Bootstrap da 32 a 64 bit

Diagramma di collaborazione per Bootstrap da 32 a 64 bit:

Topics
	Strutture dati hardware

Strutture dati
struct	boot64_segment
	Descrittore di segmento ELF. Continua...
struct	boot64_modinfo
	Descrittore di modulo. Continua...
struct	boot64_info
	Informazioni dal boot loader. Continua...

Definizioni
#define	MAX_MODULES   3
	Numero massimo di moduli.
#define	MAX_SEGMENTS   4
	Numero massimo di segmenti ELF.

Funzioni
bool	controlla_collisione (boot64_info *info, natq beg, natq end)
	Controlla che un modulo non si sovrapponga a quelli già esistenti.
bool	decodifica_modulo (multiboot_module_t *mod, boot64_modinfo *info, bool check_align)
	Estrae le informazioni sui moduli.
bool	carica_modulo (boot64_info *info, paddr mem_tot)
	Carica il primo modulo secondo le indicazioni della sua tabella di programma.
static void	parse_args (char *cmd)
	Interpreta gli argomenti passati al boot loader.
bool	crea_finestra_FM (paddr root_tab, paddr mem_tot)
	Mappa la memoria fisica e l'area PCI in memoria virtuale.
void	main (natl magic, multiboot_info_t *mbi)
	Entry point C++ del boot loader.

Variabili
static const int	MAXARGS = 10
	Massimo numero di argomenti per il boot loader.
static int	debug_mode = 0
	Flag settato se è richiesto il collegamento al debugger.
volatile int	wait_for_gdb
	sincronizzazione con gdb
boot64_info *	boot_info
	variabile globale in cui _start copia l'indirizzo del boot64_info ricevuto
natq	tss_punt_nucleo
	variabile globale in cui _start copia l'indirizzo di punt_nucleo nel TSS

Descrizione dettagliata

Il boostrap avviene in due stadi.

STADIO 1 (realizzato dal bootloader incluso in QEMU)

Carica in memoria il secondo bootloader e eventuali moduli. Il secondo boot loader deve essere un file ELF e viene caricato agli indirizzi specificati nella sua tabella di programma (normalmente nel secondo MiB), mentre i moduli possono essere file generici e vengono semplicemente copiati in RAM (subito dopo il secondo boot loader). Il primo boot loader porta il processore da modo reale (16 bit) a modo protetto a 32 bit, quindi cede il controllo al secondo boot loader. Passa nel registro EAX una costante che permette al secondo boot loader di capire di essere stato avviato da un boot loader che rispetta lo standard "multiboot". Nel registro EBX passa l'indirizzo di una struttura multiboot_info_t che contiene varie informazioni (memoria RAM installata nel sistema, indirizzi in RAM delle copie dei moduli, ...). La struttura è definita in "mboot.h" in questa directory.

Stato della memoria alla fine dello stadio 1:

• primo MiB: contiene la struttura multiboot_info_t
• secondo MiB: contiene il secondo boot loader (caricato ai suoi indirizzi) e i moduli semplicemente copiati in memoria

STADIO 2 (realizzato da questo programma)

Lo stadio 1 deve aver caricato almeno un modulo e questo modulo deve essere di tipo ELF. Il secondo bootloader interpreta questo modulo e copia i segmenti ELF al loro indirizzo di caricamento (che deve partire dal terzo MiB in poi per non sovrascrivere il boot loader stesso e i moduli). Porta poi la CPU nella modalità a 64 bit e cede il controllo al primo modulo. Passa in EDI il puntatore ad una struttura boot64_info che contiene varie informazioni (in particolare gli indirizzi dei moduli, che si trovano ancora in memoria dove erano stati caricati dal primo boot loader).

Stato della memoria alla fine dello stadio 2:

• primo MiB: usato come heap dal secondo boot loader, contiene alcune strutture dati che devono essere usate anche in seguito (GDT, TSS, boot64_info, tabelle che compongono il TRIE della finestra FM) e parti libere. L'indirizzo della prima parte libera viene passato al primo modulo tramite boot64_info->memlibera in modo che lo heap possa essere riutilizzato
• secondo MiB: si trova nello stesso stato lasciato dal primo boot loader
• terzo MiB: primo modulo caricato ai suoi indirizzi

Documentazione delle funzioni

carica_modulo()

bool carica_modulo	(	boot64_info *	info,
		paddr	mem_tot )

Carica il primo modulo secondo le indicazioni della sua tabella di programma.

Parametri

info	puntatore alla struttura che descrive i moduli
mem_tot	memoria disponibile

Definizione alla linea 417 del file boot.cpp.

Questo è il grafo delle chiamate per questa funzione:

Questo è il grafo dei chiamanti di questa funzione:

controlla_collisione()

bool controlla_collisione	(	boot64_info *	info,
		natq	beg,
		natq	end )

Controlla che un modulo non si sovrapponga a quelli già esistenti.

Parametri

info	puntatore alla struttura che descrive i moduli
beg	base del modulo da controllare
end	limite del modulo da controllare

Definizione alla linea 320 del file boot.cpp.

Questo è il grafo delle chiamate per questa funzione:

Questo è il grafo dei chiamanti di questa funzione:

crea_finestra_FM()

bool crea_finestra_FM	(	paddr	root_tab,
		paddr	mem_tot )

Mappa la memoria fisica e l'area PCI in memoria virtuale.

Parametri

root_tab	indirizzo fisico della tabella radice
mem_tot	dimensione della memoria fisica

mappiamo tutta la memoria fisica:

• a livello sistema (bit U/S non settato)
• scrivibile (bit R/W settato)
• con pagine di grandi dimensioni (bit PS) (usiamo pagine di livello 2 che sono sicuramente disponibili)

Nota

vogliamo saltare la prima pagina per intercettare *nullptr, e inoltre vogliamo settare il bit PWT per le pagine che contengono la memoria video. Per farlo dobbiamo rinunciare a settare PS per la prima regione

Mappiamo tutti gli altri indirizzi, fino a 4GiB, settando sia PWT che PCD. Questa zona di indirizzi è utilizzata in particolare dall'APIC per mappare i propri registri.

Definizione alla linea 494 del file boot.cpp.

Questo è il grafo delle chiamate per questa funzione:

Questo è il grafo dei chiamanti di questa funzione:

decodifica_modulo()

bool decodifica_modulo	(	multiboot_module_t *	mod,
		boot64_modinfo *	info,
		bool	check_align )

Estrae le informazioni sui moduli.

Parametri

mod	puntatore alla struttura passata dal primo boot loader
info	puntatore alla struttura da riempire
check_align	opzionalmente, controlla che l'allinamento richiesto non sia superiore alla pagina

Estrae le informazioni rilevanti dal modulo ELF e le copia nella struttura boot64_info. In questo modo il modulo successivo (il modulo sistema) non ha bisogno di dover interpretare il formato ELF.

Definizione alla linea 341 del file boot.cpp.

Questo è il grafo delle chiamate per questa funzione:

Questo è il grafo dei chiamanti di questa funzione:

main()

void main	(	natl	magic,
		multiboot_info_t *	mbi )

Entry point C++ del boot loader.

Parametri

magic	codice che identifica lo standard multiboot
mbi	puntatore alle informazioni passate dal primo bootstrap loader

Nota

L'entry point vero e proprio è _start in boot.s.

Il primo bootstrap loader (in QEMU) attiva il modo protetto (per poter accedere agli indirizzi di memoria principale superiori a 1MiB) e carica il secondo boostrap loader (questo programma) in memoria, quindi salta alla sua prima istruzione. Il primo bootstrap loader può anche passare delle informazioni al secondo (tramite i registri e la memoria).

Il primo loader, prima di saltare alla prima istruzione del secondo (l'entry point specificato nel file eseguibile), lascia nel registro eax un valore di riconoscimento e in ebx l'indirizzo di una struttura dati, contentente varie informazioni (in particolare, la quantità di memoria principale installata nel sistema, il dispositivo da cui è stato eseguito il bootstrap e l'indirizzo di memoria in cui sono stati caricati gli eventuali moduli)

Definizione alla linea 564 del file boot.cpp.

Questo è il grafo delle chiamate per questa funzione:

parse_args()

static void parse_args ( char * cmd )

static

Interpreta gli argomenti passati al boot loader.

Parametri

cmd	stringa degli argomenti

Scompone la stringa cmd in argomenti separati da spazi. Al momento comprendiamo un solo argomento: -s, che attiva la modalità debug.

Definizione alla linea 462 del file boot.cpp.

Questo è il grafo delle chiamate per questa funzione:

Questo è il grafo dei chiamanti di questa funzione:

Documentazione delle variabili

wait_for_gdb

volatile int wait_for_gdb

sincronizzazione con gdb

Se è richiesta la connessione con il debugger, settiamo a 1 questo flag. Il codice in attiva_paginazione(), prima di saltare all'entry point del primo modulo, entra in un ciclo e ci resta fino a quando il flag vale 1. Lo script debug resetta questo flag alla partenza di gdb.

Definizione alla linea 544 del file boot.cpp.