实模式与保护模式切换实例（三）

<二>演示32位代码段和16位代码段切换的实例(实例二)

实例二的逻辑功能是，以十六进制数和ASCII字符两种形式显示从内存地址100000H开始的16个字节的内容。

从功能上看，本实例类似于实例一，但在实现方法上却有了改变，它更能反映出实模式和保护模式切换的情况。具体实现步骤是：(1)作切换到保护方式的准备；(2)切换到保护方式的一个32位代码段；(3)把指定内存区域的内容以字节为单位，转换成对应的十六进制数的ASCII码，并直接填入显示缓冲区实现显示；(4)再变换到保护方式下的一个16位代码段；(5)把指定内存区域的内容直接作为ASCII码填入显示缓冲区中实现显示；(6)切换回实模式。

1.实例二源程序

实例二的源程序如下所示：

 

;名称:ASM2.ASM
;功能:演示实方式和保护方式切换(切换到32位代码段)
;----------------------------------------------------------------------------
INCLUDE 386SCD.INC
;----------------------------------------------------------------------------
DSEG SEGMENT USE16 ;16位数据段
;----------------------------------------------------------------------------
GDT LABEL BYTE ;全局描述符表
DUMMY Desc <> ;空描述符
Normal Desc <0ffffh,,,ATDW,,> ;规范段描述符
Code32 Desc <C32Len-1,,,ATCE,D32,> ;32位代码段描述符
Code16 Desc <0ffffh,,,ATCE,,> ;16位代码段描述符
DataS Desc <DataLen-1,0,10h,ATDR,,> ;源数据段描述符
DataD Desc <3999,8000h,0bh,ATDW,,> ;显示缓冲区描述符
Stacks Desc <StackLen-1,,,ATDW,,> ;堆栈段描述符
;----------------------------------------------------------------------------
GDTLen = $-GDT ;全局描述符表长度
VGDTR PDesc <GDTLen-1,> ;伪描述符
;----------------------------------------------------------------------------
SaveSP DW ? ;用于保存SP寄存器
SaveSS DW ? ;用于保存SS寄存器
;----------------------------------------------------------------------------
Normal_Sel = Normal-GDT ;规范段描述符选择子
Code32_Sel = Code32-GDT ;32位代码段选择子
Code16_Sel = Code16-GDT ;16位代码段选择子
DataS_Sel = Datas-GDT ;源数据段选择子
DataD_Sel = DataD-GDT ;目标数据段选择子
Stacks_Sel = Stacks-GDT ;堆栈段描述符选择子
;----------------------------------------------------------------------------
DataLen = 16
;----------------------------------------------------------------------------
DSEG ENDS ;数据段定义结束
;----------------------------------------------------------------------------
StackSeg SEGMENT PARA STACK USE16
StackLen = 256
                DB StackLen DUP(0)
StackSeg ENDS
;----------------------------------------------------------------------------
CSEG1 SEGMENT USE16 'REAL' ;16位代码段
                ASSUME CS:CSEG1,DS:DSEG
;----------------------------------------------------------------------------
Start PROC
                mov ax,DSEG
                mov ds,ax
                ;准备要加载到GDTR的伪描述符
                mov bx,16
                mul bx
                add ax,OFFSET GDT ;计算并设置基地址
                adc dx,0 ;界限已在定义时设置好
                mov WORD PTR VGDTR.Base,ax
                mov WORD PTR VGDTR.Base+2,dx
                ;设置32位代码段描述符
                mov ax,CSEG2
                mul bx
                mov WORD PTR Code32.BaseL,ax
                mov BYTE PTR Code32.BaseM,dl
                mov BYTE PTR Code32.BaseH,dh
                ;设置16位代码段描述符
                mov ax,CSEG3
                mul bx
                mov WORD PTR Code16.BaseL,ax ;代码段开始偏移为0
                mov BYTE PTR Code16.BaseM,dl ;代码段界限已在定义时设置好
                mov BYTE PTR Code16.BaseH,dh
                ;设置堆栈段描述符
                mov ax,ss
                mov WORD PTR SaveSS,ax
                mov WORD PTR SaveSP,sp
                mov ax,StackSeg
                mul bx
                mov WORD PTR Stacks.BaseL,ax
                mov BYTE PTR Stacks.BaseM,dl
                mov BYTE PTR Stacks.BaseH,dh
                ;加载GDTR
                lgdt QWORD PTR VGDTR
                cli ;关中断
                EnableA20 ;打开地址线A20
                ;切换到保护方式
                mov eax,cr0
                or al,1
                mov cr0,eax
                ;清指令预取队列,并真正进入保护方式
                JUMP16 Code32_Sel,<OFFSET SPM32>
ToReal: ;现在又回到实方式
                mov ax,DSEG
                mov ds,ax
                mov sp,SaveSP
                mov ss,SaveSS
                DisableA20
                sti
                mov ax,4c00h
                int 21h
Start ENDP
;----------------------------------------------------------------------------
CSEG1 ENDS ;代码段定义结束
;----------------------------------------------------------------------------
CSEG2 SEGMENT USE32 'PM32'
                ASSUME CS:CSEG2
;----------------------------------------------------------------------------
SPM32 PROC
                mov ax,Stacks_Sel
                mov ss,ax
                mov esp,StackLen
                mov ax,DataS_Sel
                mov ds,ax
                mov ax,DataD_Sel
                mov es,ax
                xor esi,esi
                xor edi,edi
                mov ecx,DataLen
                cld
Next: lodsb
                push ax
                CALL ToASCII
                mov ah,7
                shl eax,16
                pop ax
                shr al,4
                CALL ToASCII
                mov ah,7
                stosd
                mov al,20h
                stosw
                loop Next
                JUMP32 Code16_Sel,<OFFSET SPM16>
SPM32 ENDP
;----------------------------------------------------------------------------
ToASCII PROC
                and al,00001111b
                add al,30h
                cmp al,39h
                jbe Isdig
                add al,7
IsDig: ret
ToASCII ENDP
;----------------------------------------------------------------------------
C32Len = $
;----------------------------------------------------------------------------
CSEG2 ENDS
;----------------------------------------------------------------------------
CSEG3 SEGMENT USE16 'PM16'
                ASSUME CS:CSEG3
;----------------------------------------------------------------------------
SPM16 PROC
                xor si,si
                mov di,DataLen*3*2
                mov ah,7
                mov cx,DataLen
AGain: lodsb
                stosw
                loop AGain
                mov ax,Normal_sel
                mov ds,ax
                mov es,ax
                mov ss,ax
                mov eax,cr0
                and al,11111110b
                mov cr0,eax
                jmp FAR PTR ToReal
SPM16 ENDP
;----------------------------------------------------------------------------
CSEG3 ENDS
;----------------------------------------------------------------------------
                END Start


2.关于实现步骤的注释

(1)切换到保护模式的准备工作

建立全局描述符表，这里的全局描述符表含有两个16位数据段的描述符、一个16位代码段的描述符和一个16位的堆栈段描述符。此外，GDT中还有一个32位的代码段描述符，描述32位代码段，该描述符的属性字段中的D位为1。

(2)由实模式切换到保护模式

由实模式切换到保护模式32位代码段的方法与切换到16位代码段的方法相同。由保护模式16位代码段切换回实模式的方法与实例一相似。

在保护模式下，通过如下直接段间转移指令从32位代码段切换到16位代码段：

JUMP32 Code16_Sel,<OFFSET SPM16>


从该宏指令的定义可知，该转移指令含48位指针，其高16位是16位代码段的选择子，低32位是16位代码段的入口偏移。该指令在32位方式下预取并执行。由于在32位方式下执行，所以要使用48位指针。

(3)显示指定内存区域的内容

在本实例中，采用直接写显示缓冲区的方法实现显示。假设显示缓冲区的开始物理地址是0B8000H， 3号文本显示模式，在屏幕的第一行进行显示。

3.特别说明

本实例在保护方式下使用了涉及堆栈操作的指令，因此建立了一个16位的保护模式下的堆栈段。

本实例仍作了大量的简化处理。如：没有建立IDT和LDT等，各特权级均是0。也没有采用分页管理机制。

从本实例的GDT中可见，两个数据段的界限都是根据实际大小而设置的。从源程序代码段CSEG3可见，在切换到实模式之前，把一个指向似乎没有用的数据段的描述符Normal的选择子装载到DS和ES。这是为什么呢?

实模 式下 段描 述符 高速 缓冲 寄存 器的 内容

段寄存器

段基地址

段界限(固定)

段属性(固定)

存在性

特权级

已存取

粒度

扩展方向

可读性

可写性

可执行

堆栈大小

一致特权

CS

当前CS*16

0000FFFFH

Y

0

Y

B

U

Y

Y

Y

-

N

SS

当前SS*16

0000FFFFH

Y

0

Y

B

U

Y

Y

N

W

-

DS

当前DS*16

0000FFFFH

Y

0

Y

B

U

Y

Y

N

-

-

ES

当前ES*16

0000FFFFH

Y

0

Y

B

U

Y

Y

N

-

-

FS

当前FS*16

0000FFFFH

Y

0

Y

B

U

Y

Y

N

-

-

GS

当前GS*16

0000FFFFH

Y

0

Y

B

U

Y

Y

N

-

-

 

在分段管理机制一文中已介绍过，每个段寄存器都配有段描述符高速缓冲寄存器，这些高速缓冲寄存器在实方式下仍发挥作用，只是内容上与保护模式下有所不同。如上表所示，其中“Y”表示“是”； “N”表示“否”；“B”表示字节；“U”表示向上扩展，“W”表示以字方式操作堆栈。段基地址仍是 32位，其值是相应段寄存器值(段值)乘以16，在把段值装载到段寄存器时刷新。由于其值是16位段值乘上16，所以在实模式下基地址实际上有效位只有20位。每个段的32位段界限都固定为0FFFFH，段属性的许多位也是固定的。所谓固定是指在实方式下不可设置这些属性值，只能继续沿用保护方式下所设置的值。因此，在准备结束保护模式回到实模式之前，要通过加载一个合适的描述符选择子到有关段寄存器，以使得对应段描述符高速缓冲寄存器中含有合适的段界限和属性。本实例GDT中的描述符Normal就是这样一个描述符，在返回实模式之前把对应选择子Normal_Sel加载到DS和ES就是此目的。由于SS段描述符中的内容已符合实模式的需要，所以尽管也改变了SS，但不需要重新加载SS(本实例中重新加载了SS，这除了稍增加运行时间外，并没有什么坏处)。16位代码段描述符中的内容也符合实模式的需要，所以在通过16位代码段返回实模式时，CS段描述符中的内容也符合实模式的要求。需要注意的是，不能从32位代码段返回实模式，这是因为无法实现从32位代码段返回时CS高速缓冲寄存器中的属性符合实模式的要求(实模式不能改变段属性)。顺便说以下，实例一中的描述符都是符合实模式要求的。段描述符高速缓冲寄存器中含有合适的段界限

4.关于32位代码段程序设计的说明

在32位代码段中，缺省的操作数大小是32位，缺省的存储单元地址大小是32位。由于串操作指令使用的指针寄存器是ESI和EDI，LOOP指令使用的计数器是ECX，所以，在代码段CSEG2中，为了使用串操作指令，对ESI和EDI等寄存器赋初值。请比较代码段CSEG3中的相关片段和实例一中的相关片段，它们是16位代码段。

 

参考资料	书        名	出  版  社	作    者
	《保护方式下的80386及其编程》	清华大学出版社	周明德主编
	《80X86汇编语言程序设计教程》	清华大学出版社	扬季文主编