backported fixes from 256boss:
[bootcensus] / src / boot / boot2.s
index 15b1cb1..894c7fa 100644 (file)
@@ -1,5 +1,5 @@
 # pcboot - bootable PC demo/game kernel
-# Copyright (C) 2018  John Tsiombikas <nuclear@member.fsf.org>
+# Copyright (C) 2018-2019  John Tsiombikas <nuclear@member.fsf.org>
 # 
 # This program is free software: you can redistribute it and/or modify
 # it under the terms of the GNU General Public License as published by
 # along with this program.  If not, see <https://www.gnu.org/licenses/>.
 
 # this is the second-stage boot loader
+# plus some other code that needs to run below 1mb (int86 implementation).
+
        .code16
        .section .boot2,"ax"
 
        .set main_load_addr, 0x100000
+       .set drive_number, 0x7bec
 
        # make sure any BIOS call didn't re-enable interrupts
        cli
 
+       xor %eax, %eax
+       mov drive_number, %al
+       mov %eax, boot_drive_number
+
+       call setup_serial
+
        # enter unreal mode
        call unreal
 
@@ -40,9 +49,6 @@
        # load the whole program into memory starting at 1MB
        call load_main
 
-       #mov $0x13, %ax
-       #int $0x10
-
        # load initial GDT
        lgdt (gdt_lim)
        # load initial IDT
@@ -225,11 +231,15 @@ ldloop:
        # the BIOS might have enabled interrupts
        cli
 
-       # just in case we were loaded from floppy, turn all floppy motors off
+       # if we were loaded from floppy, turn all floppy motors off
+       movb drive_number, %bl
+       and $0x80, %bl
+       jnz 0f
        mov $0x3f2, %dx
        in %dx, %al
-       and $0xf0, %al
+       and $0xf, %al
        out %al, %dx
+0:
 
        mov $10, %ax
        call putchar
@@ -246,7 +256,6 @@ rdfail_msg: .asciz "failed\n"
 
 read_retries: .short 0
 
-       .set drive_number, 0x7bec
 read_track:
        # set es to the start of the destination buffer to allow reading in
        # full 64k chunks if necessary
@@ -449,15 +458,52 @@ scrollup:
 
 clearscr:
        mov $0xb8000, %edi
-       xor %eax, %eax
+       # clear with white-on-black spaces
+       mov $0x07200720, %eax
        mov $1000, %ecx
        addr32 rep stosl
        ret
 
        .set UART_DATA, 0x3f8
+       .set UART_DIVLO, 0x3f8
+       .set UART_DIVHI, 0x3f9
+       .set UART_FIFO, 0x3fa
+       .set UART_LCTL, 0x3fb
+       .set UART_MCTL, 0x3fc
        .set UART_LSTAT, 0x3fd
+       .set DIV_9600, 115200 / 9600
+       .set LCTL_8N1, 0x03
+       .set LCTL_DLAB, 0x80
+       .set FIFO_ENABLE_CLEAR, 0x07
+       .set MCTL_DTR_RTS_OUT2, 0x0b
        .set LST_TREG_EMPTY, 0x20
 
+setup_serial:
+       # set clock divisor
+       mov $LCTL_DLAB, %al
+       mov $UART_LCTL, %dx
+       out %al, %dx
+       mov $DIV_9600, %ax
+       mov $UART_DIVLO, %dx
+       out %al, %dx
+       shr $8, %ax
+       mov $UART_DIVHI, %dx
+       out %al, %dx
+       # set format 8n1
+       mov $LCTL_8N1, %al
+       mov $UART_LCTL, %dx
+       out %al, %dx
+       # clear and enable fifo
+       mov $FIFO_ENABLE_CLEAR, %al
+       mov $UART_FIFO, %dx
+       out %al, %dx
+       # assert RTS and DTR
+       mov $MCTL_DTR_RTS_OUT2, %al
+       mov $UART_MCTL, %dx
+       out %al, %dx
+       ret
+
+
 ser_putchar:
        push %dx
 
@@ -557,19 +603,69 @@ kbc_wait_write:
 numbuf: .space 16
 
 
-       # sets the carry flag on failure
 detect_memory:
+       mov $memdet_e820_msg, %esi
+       call putstr
+       call detect_mem_e820
+       jnc memdet_done
+       mov $rdfail_msg, %esi
+       call putstr
+
+       mov $memdet_e801_msg, %esi
+       call putstr
+       call detect_mem_e801
+       jnc memdet_done
+       mov $rdfail_msg, %esi
+       call putstr
+
+       mov $memdet_88_msg, %esi
+       call putstr
+       call detect_mem_88
+       jnc memdet_done
+       mov $rdfail_msg, %esi
+       call putstr
+
+       # just panic...
+       mov $memdet_fail_msg, %esi
+       call putstr
+0:     hlt
+       jmp 0b
+
+memdet_done:
+       mov $rdok_msg, %esi
+       call putstr
+       ret
+
+memdet_fail_msg: .ascii "Failed to detect available memory!\n"
+                .ascii "Please file a bug report: https://github.com/jtsiomb/pcboot/issues\n"
+                .asciz " or contact me through email: nuclear@member.fsf.org\n"
+memdet_e820_msg: .asciz "Detecting RAM (BIOS 15h/0xe820)... "
+memdet_e801_msg: .asciz "Detecting RAM (BIOS 15h/0xe801)... " 
+memdet_88_msg:  .asciz "Detecting RAM (BIOS 15h/0x88, max 64mb)... "
+
+       # detect extended memory using BIOS call 15h/e820
+detect_mem_e820:
+       movl $0, boot_mem_map_size
+
        mov $buffer, %edi
        xor %ebx, %ebx
        mov $0x534d4150, %edx
 
-memdet_looptop:
+e820_looptop:
        mov $0xe820, %eax
        mov $24, %ecx
        int $0x15
-       jc memdet_fail
+       jc e820_fail
        cmp $0x534d4150, %eax
-       jnz memdet_fail
+       jnz e820_fail
+
+       # skip areas starting above 4GB as we won't be able to use them
+       cmpl $0, 4(%edi)
+       jnz e820_skip
+
+       # only care for type 1 (usable ram), otherwise ignore
+       cmpl $1, 16(%edi)
+       jnz e820_skip
 
        mov buffer, %eax
        mov $boot_mem_map, %esi
@@ -577,49 +673,115 @@ memdet_looptop:
        # again, that's [ebp * 8 + esi]
        mov %eax, (%esi,%ebp,8)
 
-       # only care for type 1 (usable ram), otherwise ignore
-       cmpl $1, 16(%edi)
-       jnz memdet_skip
-
        # skip areas with 0 size (also clamp size to 4gb)
        # test high 32bits
        cmpl $0, 12(%edi)
-       jz memdet_highzero
+       jz e820_highzero
        # high part is non-zero, make low part ffffffff
        xor %eax, %eax
        not %eax
        jmp 0f
 
-memdet_highzero:
+e820_highzero:
        # if both high and low parts are zero, ignore
        mov 8(%edi), %eax
        cmpl $0, %eax
-       jz memdet_skip
+       jz e820_skip
 
 0:     mov %eax, 4(%esi,%ebp,8)
        incl boot_mem_map_size
 
-memdet_skip:
+e820_skip:
        # terminate the loop if ebx was reset to 0
        cmp $0, %ebx
-       jz memdet_done
-       jmp memdet_looptop
+       jz e820_done
+       jmp e820_looptop
 
-memdet_done:
+e820_done:
+       clc
        ret
 
-memdet_fail:
+e820_fail:
        # if size > 0, then it's not a failure, just the end
        cmpl $0, boot_mem_map_size
-       jnz memdet_done
+       jnz e820_done
 
-       # just panic...
-       mov $memdet_fail_msg, %esi
-       call putstr
-0:     hlt
-       jmp 0b
+       stc
+       ret
+
+
+       # detect extended memory using BIOS call 15h/e801
+detect_mem_e801:
+       mov $boot_mem_map, %esi
+       mov boot_mem_map_size, %ebp
+       movl $0, (%ebp)
+
+       xor %cx, %cx
+       xor %dx, %dx
+       mov $0xe801, %ax
+       int $0x15
+       jc e801_fail
+
+       cmp $0, %cx
+       jnz 0f
+       cmp $0, %ax
+       jz e801_fail
+       mov %ax, %cx
+       mov %bx, %dx
+
+0:     movl $0x100000, (%esi)
+       movzx %cx, %eax
+       # first size is in KB, convert to bytes
+       shl $10, %eax
+       jnc 0f
+       # overflow means it's >4GB, clamp to 4GB
+       mov $0xffffffff, %eax
+0:     mov %eax, 4(%esi)
+       incl boot_mem_map_size
+       cmp $0, %dx
+       jz e801_done
+       movl $0x1000000, 8(%esi)
+       movzx %dx, %eax
+       # second size is in 64kb blocks, convert to bytes
+       shl $16, %eax
+       jnc 0f
+       # overflow means it's >4GB, clamp to 4GB
+       mov $0xffffffff, %eax
+0:     mov %eax, 12(%esi)
+       incl boot_mem_map_size
+e801_done:
+       clc
+       ret
+e801_fail:
+       stc
+       ret
+
+detect_mem_88:
+       # reportedly some BIOS implementations fail to clear CF on success
+       clc
+       mov $0x88, %ah
+       int $0x15
+       jc x88_fail
+
+       cmp $0, %ax
+       jz x88_fail
+
+       # ax has size in KB, convert to bytes in eax
+       and $0xffff, %eax
+       shl $10, %eax
+
+       mov $boot_mem_map, %esi
+       movl $0x100000, (%esi)
+       mov %eax, 4(%esi)
+
+       movl $1, boot_mem_map_size
+       clc
+       ret
+
+x88_fail:
+       stc
+       ret
 
-memdet_fail_msg: .asciz "Failed to detect available memory!\n"
 
        .global boot_mem_map_size
 boot_mem_map_size: .long 0
@@ -645,6 +807,12 @@ rmidt:     .short 0x3ff
 
 saved_esp: .long 0
 saved_ebp: .long 0
+saved_eax: .long 0
+saved_es: .word 0
+saved_ds: .word 0
+saved_flags: .word 0
+saved_pic1_mask: .byte 0
+saved_pic2_mask: .byte 0
 
        # drop back to unreal mode to call 16bit interrupt
        .global int86
@@ -657,7 +825,17 @@ int86:
        sidt (saved_idtr)
        lidt (rmidt)
 
-       # modify the int instruction do this here before the
+       # save PIC masks
+       pushl $0
+       call get_pic_mask
+       add $4, %esp
+       mov %al, saved_pic1_mask
+       pushl $1
+       call get_pic_mask
+       add $4, %esp
+       mov %al, saved_pic2_mask
+
+       # modify the int instruction. do this here before the
        # cs-load jumps, to let them flush the instruction cache
        mov $int_op, %ebx
        movb 8(%ebp), %al
@@ -681,21 +859,33 @@ int86:
        nop
 
        # load registers from the int86regs struct
+       # point esp to the regs struct to load registers with popa/popf
        mov %esp, saved_esp
        mov %ebp, saved_ebp
        mov 12(%ebp), %esp
        popal
-       mov saved_esp, %esp
+       popfw
+       pop %es
+       pop %ds
+       # ignore fs and gs for now, don't think I'm going to need them
+
+       # move to the real-mode stack, accessible from ss=0
+       # just in case the BIOS call screws up our unreal mode
+       mov $0x7be0, %esp
 
        # call 16bit interrupt
 int_op:        int $0
+       # BIOS call might have enabled interrupts, cli for good measure
+       cli
 
-       mov saved_ebp, %ebp
-       mov 12(%ebp), %esp
-       add $34, %esp
+       # save all registers that we'll clobber before having the
+       # chance to populate the int86regs structure
+       mov %eax, saved_eax
+       mov %ds, saved_ds
+       mov %es, saved_es
        pushfw
-       pushal
-       mov saved_esp, %esp
+       popw %ax
+       mov %ax, saved_flags
 
        # re-enable protection
        mov %cr0, %eax
@@ -712,14 +902,65 @@ int_op:   int $0
        mov %ax, %ss
        nop
 
+       # point the esp to our regs struct, to fill it with pusha/pushf
+       mov saved_ebp, %ebp
+       mov 12(%ebp), %esp
+       add $38, %esp
+       mov saved_ds, %ax
+       pushw %ax
+       mov saved_es, %ax
+       pushw %ax
+       # grab the flags and replace the carry bit from the saved flags
+       pushfw
+       popw %ax
+       and $0xfffe, %ax
+       or saved_flags, %ax
+       pushw %ax
+       mov saved_eax, %eax
+       pushal
+       mov saved_esp, %esp
+
        # restore 32bit interrupt descriptor table
        lidt (saved_idtr)
+
+       # restore PIC configuration
+       call init_pic
+
+       # restore IRQ masks
+       movzbl saved_pic1_mask, %eax
+       push %eax
+       pushl $0
+       call set_pic_mask
+       add $8, %esp
+
+       movzbl saved_pic2_mask, %eax
+       push %eax
+       pushl $1
+       call set_pic_mask
+       add $8, %esp
+
+       # keyboard voodoo: with some BIOS implementations, after returning from
+       # int13, there's (I guess) leftover data in the keyboard port and we
+       # can't receive any more keyboard interrupts afterwards. Reading from
+       # the keyboard data port (60h) once, seems to resolve this. And it's
+       # cheap enough, so why not... I give up.
+       push %eax
+       in $0x60, %al
+       pop %eax
+
        sti
        popal
        pop %ebp
        ret
 
 
+       .align 4
+       .global boot_drive_number
+boot_drive_number:
+       .long 0
+
        # buffer used by the track loader ... to load tracks.
        .align 16
 buffer:
+       .global low_mem_buffer
+low_mem_buffer: