通过8042 PS / 2控制器重置后，QEMU不会重新启动操作系统

问题描述 投票：2回答：1

@@ MichaelPetch已经重写了整个问题，以将其简化为一个易于重现的特定问题。最初的问题集中在以64位长模式进行OS开发时遇到的问题。该代码正试图使用​​8042 PS / 2控制器重新引导计算机，但是尽管它在BOCHS中确实起作用，但它无法在QEMU上工作。原始代码可以在此Github project中找到。

[Michael认为该问题不是特定于长模式的，因此对其进行了实质性的减少，以证明潜在的问题。

为此演示，我是：

  • 使用GRUB Multiboot2 specification引导32位内核。
  • 通过键盘使用8042 PS / 2控制器进行reboot the machine。
  • 我创建一个ELF可执行文件并将其放置在ISO映像中，以便可以将其作为CDROM引导。
  • 假定此代码目标计算机/环境支持通过8042 PS / 2控制器重新启动

此演示的代码如下：

bootloader.asm：

[BITS 32]

section .mboot
mboot_header_start:
    dd 0xe85250d6
    dd 0
    dd mboot_header_end - mboot_header_start
    dd 0x100000000 - (0xe85250d6 + 0 +(mboot_header_end - mboot_header_start))

    align 8
mboot_inforeq_start:
    dw 1
    dw 0
    dd mboot_inforeq_end - mboot_inforeq_start
    dd 2
    dd 6
    dd 8
mboot_inforeq_end:

    align 8
mboot_end_start:
    dw 0
    dw 0
    dd mboot_end_end - mboot_end_start
mboot_end_end:

mboot_header_end:

section .text
global _start
_start:
    mov word [0xb8000], (0x5f << 8) | 'B'
    mov word [0xb8002], (0x5f << 8) | 'O'
    mov word [0xb8004], (0x5f << 8) | 'O'
    mov word [0xb8006], (0x5f << 8) | 'T'

    ; Delay after writing to the screen so it appears for a bit of time before reboot
    mov ecx, 0xfffff
delay:
    loop delay

    ; Wait until the 8042 PS/2 Controller is ready to be sent a command
wait_cmd_ready:
    in al, 0x64
    test al, 00000010b
    jne  wait_cmd_ready

    ; Use 8042 PS/2 Controller to reboot the machine
    mov al, 0xfe
    out 0x64, al

    ; If this is displayed the reboot wasn't successful. Shouldn't get this far
    mov word [0xb8000+160], (0x5f << 8) | 'N'
    mov word [0xb8002+160], (0x5f << 8) | 'O'
    mov word [0xb8004+160], (0x5f << 8) | 'R'
    mov word [0xb8006+160], (0x5f << 8) | 'E'
    mov word [0xb8006+160], (0x5f << 8) | 'B'

    ; Infinite loop to end
hltloop:
    hlt
    jmp hltloop

link.ld：

ENTRY(_start);

kern_vma = 0x100000;

SECTIONS
{
    . = 0x500;
    .boot :
    {
        *(*.mboot*)
    }
    . = kern_vma;
    .text ALIGN(4K) :
    {
         *(*.text*)
    }
    .bss ALIGN(4K) :
    {
         *(.bss)
    }
}

我的Linux构建脚本是：

#!/bin/sh

ISO_DIR="isodir"
ISO_NAME="myos"
GRUB_CFG="grub.cfg"
KERNEL_NAME="bootloader"

nasm -f elf32 bootloader.asm -o bootloader.o
ld -m elf_i386 -T link.ld bootloader.o -o $KERNEL_NAME.elf

mkdir -p $ISO_DIR/boot/grub
cp $KERNEL_NAME.elf $ISO_DIR/boot/

echo 'set timeout=2'                          >  $ISO_DIR/boot/grub/$GRUB_CFG
echo 'set default=0'                          >> $ISO_DIR/boot/grub/$GRUB_CFG
echo 'menuentry "My Kernel" {'                >> $ISO_DIR/boot/grub/$GRUB_CFG
echo '  multiboot2 /boot/'$KERNEL_NAME'.elf'  >> $ISO_DIR/boot/grub/$GRUB_CFG
echo '}'                                      >> $ISO_DIR/boot/grub/$GRUB_CFG

# build iso image
grub-mkrescue -o $ISO_NAME.iso $ISO_DIR/

问题

当我运行构建脚本并使用命令运行它时：

qemu-system-i386 -cdrom myos.iso

运行GRUB引导内核时，BOOT在窗口左上角的洋红色属性上正确显示为白色。它应该短暂地等待，然后重新启动机器负载GRUB并重复该循环。

它没有完成预期的操作。它按原样显示BOOT，但QEMU似乎坐着，什么也不做，这不是我期望的。

如果我使用附加选项-d int运行QEMU，我发现计算机似乎处于永久循环，其中包括断点异常（v = 03）或无效的操作码异常（v = 06），这是一般性保护错误（ v = 0d），并以双重故障（v = 08）结束。输出通常看起来像：

     0: v=06 e=0000 i=0 cpl=0 IP=0008:000f0000 pc=000f0000 SP=0010:00000fc0 env->regs[R_EAX]=00000000
EAX=00000000 EBX=00000000 ECX=00000010 EDX=000f171d
ESI=00000000 EDI=00000000 EBP=00000000 ESP=00000fc0
EIP=000f0000 EFL=00000002 [-------] CPL=0 II=0 A20=1 SMM=0 HLT=0
ES =0010 00000000 ffffffff 00cf9300 DPL=0 DS   [-WA]
CS =0008 00000000 ffffffff 00cf9b00 DPL=0 CS32 [-RA]
SS =0010 00000000 ffffffff 00cf9300 DPL=0 DS   [-WA]
DS =0010 00000000 ffffffff 00cf9300 DPL=0 DS   [-WA]
FS =0010 00000000 ffffffff 00cf9300 DPL=0 DS   [-WA]
GS =0010 00000000 ffffffff 00cf9300 DPL=0 DS   [-WA]
LDT=0000 00000000 0000ffff 00008200 DPL=0 LDT
TR =0000 00000000 0000ffff 00008b00 DPL=0 TSS32-busy
GDT=     000f6080 00000037
IDT=     000f60be 00000000
CR0=00000011 CR2=00000000 CR3=00000000 CR4=00000000
DR0=00000000 DR1=00000000 DR2=00000000 DR3=00000000
DR6=ffff0ff0 DR7=00000400
CCS=00000000 CCD=0000007f CCO=ADDB
EFER=0000000000000000
check_exception old: 0xffffffff new 0xd
     1: v=0d e=0032 i=0 cpl=0 IP=0008:000f0000 pc=000f0000 SP=0010:00000fc0 env->regs[R_EAX]=0000
0000
EAX=00000000 EBX=00000000 ECX=00000010 EDX=000f171d
ESI=00000000 EDI=00000000 EBP=00000000 ESP=00000fc0
EIP=000f0000 EFL=00000002 [-------] CPL=0 II=0 A20=1 SMM=0 HLT=0
ES =0010 00000000 ffffffff 00cf9300 DPL=0 DS   [-WA]
CS =0008 00000000 ffffffff 00cf9b00 DPL=0 CS32 [-RA]
SS =0010 00000000 ffffffff 00cf9300 DPL=0 DS   [-WA]
DS =0010 00000000 ffffffff 00cf9300 DPL=0 DS   [-WA]
FS =0010 00000000 ffffffff 00cf9300 DPL=0 DS   [-WA]
GS =0010 00000000 ffffffff 00cf9300 DPL=0 DS   [-WA]
LDT=0000 00000000 0000ffff 00008200 DPL=0 LDT
TR =0000 00000000 0000ffff 00008b00 DPL=0 TSS32-busy
GDT=     000f6080 00000037
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DR0=00000000 DR1=00000000 DR2=00000000 DR3=00000000
DR6=ffff0ff0 DR7=00000400
CCS=00000000 CCD=0000007f CCO=ADDB
EFER=0000000000000000
check_exception old: 0xd new 0xd
     2: v=08 e=0000 i=0 cpl=0 IP=0008:000f0000 pc=000f0000 SP=0010:00000fc0 env->regs[R_EAX]=0000
0000
EAX=00000000 EBX=00000000 ECX=00000010 EDX=000f171d
ESI=00000000 EDI=00000000 EBP=00000000 ESP=00000fc0
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SS =0010 00000000 ffffffff 00cf9300 DPL=0 DS   [-WA]
DS =0010 00000000 ffffffff 00cf9300 DPL=0 DS   [-WA]
FS =0010 00000000 ffffffff 00cf9300 DPL=0 DS   [-WA]
GS =0010 00000000 ffffffff 00cf9300 DPL=0 DS   [-WA]
LDT=0000 00000000 0000ffff 00008200 DPL=0 LDT
TR =0000 00000000 0000ffff 00008b00 DPL=0 TSS32-busy
GDT=     000f6080 00000037
IDT=     000f60be 00000000
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DR6=ffff0ff0 DR7=00000400
CCS=00000000 CCD=0000007f CCO=ADDB
EFER=0000000000000000
check_exception old: 0x8 new 0xd
check_exception old: 0xffffffff new 0x6

它会不断重复类似的模式。不寻常的是它似乎陷入了这种例外循环：

0: v=06 e=0000 i=0 cpl=0 IP=0008:000f0000 pc=000f0000 SP=0010:00000fc0 env->regs[R_EAX]=00000000
1: v=0d e=0032 i=0 cpl=0 IP=0008:000f0000 pc=000f0000 SP=0010:00000fc0 env->regs[R_EAX]=0000
2: v=08 e=0000 i=0 cpl=0 IP=0008:000f0000 pc=000f0000 SP=0010:00000fc0 env->regs[R_EAX]=0000

导致此问题的原因以及如何解决此问题，以便QEMU可以正确地重新启动并再次启动GRUB？

assembly x86 qemu osdev multiboot
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原始OS代码需要付出努力才能确定此问题的根本原因。该示例使人们更容易发现罪魁祸首。在原始代码中找到此问题需要花费一些精力。

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