目录
一、前景回顾
二、A20地址线
三、全局描述符表
四、CR0寄存器的PE位
五、迈入保护模式
六、测试

一、前景回顾

　　上回我们说到，保护模式下有着三大特点：地址映射、特权级和分时机制。本来接下来是要向这三点一一发起进攻，不过我们首先需要先迈入保护模式中，不然在实模式下讲解保护模式显得不伦不类。怎么进入保护模式呢？其实也很简单，就三个步骤：

　　1、打开A20地址线

　　2、加载全局描述符表GDT

　　3、将CR0寄存器的pe位置1

二、A20地址线

　　我们知道在8086CPU中，只有20位地址线，即A0~A19。20位地址总线表示的内存范围是1MB，即0x0~0XFFFFF，若内存超过了1MB，是需要第21条地址线也就是A20支持的，所以说，如果地址进位到1MB以上，如0x100000，由于没有A20地址线的支持，相当于丢掉高位的1，导致地址变成了0x00000。对于一开始的8086来说，是没有A20地址线的说法的。随着后来的80286CPU的诞生，24位地址总线出现了，从而能够访问的内存范围达到了16MB，为了兼容之前的16位CPU，于是有了A20地址线。80286运行在实模式下时，A20地址线是关闭的，当访问的地址超过1MB，便会自动回卷到0x00000开始；当运行在保护模式下后，A20地址线又被打开，访问超过1MB的地址，系统将会直接访问这块物理内存。

　　总之我们现在想要进入保护模式，就需要开启A20地址线，方法也很简单，只需要下面3行代码：

1 in al, 0x92
2 or al, 0000_0010B
3 out 0x92, al

三、全局描述符表

　　在保护模式下，内存段（如数据段、代码段等）不再是简单地用段寄存器加载一下段基址就能使用，因为前面我们说了，保护模式下增加了“保护”的作用，所以对于每一个内存段来说，增加了一些信息，需要提前把段定义好才能使用。就像家庭成员需要上户口一样，在户口簿上登记好了才算合法。

　　这些信息比较繁杂，光靠寄存器来存储是不行的，哪怕现在有了32位寄存器。所以我们将关于内存段的这些描述信息给存储在内存中。

　　我们需要哪些属性来描述内存段呢？

　　首先，要解决实模式下存在的问题。实模式下的用户程序是可以破坏存储代码的内存区域，所以需要添加一个内存段类型属性来阻止这种行为；实模式下的用户程序和操作系统是同一级别的，所以需要添加一个特权级属性来区分用户程序和操作系统，这个特权级属性在后面的特权级章节会提到。其次就是一些访问内存段的必要属性条件，内存段是一片内存区域，就需要提供这段内存区域的段基址，是一个区域，就会有范围，还需要对段的大小进行限制，避免越界访问。上面的这几个属性就是比较重要的，还有一些其他约束属性会在后面的章节中提到。

　　总之，最后这些用来描述内存段的属性就被放到了一个称作段描述符的结构中，该结构专门用来描述一个内存段，大小为8字节。如下图所示：

　　低32位中，前16位用来存储段的段界限的前0~15位，后16位为段基址的前0~15位。

　　再看高32位，0~7位是段基址的16~23，24~31是段基址的24~31，这样就得到了段基址的32位地址。

　　一个段描述符用来定义一个内存段，那么多个内存段就需要多个段描述符，我们将这些段描述符存放在一个叫做全局描述符表的地方，全局描述符表就相当于是一个段描述符数组。全局描述符表的地址被存放在一个叫做GDTR的寄存器中，这样CPU就能通过这个寄存器来得到全局描述符表的地址，进而获取到各个段描述符的信息。

 　　GDTR寄存器中的前0~15位存放的是GDT界限，其实就是当前GDT所占用的字节数减去1。我们知道一个段描述符占用内存8字节，GDT界限最大能表示范围为2^16=64KB大小，也就是说GDT最多能存放64KB/8B=8192个段描述符。

　　现在段描述符和全局描述符表都有了，我们该如何使用呢？

　　还是和实模式下作对比，我们知道实模式下段寄存器存放的是段基址，但是保护模式下，我们已经有了段描述符和全局描述符表后，段寄存器中就不再存放段基址，而是存放段选择子，结构如下：　　

　　第3~15位存放的是索引值，通过该索引值在GDT中索引相对应的段描述符，从而得到段基址。我们可以看到3~15位有13位，刚好可以表示到2^13=8192，这与我们GDT的范围刚好对应上。

　　RPL字段表示的是请求者的当前特权级，会在后面的特权级章节中提到。TI用来指示选择子是在GDT还是LDT中索引段描述符。LDT现在已经不再使用了，这里就不再拓展。

　　总结一下现在段描述符和内存段的关系：

　　我们现在来看如何根据选择子和偏移地址来得到访存地址。

　　假如现在选择子是0x08，将其加载到ds寄存器后，访问ds:0x9这样的内存，其过程是：CPU会检查选择子0x08的低2位，00，表示当前的RPL，第3位为0，表示在GDT中索引段描述符，于是用高13位0x01在GDT中索引段描述符，得到段描述符中的段基址0x1234，将段基址0x1234加上段内偏移地址0x09相加，得到0x1234+0x9=0x123d，用0x123d作为访存地址。

四、CR0寄存器的PE位

　　CR0是CPU的控制寄存器之一，PE位，即Protection Enable，此位用于启动保护模式，是保护模式的开关，打开此位后，CPU就真正进入了保护模式。

　　置PE位为1也简单，输入如下代码：

1 mov eax, cr0
2 or eax, 0x00000001
3 mov cr0, eax

五、迈入保护模式

　　我们已经将迈入保护模式的三个步骤讲的比较清楚了，现在在loader.S中键入如下代码，即可实现由实模式进入保护模式：

 1 %include "boot.inc"
 2 section loader vstart=LOADER_BASE_ADDR
 3 LOADER_STACK_TOP equ LOADER_BASE_ADDR
 4 jmp loader_start
 5 
 6 ;构建gdt及其内部描述符
 7 GDT_BASE:        dd 0x00000000
 8                  dd 0x00000000
 9 CODE_DESC:       dd 0x0000FFFF
10                  dd DESC_CODE_HIGH4
11 DATA_STACK_DESC: dd 0x0000FFFF
12                  dd DESC_DATA_HIGH4
13 VIDEO_DESC:      dd 0x80000007
14                  dd DESC_VIDEO_HIGH4
15 
16 GDT_SIZE  equ $-GDT_BASE
17 GDT_LIMIT equ GDT_SIZE-1
18 times 60 dq 0  ;此处预留60个描述符的空位
19 
20 SELECTOR_CODE  equ (0x0001<<3) + TI_GDT + RPL0
21 SELECTOR_DATA  equ (0x0002<<3) + TI_GDT + RPL0
22 SELECTOR_VIDEO equ (0x0003<<3) + TI_GDT + RPL0
23 
24 ;以下是gdt指针，前2个字节是gdt界限，后4个字节是gdt的起始地址
25 gdt_ptr   dw GDT_LIMIT 
26           dd GDT_BASE
27 
28 ;---------------------进入保护模式------------
29 loader_start:
30     ;一、打开A20地址线
31     in al, 0x92
32     or al, 0000_0010B
33     out 0x92, al
34     
35     ;二、加载GDT
36     lgdt [gdt_ptr]
37 
38     ;三、cr0第0位(pe)置1
39     mov eax, cr0
40     or eax, 0x00000001
41     mov cr0, eax
42     
43     jmp dword SELECTOR_CODE:p_mode_start ;刷新流水线
44 
45     [bits 32]
46     p_mode_start:
47             mov ax, SELECTOR_DATA
48             mov ds, ax
49             mov es, ax
50             mov ss, ax
51             mov esp, LOADER_STACK_TOP
52             mov ax, SELECTOR_VIDEO
53             mov gs, ax
54             
55             mov byte [gs:160], 'p'
56             jmp $