i386实模式Bootloader调用int 10h仅首次生效问题排查

问题背景 #

正在开发基于i386实模式（org 0x7C00）的Bootloader，目标是切换到保护模式。此前正常的int 0x10字符输出功能突然失效：尝试输出两个字符时，仅第一个字符显示。

核心代码 #

[org 0x7C00]
[bits 16]

jmp BootProcedure

BootProcedure:
    ; 关闭中断
    cli

    ; 初始化栈
    xor ax, 0x9000  ; 清零累加器（写法不规范，实际效果等同于mov ax,0x9000）
    mov ds, ax      ; 设置数据段
    mov ss, ax      ; 设置栈段
    mov sp, 0xFFFF  ; 设置栈大小
    mov ax, ax      ; 空操作

    ; 初始化磁盘加载器
    call DiskReadLoader

    ; 初始化GDT
    lgdt [GDTDescriptor]

    ; 启用A20线
    call GetA20State
    test ax, ax

    jnz .a20_done   ; 如果AX不为0，跳转到.a20_done

    in al, 0x92     ; 读取控制端口A到AL
    or al, 0x02     ; 设置A20启用位
    out 0x92, al    ; 写回控制端口A

    .a20_done:
        ; 初始化保护模式
        mov eax, cr0    ; 将CR0寄存器值读入EAX
        or eax, 0x01    ; 设置保护模式启用位
        mov cr0, eax    ; 将修改后的值写回CR0

        ; 进入保护模式
        jmp 0x08:ProtectedModeEntry

%include "Boot/Stage1/GDT.asm"
%include "Boot/Stage1/GetA20State.asm"
%include "Boot/Stage1/ProtectedModeEntry.asm"
%include "Boot/Stage1/DiskReadLoader.asm"

times 510 - ($ - $$) db 0x00
dw 0xAA55

DiskReadLoader:
    ; 保存寄存器到栈
    push ax
    push bx
    push cx
    push dx
    push es

    mov ax, 0x1000  ; 加载目标段
    mov es, ax      ; 从0x1000地址开始加载扇区
    xor bx, bx      ; 偏移量=0

    ; 重试计数器
    mov si, 3

    ; 输出'E'（正常工作）
    mov ah, 0x0E
    mov al, 'E'
    int 0x10

    .disk_retry:
        ; 输出'E'（无法工作）
        mov ah, 0x0E
        mov al, 'E'
        int 0x10

        mov ah, 0x02    ; BIOS功能：读取扇区
        mov al, 0x10    ; 读取扇区数量
        mov ch, 0x00    ; 柱面0
        mov cl, 0x02    ; 从扇区2开始
        mov dh, 0x00    ; 磁头0
        mov dl, 0x00
        
        int 0x13        ; 调用磁盘BIOS中断
        jnc .disk_ok    ; 如果没有进位（成功），跳转到.disk_ok

        ; 错误处理：重置磁盘并重试
        mov ah, 0x00    ; BIOS功能：重置磁盘系统
        int 0x13        ; 调用磁盘BIOS中断

        dec si          ; 重试计数器减1
        jnz .disk_retry ; 如果计数器不为0，跳回.disk_retry

        ; 重试3次失败，跳转到错误处理
        jmp disk_error

    .disk_ok:
        ; 从栈恢复寄存器
        pop es
        pop dx
        pop cx
        pop bx
        pop ax
        ret

; 死循环错误处理
disk_error:
    mov ah, 0x0E
    mov al, 'E'
    int 0x10
    jmp disk_error

预期与实际结果 #

• 预期：屏幕显示两个'E'字符
• 实际：仅显示第一个'E'字符

构建步骤（核心命令） #

nasm -f bin Boot.asm -o boot.bin
nasm -f elf32 Loader.asm -o loader.o

ld.lld @build/link.rsp

dd if=/dev/zero of=build/bin/OS.img bs=512 count=2880
dd if=<路径>/boot.bin of=<路径>/OS.img bs=512 seek=0 conv=notrunc
dd if=<路径>/kernel.bin of=<路径>/OS.img bs=512 seek=1 conv=notrunc

qemu-system-i386 -drive format=raw,file=disk.img,if=floppy

解决方案 #

1. 修复栈初始化的不规范写法 #

原代码中xor ax, 0x9000是错误的清零写法（仅当前AX初始为0时碰巧生效），替换为标准写法：

xor ax, ax       ; 清零AX
mov ax, 0x9000   ; 设置AX为0x9000

或直接：

mov ax, 0x9000

2. 修复磁盘中断破坏视频BIOS状态的问题 #

int 0x13磁盘中断会破坏BH寄存器的值，而int 0x10的0x0E输出功能依赖BH指定视频页码。有两种修复方式：

方式一：保存/恢复BH寄存器

在DiskReadLoader中新增对BH的栈操作：

DiskReadLoader:
    ; 保存寄存器到栈（新增bh）
    push ax
    push bx
    push cx
    push dx
    push es
    push bh  ; 保存视频页码寄存器

    ; ... 原有代码 ...

    .disk_ok:
        ; 从栈恢复寄存器（新增bh）
        pop bh
        pop es
        pop dx
        pop cx
        pop bx
        pop ax
        ret

方式二：每次调用int 0x10前显式设置BH

在所有int 0x10调用前添加视频页码设置：

mov ah, 0x0E
mov al, 'E'
mov bh, 0x00  ; 指定默认视频页码
int 0x10

3. 修复磁盘驱动器号硬编码问题 #

BIOS会将启动驱动器号传入DL寄存器，不要硬编码dl=0x00，改为保存并复用该值：

jmp BootProcedure

BootDrive db 0  ; 定义存储驱动器号的变量

BootProcedure:
    mov [BootDrive], dl  ; 保存BIOS传入的启动驱动器号
    ; ... 原有代码 ...

然后在DiskReadLoader中使用该变量：

mov dl, [BootDrive]

内容的提问来源于stack exchange，提问作者Lukenar11