使用二进制编辑器手动编写 bootloader

直接用二进制编辑器写机器码来实现 bootloader 是完全可行的（早期操作系统开发常用此方法）。核心是 手动写出每条指令对应的机器码，并保证启动扇区规范：512 字节 + 结尾 0xAA55。

一、核心原理：指令 → 机器码对应关系

x86 16 位实模式指令有固定机器码格式，例如：

指令 机器码 说明
mov ah, 0x0e b4 0e BIOS 打印功能
mov al, 'H' b0 48 ‘H’ 的 ASCII 码 0x48
int 0x10 cd 10 BIOS 视频中断
jmp loop（无限循环） eb fe 相对偏移 0xfe 跳转自身

二、用二进制编辑器编写步骤（以打印 "Hi" 为例）

1. 确定指令与机器码

打印 'H' → 打印 'i' → 无限循环，对应机器码序列：

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b4 0e    ; mov ah, 0x0e
b0 48    ; mov al, 'H'
cd 10    ; int 0x10
b0 69    ; mov al, 'i'
cd 10    ; int 0x10
eb fe    ; jmp loop

共 12 字节。

2. 填充剩余字节至 510 字节

启动扇区总长度 512 字节，前 510 字节为代码 + 填充。
填充字节数 = 510 - 12 = 498 字节，使用 0x00 填充。

3. 添加启动标志（最后 2 字节）

启动扇区必须以 0xAA55 结尾（小端存储，实际写入顺序为 0x55 0xAA）。

4. 使用二进制编辑器输入字节

示例（Linux 下）：

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hexedit boot.bin

操作步骤：

  1. 打开文件（不存在会创建）
  2. 输入十六进制模式下的字节：
    • 前 12 字节：b4 0e b0 48 cd 10 b0 69 cd 10 eb fe
    • 填充 498 个 00
    • 末尾 2 字节：55 aa
  3. 保存并退出（F2 保存，Ctrl+Q 退出）

其他二进制编辑器如 bless、vim 的二进制模式也可使用。

三、验证文件正确性

使用 hexdump 检查：

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hexdump -C boot.bin

应满足：

  • 总长度 512 字节（显示 00000200 结束）
  • 前 12 字节为指令机器码
  • 中间 498 字节为 00
  • 最后 2 字节为 55 aa

四、制作镜像并测试

可直接使用 boot.bin 或生成软盘镜像：

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dd if=boot.bin of=boot.img conv=notrunc

挂载到 VMware 或其他虚拟机并启动，屏幕应显示：

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Hi

说明手动编写的机器码已生效。

五、关键注意事项

  1. 机器码准确性
    • 每条 x86 指令的机器码必须严格对应
    • 可参考 x86 指令集手册或在线机器码查询工具
  2. 指令长度
    • 16 位指令长度可变（1~6 字节）
    • 确保每条指令长度正确，否则后续指令可能被覆盖
  3. 填充计算
    • 启动扇区总长度必须 512 字节，否则 BIOS 无法识别

这种方式完全绕开汇编器，直接操作机器码，虽然繁琐，但能直观理解指令与二进制的对应关系，是深入学习底层原理的好方法。