uCore Lab Documents

BIOS启动过程

当计算机加电后,一般不直接执行操作系统,而是执行系统初始化软件完成基本IO初始化和引导加载功能。简单地说,系统初始化软件就是在操作系统内核运行之前运行的一段小软件。通过这段小软件,我们可以初始化硬件设备、建立系统的内存空间映射图,从而将系统的软硬件环境带到一个合适的状态,以便为最终调用操作系统内核准备好正确的环境。最终引导加载程序把操作系统内核映像加载到RAM中,并将系统控制权传递给它。

对于绝大多数计算机系统而言,操作系统和应用软件是存放在磁盘(硬盘/软盘)、光盘、EPROM、ROM、Flash等可在掉电后继续保存数据的存储介质上。计算机启动后,CPU一开始会到一个特定的地址开始执行指令,这个特定的地址存放了系统初始化软件,负责完成计算机基本的IO初始化,这是系统加电后运行的第一段软件代码。对于Intel 80386的体系结构而言,PC机中的系统初始化软件由BIOS (Basic Input Output System,即基本输入/输出系统,其本质是一个固化在主板Flash/CMOS上的软件)和位于软盘/硬盘引导扇区中的OS Boot Loader(在ucore中的bootasm.S和bootmain.c)一起组成。BIOS实际上是被固化在计算机ROM(只读存储器)芯片上的一个特殊的软件,为上层软件提供最底层的、最直接的硬件控制与支持。更形象地说,BIOS就是PC计算机硬件与上层软件程序之间的一个"桥梁",负责访问和控制硬件。

以Intel 80386为例,计算机加电后,CPU从物理地址0xFFFFFFF0(由初始化的CS:EIP确定,此时CS和IP的值分别是0xF000和0xFFF0))开始执行。在0xFFFFFFF0这里只是存放了一条跳转指令,通过跳转指令跳到BIOS例行程序起始点。BIOS做完计算机硬件自检和初始化后,会选择一个启动设备(例如软盘、硬盘、光盘等),并且读取该设备的第一扇区(即主引导扇区或启动扇区)到内存一个特定的地址0x7c00处,然后CPU控制权会转移到那个地址继续执行。至此BIOS的初始化工作做完了,进一步的工作交给了ucore的bootloader。