如何在x86 PC分区引导扇区中检测CPU保护模式及子模式？

由于你的BootManager会拦截BIOS中断，咱们完全不能依赖BIOS提供的服务来检测模式，必须用纯x86硬件寄存器和指令来实现——这些操作直接和CPU交互，不受BootManager的拦截影响。下面是分步骤的检测逻辑和对应的16位汇编实现：

核心检测思路 #

CPU的运行模式完全由控制寄存器（CR0、CR4）、扩展功能寄存器（IA32_EFER）和标志寄存器（EFLAGS）的特定位决定，咱们按从粗到细的顺序排查：

1. 区分实模式 vs 保护模式类（含虚拟8086、长模式） #

首先检查CR0寄存器的PE位（第0位）：

• PE=0：CPU处于实模式（Real Mode），这是最基础的16位模式
• PE=1：CPU处于保护模式类，需要进一步细分具体子模式

; 读取CR0寄存器，检测PE位
mov eax, cr0
test eax, 1          ; 掩码PE位
jz .detect_real_mode ; PE=0，跳转到实模式处理逻辑

2. 检测是否处于长模式（64位） #

长模式是x86-64的核心模式，需要先确认CPU支持该特性，再检查相关寄存器位：

1. 先通过CPUID指令确认CPU支持扩展功能（能读取IA32_EFER寄存器）
2. 检查IA32_EFER的LME位（第8位）、CR0的PG位（第31位）、CR4的PAE位（第5位）是否都为1
3. 最后检查CS段描述符的L位（第21位），确认是64位子模式还是32位兼容模式

; 检测是否支持CPUID（排除老款386/486）
pushfd
pop eax
mov ecx, eax
xor eax, 1 << 21     ; 翻转EFLAGS的ID位
push eax
popfd
pushfd
pop eax
cmp eax, ecx
jz .skip_long_mode_detect ; 不支持CPUID，无法进入长模式

; 检测是否支持长模式相关CPUID扩展
mov eax, 0x80000000
cpuid
cmp eax, 0x80000001
jb .skip_long_mode_detect ; 不支持长模式扩展

; 读取IA32_EFER的LM标志
mov eax, 0x80000001
cpuid
test edx, 1 << 29    ; 检查EDX第29位（LM位）
jz .skip_long_mode_detect

; 检查CR0.PG和CR4.PAE是否启用
mov eax, cr0
test eax, 1 << 31    ; PG位（分页启用）
jz .skip_long_mode_detect
mov eax, cr4
test eax, 1 << 5     ; PAE位（物理地址扩展）
jz .skip_long_mode_detect

; 检查CS段的L位，区分64位模式和32位兼容模式
mov ax, cs
call .get_cs_descriptor_attr
test eax, 1 << 21    ; L位（64位模式标志）
jz .detect_long_mode_compat ; 32位兼容模式
jmp .detect_long_mode_64    ; 64位模式

.skip_long_mode_detect:
; 进入非长模式的检测分支

3. 区分虚拟8086模式 vs 32位保护模式 #

如果不是长模式，就检查EFLAGS的VM位（第17位）：

• VM=1：CPU处于虚拟8086模式（Virtual 8086 Mode），这是保护模式下模拟实模式的子模式
• VM=0：CPU处于32位保护模式（Protected Mode）

pushfd
pop eax
test eax, 1 << 17    ; 掩码VM位
jz .detect_protected_32 ; VM=0，32位保护模式
jmp .detect_virtual_8086 ; VM=1，虚拟8086模式

辅助函数：获取CS段描述符属性 #

要检测长模式的子模式，需要读取CS段描述符的属性位，这里用SGDT指令获取GDT基址，再计算描述符地址：

.get_cs_descriptor_attr:
; 输入：AX = CS段选择子
; 输出：EAX = 描述符高32位（含L位等属性）
push ebx esi
mov ebx, eax
and ebx, 0xFFF8      ; 提取描述符索引（乘以8）
sgdt [.gdt_temp_ptr] ; 读取GDT指针到临时内存
mov esi, [.gdt_temp_ptr + 2] ; GDT基址
add esi, ebx         ; 定位到CS对应的描述符
mov eax, [esi + 4]   ; 读取描述符高32位
pop esi ebx
ret

.gdt_temp_ptr:
dw 0xFFFF            ; GDT限长（临时值）
dq 0                 ; GDT基址（实模式下低32位有效）

整合到你的PBR中 #

把这些检测逻辑和你现有的寄存器显示代码结合，比如检测完成后，用int 10h显示对应的模式字符串（注意如果处于保护模式类，int 10h可能被BootManager拦截，但你说调试时显示寄存器正常，应该BootManager会正确模拟该中断）。

另外要注意：所有这些指令都需要386及以上CPU支持，而现代x86 PC都满足这个要求；如果要兼容极老的386，可以加个简单的CPU检测（比如尝试执行mov eax, cr0，如果触发无效指令异常就说明是286及以下，但这种场景下你的BootManager也不可能运行）。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者George Robinson