; ==========================================
; pmtest6.asm
; 編譯方法：nasm pmtest6.asm -o pmtest6.com
; ==========================================

%include	"pm.inc"	; 常量, 宏, 以及一些說明

PageDirBase		equ	200000h	; 頁目錄開始地址:	2M
PageTblBase		equ	201000h	; 頁表開始地址:		2M + 4K

org	0100h
	jmp	LABEL_BEGIN

[SECTION .gdt]
; GDT
;                                         段基址,       段界限     , 屬性
LABEL_GDT:		Descriptor	       0,                 0, 0     		; 空描述符
LABEL_DESC_NORMAL:	Descriptor	       0,            0ffffh, DA_DRW		; Normal 描述符
LABEL_DESC_PAGE_DIR:	Descriptor   PageDirBase,              4096, DA_DRW				; Page Directory, 4K
LABEL_DESC_PAGE_TBL:	Descriptor   PageTblBase,              1024, DA_DRW  | DA_LIMIT_4K		; Page Tables, 4M
LABEL_DESC_CODE32:	Descriptor	       0,  SegCode32Len - 1, DA_C + DA_32	; 非一致代碼段, 32
LABEL_DESC_CODE16:	Descriptor	       0,            0ffffh, DA_C		; 非一致代碼段, 16
LABEL_DESC_DATA:	Descriptor	       0,	DataLen - 1, DA_DRW		; Data
LABEL_DESC_STACK:	Descriptor	       0,        TopOfStack, DA_DRWA + DA_32	; Stack, 32 位
LABEL_DESC_VIDEO:	Descriptor	 0B8000h,            0ffffh, DA_DRW		; 顯存首地址
; GDT 結束

GdtLen		equ	$ - LABEL_GDT	; GDT長度
GdtPtr		dw	GdtLen		; GDT界限
		dd	0		; GDT基地址

; GDT 選擇子
SelectorNormal		equ	LABEL_DESC_NORMAL	- LABEL_GDT
SelectorPageDir		equ	LABEL_DESC_PAGE_DIR	- LABEL_GDT
SelectorPageTbl		equ	LABEL_DESC_PAGE_TBL	- LABEL_GDT
SelectorCode32		equ	LABEL_DESC_CODE32	- LABEL_GDT
SelectorCode16		equ	LABEL_DESC_CODE16	- LABEL_GDT
SelectorData		equ	LABEL_DESC_DATA		- LABEL_GDT
SelectorStack		equ	LABEL_DESC_STACK	- LABEL_GDT
SelectorVideo		equ	LABEL_DESC_VIDEO	- LABEL_GDT
; END of [SECTION .gdt]

[SECTION .data1]	 ; 數據段
ALIGN	32
[BITS	32]
LABEL_DATA:
SPValueInRealMode	dw	0
; 字符串
PMMessage:		db	"In Protect Mode now. ^-^", 0	; 進入保護模式后顯示此字符串
OffsetPMMessage		equ	PMMessage - $$
DataLen			equ	$ - LABEL_DATA
; END of [SECTION .data1]


; 全局堆棧段
[SECTION .gs]
ALIGN	32
[BITS	32]
LABEL_STACK:
	times 512 db 0

TopOfStack	equ	$ - LABEL_STACK

; END of [SECTION .gs]


[SECTION .s16]
[BITS	16]
LABEL_BEGIN:
	mov	ax, cs
	mov	ds, ax
	mov	es, ax
	mov	ss, ax
	mov	sp, 0100h

	mov	[LABEL_GO_BACK_TO_REAL+3], ax
	mov	[SPValueInRealMode], sp

	; 初始化 16 位代碼段描述符
	mov	ax, cs
	movzx	eax, ax
	shl	eax, 4
	add	eax, LABEL_SEG_CODE16
	mov	word [LABEL_DESC_CODE16 + 2], ax
	shr	eax, 16
	mov	byte [LABEL_DESC_CODE16 + 4], al
	mov	byte [LABEL_DESC_CODE16 + 7], ah

	; 初始化 32 位代碼段描述符
	xor	eax, eax
	mov	ax, cs
	shl	eax, 4
	add	eax, LABEL_SEG_CODE32
	mov	word [LABEL_DESC_CODE32 + 2], ax
	shr	eax, 16
	mov	byte [LABEL_DESC_CODE32 + 4], al
	mov	byte [LABEL_DESC_CODE32 + 7], ah

	; 初始化數據段描述符
	xor	eax, eax
	mov	ax, ds
	shl	eax, 4
	add	eax, LABEL_DATA
	mov	word [LABEL_DESC_DATA + 2], ax
	shr	eax, 16
	mov	byte [LABEL_DESC_DATA + 4], al
	mov	byte [LABEL_DESC_DATA + 7], ah

	; 初始化堆棧段描述符
	xor	eax, eax
	mov	ax, ds
	shl	eax, 4
	add	eax, LABEL_STACK
	mov	word [LABEL_DESC_STACK + 2], ax
	shr	eax, 16
	mov	byte [LABEL_DESC_STACK + 4], al
	mov	byte [LABEL_DESC_STACK + 7], ah

	; 為加載 GDTR 作準備
	xor	eax, eax
	mov	ax, ds
	shl	eax, 4
	add	eax, LABEL_GDT		; eax <- gdt 基地址
	mov	dword [GdtPtr + 2], eax	; [GdtPtr + 2] <- gdt 基地址

	; 加載 GDTR
	lgdt	[GdtPtr]

	; 關中斷
	cli

	; 打開地址線A20
	in	al, 92h
	or	al, 00000010b
	out	92h, al

	; 準備切換到保護模式
	mov	eax, cr0
	or	eax, 1
	mov	cr0, eax

	; 真正進入保護模式
	jmp	dword SelectorCode32:0	; 執行這一句會把 SelectorCode32 裝入 cs, 并跳轉到 Code32Selector:0  處

;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;

LABEL_REAL_ENTRY:		; 從保護模式跳回到實模式就到了這里
	mov	ax, cs
	mov	ds, ax
	mov	es, ax
	mov	ss, ax

	mov	sp, [SPValueInRealMode]

	in	al, 92h		; ┓
	and	al, 11111101b	; ┣ 關閉 A20 地址線
	out	92h, al		; ┛

	sti			; 開中斷

	mov	ax, 4c00h	; ┓
	int	21h		; ┛回到 DOS
; END of [SECTION .s16]


[SECTION .s32]; 32 位代碼段. 由實模式跳入.
[BITS	32]

LABEL_SEG_CODE32:
	call	SetupPaging

	mov	ax, SelectorData
	mov	ds, ax			; 數據段選擇子
	mov	ax, SelectorVideo
	mov	gs, ax			; 視頻段選擇子

	mov	ax, SelectorStack
	mov	ss, ax			; 堆棧段選擇子

	mov	esp, TopOfStack


	; 下面顯示一個字符串
	mov	ah, 0Ch			; 0000: 黑底    1100: 紅字
	xor	esi, esi
	xor	edi, edi
	mov	esi, OffsetPMMessage	; 源數據偏移
	mov	edi, (80 * 10 + 0) * 2	; 目的數據偏移。屏幕第 10 行, 第 0 列。
	cld
.1:
	lodsb
	test	al, al
	jz	.2
	mov	[gs:edi], ax
	add	edi, 2
	jmp	.1
.2:	; 顯示完畢

	; 到此停止
	jmp	SelectorCode16:0

; 啟動分頁機制 --------------------------------------------------------------
SetupPaging:
	; 為簡化處理, 所有線性地址對應相等的物理地址.

	; 首先初始化頁目錄
	mov	ax, SelectorPageDir	; 此段首地址為 PageDirBase
	mov	es, ax
	mov	ecx, 1024		; 共 1K 個表項
	xor	edi, edi
	xor	eax, eax
	mov	eax, PageTblBase | PG_P  | PG_USU | PG_RWW
.1:
	stosd
	add	eax, 4096		; 為了簡化, 所有頁表在內存中是連續的.
	loop	.1

	; 再初始化所有頁表 (1K 個, 4M 內存空間)
	mov	ax, SelectorPageTbl	; 此段首地址為 PageTblBase
	mov	es, ax
	mov	ecx, 1024 * 1024	; 共 1M 個頁表項, 也即有 1M 個頁
	xor	edi, edi
	xor	eax, eax
	mov	eax, PG_P  | PG_USU | PG_RWW
.2:
	stosd
	add	eax, 4096		; 每一頁指向 4K 的空間
	loop	.2

	mov	eax, PageDirBase
	mov	cr3, eax
	mov	eax, cr0
	or	eax, 80000000h
	mov	cr0, eax
	jmp	short .3
.3:
	nop

	ret
; 分頁機制啟動完畢 ----------------------------------------------------------

SegCode32Len	equ	$ - LABEL_SEG_CODE32
; END of [SECTION .s32]


; 16 位代碼段. 由 32 位代碼段跳入, 跳出后到實模式
[SECTION .s16code]
ALIGN	32
[BITS	16]
LABEL_SEG_CODE16:
	; 跳回實模式:
	mov	ax, SelectorNormal
	mov	ds, ax
	mov	es, ax
	mov	fs, ax
	mov	gs, ax
	mov	ss, ax

	mov	eax, cr0
	and	al, 11111110b
	mov	cr0, eax

LABEL_GO_BACK_TO_REAL:
	jmp	0:LABEL_REAL_ENTRY	; 段地址會在程序開始處被設置成正確的值

Code16Len	equ	$ - LABEL_SEG_CODE16

; END of [SECTION .s16code]