# 5.进入保护模式

​	结合`64-ia-32-architectures-software-developer-manual-325462`的Volume3的`9.9.1 Switching to Protected Mode`与国内的其他操作系统书籍对比，我将进入保护模式分为以下几步：

1. 关闭中断。使用`cli`指令屏蔽外中断

2. 打开A20

3. 加载GDT

4. CR0.PE=1

5. 使用jmp指令刷新流水线

6. 初始化段选择子

   其中，第五步一定要紧随在第四步之后。

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具体代码实现在loader.asm中，如下：

```nasm
;进入IA-32e准备工作：
;1.进入保护模式
;2.开启PAE
;3.开启PML4
;4.设置IA32_EFER.LME = 1
LOADER_BASE	equ	0x900
GDT_BASE	equ 0x500
	org LOADER_BASE
LOADER_START:
;现在r8~r15、rax、es、cs、ss、ds、fs、gs、为0
;下面准备保护模式
;1.关闭中断
;2.打开A20
;3.加载GDT
;4.CR0.PE=1
;下面将GDT储存到0x500处，每个段描述符4+4个字节
	mov bx,GDT_BASE
CODE_DESC:
	mov dword [bx+8],0x0000ffff				;跳过第一个无效段描述符
	mov dword [bx+12],0x00cf9800
DATE_STACK_DASC:
	mov dword [bx+16],0x0000ffff
	mov dword [bx+20],0x00cf9200
GDT_pointer:
	mov word [bx+24],23						;GDT界限为23
	mov dword [bx+26],GDT_BASE				;GDT基址
;下面创建选择子
SELECTOR_CODE equ 1_000b
SELECTOR_DATA_STACK	equ 10_000b

	cli										;关闭中断

	in al,0x92
	or al,0000_0010b
	out 0x92,al								;打开A20

	lgdt [bx+24]							;加载GDT

	mov eax,cr0
	or  eax,1
	mov cr0,eax								;CR0.PE=1

	jmp dword SELECTOR_CODE:Protect_start	;刷新流水线
[bits 32]
Protect_start:
	mov ax,SELECTOR_DATA_STACK
	mov ds,ax
	mov es,ax
	mov fs,ax
	mov gs,ax
	mov ss,ax
	mov esp,LOADER_BASE
	hlt
;---------------保护模式初始化完成--------------------
```

上述代码将CS初始化为代码段选择子（第42行），将es、ss、ds、fs、gs都使用数据-栈选择子初始化。

## 代码运行

​	进入meOS目录，打开`start.cmd`，输入`make`，在打开bochs后进行调试，调试输出如下：

> Next at t=0
> (0)\ [0x0000fffffff0] f000:fff0 (unk. ctxt): jmpf 0xf000:e05b          ; ea5be000f0
> **\<bochs:1> show mode**
> show mode switch: ON
> show mask is: mode
> \<bochs:2> c
> 00000362789: switched from 'real mode' to 'protected mode'
> 00001713048: switched from 'protected mode' to 'real mode'
> 00001713058: switched from 'real mode' to 'protected mode'
> 00001901775: switched from 'protected mode' to 'real mode'
> **00006122383: switched from 'real mode' to 'protected mode'**
> Next at t=2879361142
> (0)\ [0x00000000095b] 0008:000000000000095b (unk. ctxt): add byte ptr ds:[eax], al ; 0000
> **\<bochs:3> sreg**
> es:0x0010, dh=0x00cf9300, dl=0x0000ffff, valid=1
> ​	Data segment, base=0x00000000, limit=0xffffffff, Read/Write, Accessed
> cs:0x0008, dh=0x00cf9900, dl=0x0000ffff, valid=1
> ​	Code segment, base=0x00000000, limit=0xffffffff, Execute-Only, Non-Conforming, Accessed, 32-bit
> ss:0x0010, dh=0x00cf9300, dl=0x0000ffff, valid=1
> ​	Data segment, base=0x00000000, limit=0xffffffff, Read/Write, Accessed
> ds:0x0010, dh=0x00cf9300, dl=0x0000ffff, valid=1
> ​	Data segment, base=0x00000000, limit=0xffffffff, Read/Write, Accessed
> fs:0x0010, dh=0x00cf9300, dl=0x0000ffff, valid=1
> ​	Data segment, base=0x00000000, limit=0xffffffff, Read/Write, Accessed
> gs:0x0010, dh=0x00cf9300, dl=0x0000ffff, valid=1
> ​	Data segment, base=0x00000000, limit=0xffffffff, Read/Write, Accessed
> ldtr:0x0000, dh=0x00008200, dl=0x0000ffff, valid=1
> tr:0x0000, dh=0x00008b00, dl=0x0000ffff, valid=1
> **gdtr:base=0x0000000000000500, limit=0x17**
> idtr:base=0x0000000000000000, limit=0x3ff
> **\<bochs:4> info gdt**
> Global Descriptor Table (base=0x0000000000000500, limit=23):
> GDT\[0x00]=??? descriptor hi=0x00000000, lo=0x00000000
> GDT\[0x01]=Code segment, base=0x00000000, limit=0xffffffff, Execute-Only, Non-Conforming, Accessed, 32-bit
> GDT\[0x02]=Data segment, base=0x00000000, limit=0xffffffff, Read/Write, Accessed
> You can list individual entries with 'info gdt \[NUM]' or groups with 'info gdt \[NUM]\[NUM]'
> \<bochs:5> q
> (0).\[2879361142]\[0x00000000095b] 0008:000000000000095b (unk. ctxt): add byte ptr ds:\[eax], al ; 0000

​	其中`show mode`用来显示虚拟机模式转换，`sreg`用来显示段寄存器的值，`info gdt`用来显示段描述符的值。

可以看到：

1.cs=0x0008=1_000b，而其余段寄存器的值也与选择子的值相同，说明选择子初始化成功。

2.`gdtr`的值为0x500，段界限为0x17=23，这些与GDT_pointer的值相同，说明GDT初始化成功。

3.gdt中共有3个段描述符，第零个废弃，第一个和第二个也与我们设置的相同，说明段描述符加载正确。

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## 至此，保护模式加载完成