会做任何事情：只启动和停止
  我们使用八进制是因为POSIX没有指定十六进制数
  我们可以通过以下方式轻松获得此编码：

  echo hlt > a.S
  as -o a.o a.S
  objdump -S a.o
  

  哪些产出：

  a.o:     file format elf64-x86-64
  
  
  Disassembly of section .text:
  
  0000000000000000 <.text>:
     0:   f4                      hlt
  

  其中显示了预期的：

  00000000  f4 20 20 20 20 20 20 20  20 20 20 20 20 20 20 20  |.               |
  00000010  20 20 20 20 20 20 20 20  20 20 20 20 20 20 20 20  |                |
  *
  000001f0  20 20 20 20 20 20 20 20  20 20 20 20 20 20 55 aa  |              U.|
  00000200
  

  其中

  20

  是ASCII中的空格
  BIOS固件从磁盘读取这512个字节，将它们放入内存，并将PC设置为第一个字节以开始执行它们
  Hello world引导扇区
  现在我们已经做了一个简单的程序，让我们转到一个hello world
  显而易见的问题是：如何进行IO？有几个选择：
  • 请固件（例如BIOS或UEFI）为我们执行此操作

  • VGA：一种特殊的存储区域，如果写入，它会被打印到屏幕上。可在保护模式下使用

  • 编写驱动程序并直接与显示硬件对话。这是“正确”的方法：更强大，但更复杂

  • 。这是一个非常简单的标准化协议，用于从主机终端发送和接收字符
    在台式机上，它看起来像这样：
    不幸的是，它没有在大多数现代笔记本电脑上公开，但却是开发板的常用方式，请参见下面的ARM示例
    这真是太遗憾了，因为这样的接口真的很有用

  • 使用芯片的调试功能。例如，ARM称之为他们的。在真正的硬件上，它需要一些额外的硬件和软件支持，但在模拟器上，它可以是一个免费、方便的选项

  我们到了

  hd main.img
  

  00000000  f4 20 20 20 20 20 20 20  20 20 20 20 20 20 20 20  |.               |
  00000010  20 20 20 20 20 20 20 20  20 20 20 20 20 20 20 20  |                |
  *
  000001f0  20 20 20 20 20 20 20 20  20 20 20 20 20 20 55 aa  |              U.|
  00000200
  

  .code16
      mov $msg, %si
      mov $0x0e, %ah
  loop:
      lodsb
      or %al, %al
      jz halt
      int $0x10
      jmp loop
  halt:
      hlt
  msg:
      .asciz "hello world"
  

  SECTIONS
  {
      /* The BIOS loads the code from the disk to this location.
       * We must tell that to the linker so that it can properly
       * calculate the addresses of symbols we might jump to.
       */
      . = 0x7c00;
      .text :
      {
          __start = .;
          *(.text)
          /* Place the magic boot bytes at the end of the first 512 sector. */
          . = 0x1FE;
          SHORT(0xAA55)
      }
  }
  

  as -g -o main.o main.S
  ld --oformat binary -o main.img -T link.ld main.o
  qemu-system-x86_64 -hda main.img
  

  void main(void) {
      int i;
      char s[] = {'h', 'e', 'l', 'l', 'o', ' ', 'w', 'o', 'r', 'l', 'd'};
      for (i = 0; i < sizeof(s); ++i) {
          __asm__ (
              "int $0x10" : : "a" ((0x0e << 8) | s[i])
          );
      }
      while (1) {
          __asm__ ("hlt");
      };
  }
  

  .code16
  .text
  .global mystart
  mystart:
      ljmp $0, $.setcs
  .setcs:
      xor %ax, %ax
      mov %ax, %ds
      mov %ax, %es
      mov %ax, %ss
      mov $__stack_top, %esp
      cld
      call main
  

  ENTRY(mystart)
  SECTIONS
  {
    . = 0x7c00;
    .text : {
      entry.o(.text)
      *(.text)
      *(.data)
      *(.rodata)
      __bss_start = .;
      /* COMMON vs BSS: https://stackoverflow.com/questions/16835716/bss-vs-common-what-goes-where */
      *(.bss)
      *(COMMON)
      __bss_end = .;
    }
    /* https://stackoverflow.com/questions/53584666/why-does-gnu-ld-include-a-section-that-does-not-appear-in-the-linker-script */
    .sig : AT(ADDR(.text) + 512 - 2)
    {
        SHORT(0xaa55);
    }
    /DISCARD/ : {
      *(.eh_frame)
    }
    __stack_bottom = .;
    . = . + 0x1000;
    __stack_top = .;
  }
  

  set -eux
  as -ggdb3 --32 -o entry.o entry.S
  gcc -c -ggdb3 -m16 -ffreestanding -fno-PIE -nostartfiles -nostdlib -o main.o -std=c99 main.c
  ld -m elf_i386 -o main.elf -T linker.ld entry.o main.o
  objcopy -O binary main.elf main.img
  qemu-system-x86_64 -drive file=main.img,format=raw
  

  void _exit(int status) {
      __asm__ __volatile__ ("mov r0, #0x18; ldr r1, =#0x20026; svc 0x00123456");
  }
  

  enter a character
  got: a
  new alloc of 1 bytes at address 0x0x4000a1c0
  enter a character
  got: b
  new alloc of 2 bytes at address 0x0x4000a1c0
  enter a character
  

  screen /dev/ttyUSB0 115200