BIOS 固件编程：从零开始学习 BIOS 开发

# 1. 理解 BIOS 和其编程基础

### 1.1 什么是 BIOS？

BIOS，即基本输入输出系统（Basic Input Output System），是计算机系统中的一个重要组成部分，通常嵌入在计算机主板上的固件芯片中。它负责在计算机启动时进行硬件初始化和自检，然后加载操作系统到内存中并将控制权转交给操作系统。

### 1.2 BIOS 的功能和作用

下表列出了 BIOS 的主要功能和作用：

| 功能 | 作用 |
|----------------|----------------------------------------------------|
| 硬件初始化 | 初始化计算机各硬件设备，确保它们能够正确工作 |
| 自检 | 运行 POST（Power-On Self-Test）检测硬件是否正常 |
| 引导操作系统 | 加载启动设备上的操作系统，并将控制权交予操作系统 |
| 提供服务 | 提供一些基本的硬件控制服务，如键盘输入、显示等 |

### 1.3 BIOS 编程的重要性

- BIOS 编程是硬件和操作系统间的桥梁，关系到计算机系统的启动和运行。
- 通过 BIOS 编程，可以定制和优化系统初始化过程，提高系统的性能和稳定性。
- 了解 BIOS 编程能够深入理解计算机系统的底层工作原理，为系统调试和故障排查提供基础。

掌握 BIOS 编程的基础知识，对于深入学习计算机系统原理和进行系统开发调试都具有重要意义。

# 2. 搭建 BIOS 开发环境

在第二章中，我们将详细介绍如何搭建 BIOS 开发环境，包括选择开发工具、准备硬件设备以及安装配置编译器。

### 2.1 选择合适的开发工具

在 BIOS 开发中，选择合适的开发工具至关重要。以下是一些常用的开发工具：

- **NASM（Netwide Assembler）**：用于 x86 汇编语言编程。
- **Bochs**：用于模拟 x86 硬件环境进行 BIOS 调试。
- **UEFI Shell**：用于在 UEFI 环境下进行 BIOS 开发。

### 2.2 准备开发环境所需的硬件设备

在搭建 BIOS 开发环境时，需要准备以下硬件设备：

1. **x86 架构的计算机**：用于在实际硬件环境中测试 BIOS 程序。
2. **调试工具**：如调试器、逻辑分析仪等，用于调试开发过程中的问题。

### 2.3 安装和配置编译器

对于 BIOS 开发，我们通常会选择 NASM 作为汇编语言编译器。以下是 NASM 的安装和配置步骤：

# 在 Ubuntu 中安装 NASM
sudo apt-get update
sudo apt-get install nasm

编写一个简单的 NASM 汇编程序，如下所示：

section .text
    global _start

_start:
    mov eax, 1
    mov ebx, 42
    int 0x80

以上是第二章的内容概述，接下来我们将学习如何使用所搭建的 BIOS 开发环境进行实际的程序开发和调试。接下来，我们将通过流程图展示整个 BIOS 开发环境搭建的流程。

graph LR
    A[选择开发工具] --> B[准备硬件设备]
    B --> C[安装配置编译器]
    C --> D[编写并编译 BIOS 程序]

通过以上步骤，读者将能够成功搭建 BIOS 开发环境，为后续的 BIOS 开发工作做好准备。

# 3. BIOS 开发入门

在这一章节中，我们将介绍 BIOS 开发的基本原理和具体步骤，以及如何编写并编译一个简单的 BIOS 程序。

## 3.1 BIOS 开发的基本原理

- BIOS（基本输入/输出系统）是计算机系统中启动时运行的固件程序，负责进行基本的硬件初始化和启动操作系统等功能。
- BIOS 开发的基本原理涉及到对计算机硬件的底层操作，主要通过汇编语言编写，涉及到内存管理、中断处理、寄存器操作等内容。

## 3.2 第一个简单的 BIOS 程序

下面是一个简单的 BIOS 程序示例，用于在屏幕上显示"Hello, BIOS!"信息。

section .text
    global _start

_start:
    mov ah, 0x0e ; 功能号，表示在TTY上输出一个字符
    mov al, 'H'  ; 要输出的字符
    int 0x10     ; 调用BIOS中断0x10，显示字符

    mov al, 'e'
    int 0x10

    mov al, 'l'
    int 0x10

    mov al, 'l'
    int 0x10

    mov al, 'o'
    int 0x10

    mov al, ','
    int 0x10

    mov al, ' '
    int 0x10

    mov al, 'B'
    int 0x10

    mov al, 'I'
    int 0x10

    mov al, 'O'
    int 0x10

    mov al, 'S'
    int 0x10

    mov al, '!'
    int 0x10

    int 0x18 ; 无限循环，防止程序执行完后计算机重启

    times 510-($-$$) db 0
    dw 0xaa55

**代码总结：**
- 通过 BIOS 的中断调用实现在屏幕上逐个输出字符。
- 最后的 `int 0x18` 是一个无限循环指令，防止程序执行完后计算机自动重启。
- 最后两行是为了确保