Neste tutorial, vamos mostrar os passos básicos para criar um mini sistema operacional de 16 bits para x86, inteiramente programado do zero, em Assembly.

Não vamos ensinar nada sobre a linguagem de programação em si, então é recomendável ter algum conhecimento sobre ela.

Vamos fazer algo bem básico, mas suficiente para você entender como é o
funcionamento de um SO. Faremos apenas uma mensagem de texto ser exibida na tela, parece pouco, mas verá que a coisa não é tão simples assim.

Veja os aplicativos necessários abaixo:

Para programar o sistema, vamos usar o Emu8086, um ótimo emulador de 8086, com
capacidade de compilar, fazer debug e, claro, emular o sistema ( para não ter que ficar
reiniciando o computador toda hora para testar ). Baixe-o endereço abaixo:

• Emu086 - http://www.emu8086.com

Ele não é gratuito, tem um prazo de 90 dias para testar, mas é suficiente para o tutorial.

Em seguida, baixe mais 2 aplicativos, que vamos usar para gravar nosso SO em um disquete e dar o boot por ele:

Fergo RawImage Maker - DOWNLOAD

RawWriteWin - http://www.chrysocome.net/rawwrite
O local de instalação desses aplicativos fica a sua escolha, não tem um local específico
para instalar. Vamos em frente, para uma breve explicação sobre o processo de boot.

PROCESSO DE BOOT

Geralmente, após o término da checagem de Hardware, o computador busca pelos
512 bytes gravados no primeiro setor do disquete ( Cabeça: 0, Trilha: 0, Setor: 1 ). Caso
não encontre, ele busca por um sistema operacional na MBR ( Master Boot Record ) do
seu HD.

É importante que, para testar o SO, você configure a BIOS para “bootar” o disquete
antes de qualquer outro dispositivo ( HD, CDROM, USB, etc… ).

Se ele encontrar algum sistema nesses 512 bytes do disquete, ele o carrega na
memória no endereço 0000:7C00h. Vamos ver como funciona esses endereços de
memória.

Quando se usa o formato xxxx:yyyy, você está trabalhando com endereços relativos,
sendo que a primeira seqüência representa o que chamamos de Segment e a segunda,
Offset.

Para calcular o endereço físico, real, é feito o seguinte cálculo ( lembre-se que
estamos trabalhando com números hexadecimais, indicado pelo ‘h’ após o último
algarismo.

Segment * 16h + Offset = Endereço físico

Tomando como exemplo o local onde a BIOS carrega o sistema operacional, podemos
calcular o endereço físico real através do cálculo:

0000h * 16h + 7C00h = 7C00h

Nosso sistema é carregado no endereço físico da memória 7C00h. É bom lembrar que
diferentes segments e offsets podem gerar o mesmo endereço físico. Por exemplo:

0000:7C00h = 07C0:0000h

Qual a importância de saber sobre esses endereços? Bom, é por eles que você vai
controlar seu programa. Você pode usar endereços físicos diretamente, mas usando
no formato de segment/offset você consegue organizar melhor as posições de
memória.

O endereço físico também é importante para saber onde podemos, ou onde não
podemos gravar os dados na memória. A BIOS reserva um trecho de memória baixa (
640KB ) para que você use-o livremente.

Esse trecho vai do endereço físico 00500h até A0000h. Ou seja, você não deve gravar nada antes do endereço 00500h e nem após A0000 ( são locais reservados para memória de vídeo, bios, vetores de interrupts, etc… ).

Voltando ao boot. Ele carrega os 512 bytes do primeiro setor na memória. Certo, e o SO tiver mais de 512 bytes? Aí nos vamos precisar de um Loader, que é basicamente uma seqüência de instruções ( com no máximo 512 bytes para caber no primeiro setor ), que é responsável por carregar o Kernel do disco para a memória. Vamos usar um para o nosso SO ( apesar de não precisar nesse caso ).

INTERRUPTS

Citamos na introdução que não iriamos explicar sobre a linguagem Assembly, mas acho que
Interrupts é algo importante para ressaltar.

Interrupt, no caso do Assembly, é uma instrução que paralisa o código atual para que
alguma ação seja realizada ( chamamos isso de IRQ – Interruption Request ). Se for
para comparar com algo nas linguagens de alto nível, podemos comparar ele com uma
função, que é chamada, executa suas instruções, e depois retorna para o código onde
ela foi chamada.

Todo computador na arquitetura x86 possui diversos interrupts, controlados pela BIOS.
Os interrupts são compostos por uma função e uma subfunção. Por exemplo, para
trabalhar com o vídeo, é usado o interrupt 10h. E a operação a ser realizada no vídeo (
subfunção ), depende do valor de algum registrador ( normalmente AH ).

Veja o exemplo abaixo que imprime um caractere na tela:

mov ah, 0Eh ; subfunção que indica para imprimir texto
mov al, ‘A’ ; caractere a ser impresso
int 10h ; interrupção de vídeo

Para sabermos o que cada interrupt faz, quais os argumentos e quais registradores estão
envolvidos? Indicamos este site:

http://www.htl-steyr.ac.at/~morg/pcinfo/hardware/interrupts/inte1at0.htm

Vamos usar Interrupts para imprimir caracteres na tela, para buscar por teclas
pressionadas, para alterar o modo de vídeo, etc. Dá pra notar que entender o seu
funcionamento é fundamental para prosseguir com este tutorial.
Vamos por a mão na massa agora.

CRIANDO O LOADER

O Loader basicamente consiste num conjunto de instruções que devem caber no
primeiro setor do disquete ( 512b ) e que lê os outros setores do disquete ( onde está o
Kernel e o resto do código ) para a memória.

O nosso código precisa configurar algumas coisas básicas para que tudo funcione
corretamente. Precisamos ter uma pilha de dados ( Stack ). Se você programa em
Assembly, deve saber o que é uma pilha, como ela funciona, e para que é usada.

Os registradores envolvidos com a pilha são os seguintes:

SS -> Stack Segment -> Aponta para o segmento onde está a pilha
SP -> Stack Pointer -> Aponta para determinada região da pilha ( normalmente o topo )

Além da pilha, é necessário indicar onde está o nosso segmento de dados

DS -> Data Segment -> Aponta para a base de dados ( usado sempre que for acessar
algum endereço de memória ).

Vamos organizar nossa memória da seguinte maneira:

Memória: 07C0:0000 até 07C0:01FF Descrição: Local onde foi carregado o bootloader
Memória: 07C0:0200 até 07C0:03FF Descrição: Pilha
Memória: 0800:0000 em diante Descrição: Nosso Kernel

Essa estrutura da memória é a mesma utilizada no site do Emu8086, pois é bem
didática e segue uma seqüência lógica. Claro que vai ficar um bom trecho sobrando (
de 0500 até 7C00 ), mas por enquanto é suficiente.

Então eis a seqüência que vamos usar no nosso Loader

• Determina a pilha e seus registradores

• Indica o segmento de dados

• Altera o formato de vídeo para 80×25 ( 80 colunas, 25 linhas )

• Lê o setor do disquete onde está o Kernel

• Escreve os dados lidos no endereço 0800:0000

• Pula para este endereço e passa o controle para o Kernel

Abra o Emu8086, selecione ‘New’ e marque a opção ‘Empty Workspace’. Em seguida,
digite o código aseguir (os comentários sobre o que cada instrução
faz no próprio código ) Veja:

Observações:

O número de setores a serem lidos varia com o tamanho do Kernel. Cada setor tem 512 bytes. Então se o Kernel tiver 512 bytes ou menos, basta ler 1 setor. Se tiver 700 bytes, precisa ler 2 setores e assim por diante.

Caso tenha surgido alguma dúvida quanto aos valores, vá até o site com a lista de
interrupts que indicamos e analise a Int em questão.

Salve este código e compile através do botão ‘compile’ na barra de ferramentas. Ele vai
perguntar onde você deseja salvar o arquivo ( que vai ter a extensão .bin ). Dê um
nome qualquer ( algo como loader.bin ) e salve no diretório que desejar.

CRIANDO O KERNEL

Nosso Kernel vai ser o mais simples possível. Vai apenas escrever um texto na tela e aguardar que o usuário pressione alguma tecla para reiniciar o computador. Parece pouco, mas é suficiente pra você entender como um sistema básico funciona.

Se precisar que o Kernel faça algo mais ( claro que vai querer ), você já vai ter conhecimento suficiente para poder usar outros interrupts e trabalhar melhor com a memória, etc.

Novamente, se tiver alguma dúvida quando a esse código ( que não seja relativo a sintaxe e os comandos do Assembly ), volte ao site com a lista de interrupts.

Depois de pronto, salve o arquivo e compile, da mesma forma como fez no Loader.
Claro, escolha outro nome ( kernel.bin talvez ). Procure manter os arquivos em uma
mesma pasta, pra manter organizado.

Nosso mini sistema operacional está pronto. Só falta grava-lo no disquete e testar.

GRAVANDO E TESTANDO

Com os binários do Loader e do Kernel em mãos, vamos criar uma imagem para ser
gravada no disquete. Vamos usar agora o programa Fergo RawImage Maker.

OBS.: Se precisar, baixe as VB6 Runtime Libraries.

Execute o programa. A interface é bem simples e intuitiva. Siga estes passos para criar
a imagem.

• Escolha o arquivo de destino ( 1 )

• Selecione o loader.bin na segunda caixa de texto ( 2 )

• Marque Head = 0, Cylinder = 0 e Sector = 1 ( 3 )

• Clique em Add ( 4 )

• Selecione o kernel.bin na segunda caixa de texto ( 2 )

• Marque Head = 0, Cylinder = 0 e Sector = 2 ( 3 )

• Clique em Add ( 4 )

• E em seguida clique em ‘Create File!’ ( 5 )

Preste bastante atenção nos setores que você for gravar. Verifique se o resultado final
ficou semelhante ao da lista na imagem. Se tudo ocorreu bem, deve ter aparecido uma mensagem indicando que o arquivo foi criado com sucesso.

Agora temos que gravar a nossa imagem no disquete. Insira um disquete de 3.5” no
drive A: e abra o programa RawWriteWin. Configure o caminho para a imagem que
você acabou de criar ( tutorial.img no nosso caso) e clique em ‘Write’.

Se o disquete estiver em bom estado e você seguiu os passos corretamente, deverá
receber novamente uma mensagem indicando que a imagem foi gravada com sucesso
no disquete ( certifique de que ele não está protegido contra gravação ).

Agora basta testar. Coloque o disquete no drive, reinicie o micro, configure para que a
BIOS dê o boot pelo disquete e se deu tudo certo, você vai ver a seguinte mensagem após o boot:

Se esta mensagem apareceu, parabéns, você fez tudo corretamente. Caso ela não
tenha aparecido, releia o tutorial que com certeza você encontrará onde está o
erro. Caso contrário deixe um comentário

Por fim, Esperamos ter ajudado aqueles iniciantes, como nós, que sempre tiveram vontade de saber como fazer um sistema operacional e como ele se comporta.

Claro que este foi o exemplo mais básico, apenas o ponta pé inicial, mas com certeza isso já é suficiente para você avançar mais um pouco. Sugerimos tentar implementar agora alguns comandos no seu SO, como ‘Clear Screen’, ‘Reboot’, ‘Help’, etc.
Boa sorte e até a próxima!

By: Fergonez