无法在保护模式下访问32位

Question

在开发一个小型内核时，我在使用APIC引导应用程序处理器时遇到了一个奇怪的问题。

正如在OSDev和英特尔手册上所说的，处理器首先进入了实模式，我的目标是让它在保护模式下运行。在设置了一个小堆栈并启用了"A20"-Line并跳转到我的32位代码之后，我试图清除使用xor eax, eax的eax，以达到正确的目的。

令我惊讶的是，只有eax的较低的单词被清除，但是高的单词保持不变。

​

​

有趣的是，如果我只做一个xor ax, ax，而不是xor eax, eax，寄存器就会被完全清除。

下面是我使用APIC引导应用程序处理器的代码：

; Extern reference to the GDTR
section .data
extern g_gdtr

; Serves as a temporary stack used for flushing the cpu-pipeline
SMP_BOOT_STACK_SIZE equ 64
smp_boot_stack:
    dq 0
    dq 0
    dq 0
    dq 0

section .text
global __smp_ap_rm_entry
align 0x1000
[bits 16]
; Real-Mode Entry point for other processor cores (AP's)
; after a INIT-SIPI-SIPI was issued
__smp_ap_rm_entry:
    cli
    xor ax, ax
    mov ds, ax
    mov ss, ax
    lea bp, [ds:smp_boot_stack + SMP_BOOT_STACK_SIZE - 1]
    mov sp, bp
    
    ; Enable A20 line
    sti
    in al, 0x92
    or al, 2
    out 0x92, al
    cli

    lgdt [ds:g_gdtr]

    ; Enable Protected Mode
    mov eax, cr0
    or eax, 0x1
    mov cr0, eax

    ; Far jump
    push 0x8
    push __smp_ap_pm_entry
    retf

align 4
[bits 32]
__smp_ap_pm_entry:
    mov ax, word 0x10
    ; Doing this two times is somehow necessary (wtf?)
    mov es, ax
    mov es, ax 

    mov ss, ax
    mov fs, ax
    mov gs, ax
    mov ds, ax

    xor eax, eax
    int 3 ; To check for changed values in qemu

    jmp $

此外，我还尝试将32位值赋值到寄存器中，例如mov eax, 0xDEADBEEF，但只有BEEF部分保留下来。

有人知道为什么这不管用吗？

Answer 1

正如@ it 95126所暗示的那样，我似乎装错了GDT。在使用32位段描述符创建并加载GDT之后，问题得到了解决.

如果有人感兴趣，下面是我的新GDT代码，用于从实模式切换到保护模式：

struct SegmentDescriptor32_s
{
    u16 SegmentLimitLow;
    u16 BaseAddressLow;
    union
    {
        struct
        {
            u32 BaseAddressMiddle : 8;
            u32 Type : 4;
            u32 DescriptorType : 1;
            u32 DescriptorPrivilegeLevel : 2;
            u32 Present : 1;
            u32 SegmentLimitHigh : 4;
            u32 System : 1;
            u32 LongMode : 1;
            u32 DefaultBig : 1;
            u32 Granularity : 1;
            u32 BaseAddressHigh : 8;
        };
        u32 Flags;
    };
} __attribute__((packed));

__attribute__((aligned(0x1000)))
static struct SegmentDescriptor32_s smp_ap_gdt[] =
{
    { /* Null-Selector */
        .SegmentLimitLow = 0x0,
        .BaseAddressLow = 0x0,
        .Flags = 0x0
    },
    { /* Flat Code */
        .SegmentLimitLow = 0xFFFF,
        .BaseAddressLow = 0x0000,
        .Flags = 0x00CF9A00
    },
    { /* Flat Data */
        .SegmentLimitLow = 0xFFFF,
        .BaseAddressLow = 0x0000,
        .Flags = 0x008F9200,
    },
    { /* TSS */
        .SegmentLimitLow = 0x68,
        .BaseAddressLow = 0x0000,
        .Flags = 0x00CF8900
    }
};

Answer 2

; Enable Protected Mode
mov eax, cr0
or eax, 0x1
mov cr0, eax

; Far jump
push 0x8
push __smp_ap_pm_entry
retf

当体系结构手册要求修改PE位的MOV CR0必须立即跟随一个FAR JMP时，它们是指特定的指令FAR JMP (操作码EA或FF，取决于您如何表示操作数)，它们意味着它必须是下一个指令。如果你不这样做，效果是不可预测的。我怀疑您的仿真器在执行FAR JMP之前实际上不会翻转开关，所以您仍然处于16位的真实模式，机器指令31 c0仍然意味着xor ax,ax而不是xor eax, eax。

FAR JMP接受一个显式的绝对段:偏移表达式；您不能只编写jmp far __smp_ap_pm_entry。我不知道你到底需要写什么。

(见Intel 64和IA-32架构软件开发人员手册合并了第3A、3B、3C和3D卷:系统编程指南第9.9节，“模式切换”)。如果你还没有看过这本手册，那么现在就是最好的时机了。)