X86 尝试“sti”时出现一般保护故障`

尝试在测试引导加载程序上实现硬件中断。异常正在工作，我们发现它是GPF。尝试sti时，发生GPF。这是我的主要代码：

    cli
    lgdt [gdt_desc]
    lidt [idt_desc]
    mov eax, cr0
    or eax, 1
    mov cr0, eax
    jmp 0x8:bit_32
bit_32:
[bits 32]
    mov ax, 0x10
    mov ds, ax
    mov es, ax
    mov fs, ax
    mov gs, ax
    mov ss, ax
    mov eax, 0x8000
    mov esp, eax
    mov ebp, esp
    sti                              ; exception raised

这就是我的GDT的样子：

start_gdt:

null:
    dd 0x0
    dd 0x0
code:
    dw 0xffff
    dw 0x0
    db 0x0
    db 10011010b
    db 01000000b
    db 0x0
data:
    dw 0xffff
    dw 0
    db 0x0
    db 10010010b
    db 01001011b
    db 0x0

gdt_desc:
    dw gdt_desc-start_gdt-1
    dd start_gdt
    

start_idt:

i0:
    dw genroutine
    dw 0x8
    db 0
    db 10001110b
    dw 0
    
i1: dw genroutine
    dw 0x8
    db 0
    db 10001111b
    dw 0
    
i2: dw genroutine
    dw 0x8
    db 0
    db 10001110b
    dw 0
    
i3: dw genroutine
    dw 0x8
    db 0
    db 10001111b
    dw 0
    
i5: dw genroutine
    dw 0x8
    db 0
    db 10001111b
    dw 0
.
.
;around 50 times, with some modification like for keyboard, GPF etc.

这就是我的IDT的样子：

start_gdt:

null:
    dd 0x0
    dd 0x0
code:
    dw 0xffff
    dw 0x0
    db 0x0
    db 10011010b
    db 01000000b
    db 0x0
data:
    dw 0xffff
    dw 0
    db 0x0
    db 10010010b
    db 01001011b
    db 0x0

gdt_desc:
    dw gdt_desc-start_gdt-1
    dd start_gdt
    

start_idt:

i0:
    dw genroutine
    dw 0x8
    db 0
    db 10001110b
    dw 0
    
i1: dw genroutine
    dw 0x8
    db 0
    db 10001111b
    dw 0
    
i2: dw genroutine
    dw 0x8
    db 0
    db 10001110b
    dw 0
    
i3: dw genroutine
    dw 0x8
    db 0
    db 10001111b
    dw 0
    
i5: dw genroutine
    dw 0x8
    db 0
    db 10001111b
    dw 0
.
.
;around 50 times, with some modification like for keyboard, GPF etc.

我的PIC设置代码：

    mov al, 0x11
    out 0x20, al
    jmp $+2
    jmp $+2
    out 0xA0, al
    jmp $+2
    jmp $+2
    mov al, 0x20
    out 0x21, al
    jmp $+2
    jmp $+2
    mov al, 0x28
    out 0xA1, al
    jmp $+2
    jmp $+2
    mov al, 4
    out 0x21, al
    mov al, 2
    jmp $+2
    jmp $+2
    out 0xA1, al
    jmp $+2
    jmp $+2
    mov al, 11111101b
    out 0x20, al
    mov al , 11111101b
    jmp $+2
    jmp $+2
    out 0x21, al
    ret
    

在修改IDT中的输入后，试图启用sti检查键盘中断，但随后发现sti导致GPF异常。 qemu日志：

check_exception old: 0xffffffff new 0xd
     1: v=0d e=07c2 i=0 cpl=0 IP=0008:0000000000007c74 pc=0000000000007c74 SP=0010:0000000000008000 env->regs[R_EAX]=0000000000008000
EAX=00008000 EBX=00007e15 ECX=00000022 EDX=00002080
ESI=00007e00 EDI=00000800 EBP=00008000 ESP=00008000
EIP=00007c74 EFL=00000246 [---Z-P-] CPL=0 II=0 A20=1 SMM=0 HLT=0
ES =0010 00000000 000bffff 004b9300 DPL=0 DS   [-WA]
CS =0008 00000000 0000ffff 00409a00 DPL=0 CS32 [-R-]
SS =0010 00000000 000bffff 004b9300 DPL=0 DS   [-WA]
DS =0010 00000000 000bffff 004b9300 DPL=0 DS   [-WA]
FS =0010 00000000 000bffff 004b9300 DPL=0 DS   [-WA]
GS =0010 00000000 000bffff 004b9300 DPL=0 DS   [-WA]
LDT=0000 00000000 0000ffff 00008200 DPL=0 LDT
TR =0000 00000000 0000ffff 00008b00 DPL=0 TSS32-busy
GDT=     00007d4c 00000017
IDT=     00007e15 0000038f
CR0=00000011 CR2=00000000 CR3=00000000 CR4=00000000
DR0=0000000000000000 DR1=0000000000000000 DR2=0000000000000000 DR3=0000000000000000 
DR6=00000000ffff0ff0 DR7=0000000000000400
CCS=00000044 CCD=00008000 CCO=EFLAGS  
EFER=0000000000000000

---

我不知道为什么会发生这种情况，我也不知道如何去了解自己。请帮助。

我注意到，在错误输出中，您遇到了以下异常：

check_exception old: 0xffffffff new 0xd
     1: v=0d e=07c2 i=0 cpl=0 IP=0008:0000000000007c74 ...

重要的一点是，这是一个GP通用保护故障，错误代码为0x7c2。OSdev Wiki提供了异常概要以及如何解释GP异常的错误代码：

check_exception old: 0xffffffff new 0xd
     1: v=0d e=07c2 i=0 cpl=0 IP=0008:0000000000007c74 ...

错误代码0x7c2为二进制11111 000 01 0。位0清除意味着这不是一个有外部原因的异常。位1和2为01，这意味着在访问IDT时导致异常。11111 000是中断向量的索引，即0xF8。这是一面红旗。您的PIC重新映射代码似乎正在将主PIC重新映射到0x20-0x27，将从PIC重新映射到0x28-0x2f。除非PIC重新映射代码错误，否则中断0xF8没有意义

在查看PIC重新映射代码时，我注意到一个问题：

mov al, 0x11
out 0x20, al
out 0xA0, al
mov al, 0x20
out 0x21, al
mov al, 0x28
out 0xA1, al
mov al, 4
out 0x21, al
mov al, 2
out 0xA1, al
mov al, 11111101b
out 0x20, al
mov al , 11111101b
out 0x21, al
ret

为了清晰起见，我删除了jmp$+2，因为它们不需要。如果交替更新主PIC端口和从PIC端口，则out指令将作为所需的延迟。OSDev Wiki有一个关于执行以下操作的部分。您的代码与此不同：

mov al, 4
out 0x21, al          ; This is Correct
mov al, 2
out 0xA1, al          ; This is Correct
mov al, 11111101b
out 0x20, al          ; This is Wrong
mov al , 11111101b
out 0x21, al          ; This is Wrong
ret

将4写入端口0x21，将2写入端口0xA1后，需要将1写入端口0xA1，将1写入端口0xA2。然后，您可以将中断掩码写入端口0x21和端口0xA1，以启用和禁用所需的中断。正确的代码可能类似于：

mov al, 4
out 0x21, al          ; This is Correct
mov al, 2
out 0xA1, al          ; This is Correct
mov al, 1
out 0xA1, al          ; This is Correct
out 0x21, al          ; This is Correct

; Now set the PIC masks. Each bit in the mask is 0=enabled interrupt, 1=disabled.
mov al, 0
out 0x21, al          ; Enable all interrupts on Slave
out 0xA1, al          ; Enable all interrupts on Master

; Now set the PIC masks. Each bit in the mask is 0=enabled interrupt, 1=disabled.
; mov al, 0xfc
; out 0x21, al          ; Disable all interrupts on Master except timer and keyboard
                        ; 0xfc = 0b11111100
; mov al, 0xff
; out 0xA1, al          ; Disable all interrupts on Slave
    
ret

通过使用不正确的初始化代码，我能够重现QEMU异常和中断。我会在0xF8上得到一个中断：

 0: v=f8 e=0000 i=0 cpl=0 IP=0008:00007c51 pc=00007c51 ...

之后是GP异常，因为它未经处理且超出我的IDT：

1: v=0d e=07c2 i=0 cpl=0 IP=0008:00007c51 pc=00007c51 ...

在修复之后，我开始得到类似计时器的中断，其正确条目类似于：

0: v=20 e=0000 i=0 cpl=0 IP=0008:00007c4f pc=00007c4f ...

---

我注意到，在错误输出中，出现了以下异常：

check_exception old: 0xffffffff new 0xd
     1: v=0d e=07c2 i=0 cpl=0 IP=0008:0000000000007c74 ...

重要的一点是，这是一个GP通用保护故障，错误代码为0x7c2。OSdev Wiki提供了异常概要以及如何解释GP异常的错误代码：

check_exception old: 0xffffffff new 0xd
     1: v=0d e=07c2 i=0 cpl=0 IP=0008:0000000000007c74 ...

错误代码0x7c2为二进制11111 000 01 0。位0清除意味着这不是一个有外部原因的异常。位1和2为01，这意味着在访问IDT时导致异常。11111 000是中断向量的索引，即0xF8。这是一面红旗。您的PIC重新映射代码似乎正在将主PIC重新映射到0x20-0x27，将从PIC重新映射到0x28-0x2f。除非PIC重新映射代码错误，否则中断0xF8没有意义

在查看PIC重新映射代码时，我注意到一个问题：

mov al, 0x11
out 0x20, al
out 0xA0, al
mov al, 0x20
out 0x21, al
mov al, 0x28
out 0xA1, al
mov al, 4
out 0x21, al
mov al, 2
out 0xA1, al
mov al, 11111101b
out 0x20, al
mov al , 11111101b
out 0x21, al
ret

为了清晰起见，我删除了jmp$+2，因为它们不需要。如果交替更新主PIC端口和从PIC端口，则out指令将作为所需的延迟。OSDev Wiki有一个关于执行以下操作的部分。您的代码与此不同：

mov al, 4
out 0x21, al          ; This is Correct
mov al, 2
out 0xA1, al          ; This is Correct
mov al, 11111101b
out 0x20, al          ; This is Wrong
mov al , 11111101b
out 0x21, al          ; This is Wrong
ret

将4写入端口0x21，将2写入端口0xA1后，需要将1写入端口0xA1，将1写入端口0xA2。然后，您可以将中断掩码写入端口0x21和端口0xA1，以启用和禁用所需的中断。正确的代码可能类似于：

mov al, 4
out 0x21, al          ; This is Correct
mov al, 2
out 0xA1, al          ; This is Correct
mov al, 1
out 0xA1, al          ; This is Correct
out 0x21, al          ; This is Correct

; Now set the PIC masks. Each bit in the mask is 0=enabled interrupt, 1=disabled.
mov al, 0
out 0x21, al          ; Enable all interrupts on Slave
out 0xA1, al          ; Enable all interrupts on Master

; Now set the PIC masks. Each bit in the mask is 0=enabled interrupt, 1=disabled.
; mov al, 0xfc
; out 0x21, al          ; Disable all interrupts on Master except timer and keyboard
                        ; 0xfc = 0b11111100
; mov al, 0xff
; out 0xA1, al          ; Disable all interrupts on Slave
    
ret

通过使用不正确的初始化代码，我能够重现QEMU异常和中断。我会在0xF8上得到一个中断：

 0: v=f8 e=0000 i=0 cpl=0 IP=0008:00007c51 pc=00007c51 ...

之后是GP异常，因为它未经处理且超出我的IDT：

1: v=0d e=07c2 i=0 cpl=0 IP=0008:00007c51 pc=00007c51 ...

在修复之后，我开始得到类似计时器的中断，其正确条目类似于：

0: v=20 e=0000 i=0 cpl=0 IP=0008:00007c4f pc=00007c4f ...

---

你能发布你的完整代码让我们看一下吗？我个人会在BOCHS中调试它，它有一个内置的调试器，可以通过实际模式和保护模式代码进行调试。您可以通过这种方式识别问题。@MichaelPetch complete代码太长，但只包含idt中同一条目的更多副本，键盘和GPF除外，它们的ISR使用手动int调用进行测试。如果我不使用sti，它不会给出错误并转到jmp$。我写这篇文章是为了测试键盘例程，以捕获实际中断，读取端口并显示字母。我读到，GPF的原因之一是试图更改保留值，这很可能发生在这里，因为sti会更改IF标志。但如果我的GDT是正确的，我的主代码将作为环0运行。那么我的GDT是错的？但我没有发现其中的错误。配置PIC或错误配置PIC是否可能是问题所在？我也找不到这方面的错误..当你进行PIC重新映射时，似乎一切都正常，直到你将值4发送到端口0x21，将值2发送到端口0xa1。tha之后

---

t您应该将值1发送到端口0x21，将值1发送到端口0xa1。然后将位掩码发送到端口0x21和0xa1，以启用/禁用感兴趣的中断。在你的代码中，你将0b11111101发送到0x20和0x21，我不知道这是怎么回事。你能发布完整的代码让我们看看吗？我个人会在BOCHS中调试它，它有一个内置的调试器，可用于逐步通过实模式和保护模式代码。您可以通过这种方式识别问题。@MichaelPetch complete代码太长，但只包含idt中同一条目的更多副本，键盘和GPF除外，它们的ISR使用手动int调用进行测试。如果我不使用sti，它不会给出错误并转到jmp$。我写这篇文章是为了测试键盘例程，以捕获实际中断，读取端口并显示字母。我读到，GPF的原因之一是试图更改保留值，这很可能发生在这里，因为sti会更改IF标志。但如果我的GDT是正确的，我的主代码将作为环0运行。那么我的GDT是错的？但我没有发现其中的错误。配置PIC或错误配置PIC是否可能是问题所在？我也找不到这方面的错误..当你进行PIC重新映射时，似乎一切都正常，直到你将值4发送到端口0x21，将值2发送到端口0xa1。之后，应将值1发送到端口0x21，并将值1发送到端口0xa1。然后将位掩码发送到端口0x21和0xa1，以启用/禁用感兴趣的中断。在您的代码中，您将0b11111101发送到0x20和0x21，我不知道这是怎么回事。谢谢！终于成功了！！我找不到任何关于阅读qemu日志或PIC的简单文档。我想我在一些osdev wiki的示例代码中读到了1是不需要的，所以我没有为此烦恼。另外，代码对我来说太难了，所以我只是从其他地方复制了代码。你能简单地解释一下我们在PIC上写的是什么，目的是什么吗？每个数据值都是什么意思，除了我知道的最后一个是掩码。谢谢！终于成功了！！我找不到任何关于阅读qemu日志或PIC的简单文档。我想我在一些osdev wiki的示例代码中读到了1是不需要的，所以我没有为此烦恼。另外，代码对我来说太难了，所以我只是从其他地方复制了代码。你能简单地解释一下我们在PIC上写的是什么，目的是什么吗？每个数据值都意味着什么，除了我知道的最后一个是掩码。