by lightseed
2009-10-26
其實早就想寫這樣一篇文章了，今天才著手寫了下。說來也慚愧關於cpu的第一條指令的問題，在一開始study的時候我自己並沒有求甚解，所以當時理解的也比較膚淺，今天我們來詳細**一下關於reset（從沒電到上電）後cpu執行第一條指令的一些東西。（說明一下：這篇文章是討論的ia32架構上的處理器。）
如果您還對flat mode的原理還不太了解的話，那麼我想你可以再回頭參考一下關於flat mode的原理。見
在保護模式下，我們的段暫存器其實都是由兩部分組成的：一步分是可見的段選擇子（segment selector），另外一部分是隱藏的基位址（base address）。那麼第一條指令就和這個密切相關。
開門見山，當hw reset後，cpu會到（實體地址為）0ffff fff0h處去取指令並執行之。這個位址很明顯是cpu的最高實體地址往下數16個bytes的位址處。bios的第一條指令必須要被放到這裡，否則的話。。。後果可想而知。
我想只要是剛入門的freshman都會感到比較疑惑，這個位址（ffff fff0h）明明是大於1-mbyte的位址了，而此時的cpu卻是在實模式下的，那麼cpu是怎麼到這裡去取指令的呢？
不過看完上面這段話的描述，我們是不是感覺有點親切呢？再回憶一下，其實在我們之前的討論中關於flat mode的時候，就接觸到個概念了。在flat mode中的時候，雖然我們是處於實模式，但是由於我們的段暫存器（segment register）是由兩個部分組成的，一部分是可見的段選擇子，另外一部分是隱藏部分（段基位址）。如果我們在protect mode中修改好了段暫存器的段基位址部分，然後返回實模式，那麼只要不顯示地修改段暫存器，cpu在定址的時候仍然會照protect mode下的定址方式來計算位址，即：segment selector：offset。
經過正確的power sequence後，cpu吃到cpurst#正常bist（built-in self-test）後，cpu其實就正是處於flat mode中。（比較特殊的實模式）那麼讓我們來看看正常的bist後，cpu的（部分）暫存器的狀態吧。見圖1。
圖1 bist後部分暫存器的值
圖2 cpu關於cr0的bit定義
看清楚了圖2中定義的cr0的bit0了麼？pe，是指protect mode enable。那麼我們再結合圖1兩個方框處關於cr0和cs的初始值，可以很清楚地看到這個時候cpu是處於實模式的，然而cs的base卻是等於ffff0000h的，而且段界限是ffffh，並且cs的選擇子是等於f000h的。
那這樣以來，如果我們用cs:ip是用f000h:fff0h的方式來操作的時候，cpu其實是會把位址這樣算的。f000h是cs的段選擇子，從這裡取出cs的基位址（就是ffff0000h）再加上ip的值（fff0h）就等於實際要訪問的記憶體位址（正好是ffff fff0h）[ffff0000+fff0h=fffffff0h]。所以在32bit的cpu上，這個第一條指令的計算是這樣來的。
不過一般情況下hw reset後，bios都會在第一條指令這裡安排乙個far jump來顯示地修改cs的值，目的就是能夠讓cs真正進入real mode。就是讓cs能夠遵從正常的real mode的定址翻譯規則。（cs base address = cs segment selector * 16）。那至於後面的bios code的run的環境，我想大家就都應該了解了。
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