「30日でできる！OS自作入門」一日目(helloos0〜helloos2)をUbuntu18.04/NASMで作る

はじめに

こちらの本
30日でできる! OS自作入門
を最初はそのままWindows上で進めていましたが、naskのような著者の独自ツールが使われており情報が少ないのと、普段Ubuntuを使っているのでその上で実行できるといいなと思ったので、
できるだけLinuxで標準的なツールを使って進めていきます。
これも既にやっている方がたくさんいますが、何番煎じでも気にせずやってきます。

環境

$ uname -a
Linux furble 5.3.0-42-generic #34~18.04.1-Ubuntu SMP Fri Feb 28 13:42:26 UTC 2020 x86_64 x86_64 x86_64 GNU/Linux
$ nasm -v
NASM version 2.13.02
$ qemu-system-i386 --version
QEMU emulator version 2.11.1(Debian 1:2.11+dfsg-1ubuntu7.23)
Copyright (c) 2003-2017 Fabrice Bellard and the QEMU Project developers

必要なツールのインストール

QEMU

$ sudo apt install qemu-kvm qemu 

qemu-kvmは別にいらなかったかもしれない。

NASM

$ sudo apt install nasm

helloos0をQEMU上で実行

$ qemu-system-i386 helloos.img
WARNING: Image format was not specified for 'helloos.img' and probing guessed raw.
         Automatically detecting the format is dangerous for raw images, write operations on block 0 will be restricted.
         Specify the 'raw' format explicitly to remove the restrictions.

でウィンドウが出現し、「hello, world」と表示されたので、うまくいったようです。
このままでも問題無いですが、警告が気になるので、

$ qemu-system-i386 -drive file=helloos.img,format=raw,if=floppy

とすることで消すことができました。以降はこちらを使っていきます。

helloos1を実行

$ nasm helloos.nas -o helloos.img
helloos.nas:9: warning: uninitialized space declared in .text section: zeroing
helloos.nas:17: warning: uninitialized space declared in .text section: zeroing
helloos.nas:20: warning: uninitialized space declared in .text section: zeroing
helloos.nas:22: warning: uninitialized space declared in .text section: zeroing
$ qemu-system-i386 -drive file=helloos.img,format=raw,if=flopp

nasmが警告を出していますが、問題なく実行できました。
調べると、RESB命令で警告が出ており、代わりにTIMES命令を使うことで消せます。

helloos.nas(nask用)をhelloos.asm(nasm用)に書き換えます。

$ diff -u projects/01_day/helloos1/helloos.nas tolset/helloos1/helloos.asm
--- projects/01_day/helloos1/helloos.nas    2020-03-25 17:15:30.927931338 +0900
+++ tolset/helloos1/helloos.asm 2020-03-28 12:33:54.545613281 +0900
@@ -6,7 +6,7 @@
    DB  0xff, 0xff, 0xff, 0x48, 0x45, 0x4c, 0x4c, 0x4f
    DB  0x2d, 0x4f, 0x53, 0x20, 0x20, 0x20, 0x46, 0x41
    DB  0x54, 0x31, 0x32, 0x20, 0x20, 0x20, 0x00, 0x00
-   RESB    16
+   TIMES   16 DB 0x00
    DB  0xb8, 0x00, 0x00, 0x8e, 0xd0, 0xbc, 0x00, 0x7c
    DB  0x8e, 0xd8, 0x8e, 0xc0, 0xbe, 0x74, 0x7c, 0x8a
    DB  0x04, 0x83, 0xc6, 0x01, 0x3c, 0x00, 0x74, 0x09
@@ -14,9 +14,9 @@
    DB  0xee, 0xf4, 0xeb, 0xfd, 0x0a, 0x0a, 0x68, 0x65
    DB  0x6c, 0x6c, 0x6f, 0x2c, 0x20, 0x77, 0x6f, 0x72
    DB  0x6c, 0x64, 0x0a, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00
-   RESB    368
+   TIMES   368 DB 0x00
    DB  0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x55, 0xaa
    DB  0xf0, 0xff, 0xff, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00
-   RESB    4600
+   TIMES   4600 DB 0x00
    DB  0xf0, 0xff, 0xff, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00
-   RESB    1469432
+   TIMES   1469432 DB 0x00

RESB xxx は TIMES xxx DB 0 と同じです。

helloos2を実行

RESBをTIMES命令に書き換えます。

$ nasm helloos.asm -o helloos.img
helloos.asm:41: error: non-constant argument supplied to TIMES

TIMES 0x1fe-$ DB 0
の行でエラーが出ています。

nasmマニュアル(英語) section 3.5より

\$ evaluates to the assembly position at the beginning of the line containing the expression; so you can code an infinite loop using JMP \$.
\$\$ evaluates to the beginning of the current section; so you can tell how far into the section you are by using (\$−\$$).

\$はその行の最初の式（この場合TIMES）のアドレス、$$は現在のセクションの最初のアドレスを表す、とあります。セクションとは後で出てくる.textや.dataなどのことです(多分)。
今回はセクション分けはされてないので、\$$はファイルの先頭アドレスを指すものと考えられます。よって、($-\$$)はセクションの先頭(今回はファイルの先頭)から($-\$$)の記述のある行の先頭までのバイト数となり、naskにおける\$と同じ意味になるということです(多分)。

$ diff -u projects/01_day/helloos2/helloos.nas tolset/helloos2/helloos.asm | nkf -Sw 
--- projects/01_day/helloos2/helloos.nas    2020-03-25 17:15:30.927931338 +0900
+++ tolset/helloos2/helloos.asm 2020-03-29 11:37:16.045372158 +0900
@@ -21,7 +21,7 @@
        DD      0xffffffff      ; たぶんボリュームシリアル番号
        DB      "HELLO-OS   "   ; ディスクの名前（11バイト）
        DB      "FAT12   "      ; フォーマットの名前（8バイト）
-       RESB    18              ; とりあえず18バイトあけておく
+       TIMES   18  DB 0            ; とりあえず18バイトあけておく

 ; プログラム本体

@@ -38,13 +38,13 @@
        DB      0x0a            ; 改行
        DB      0

-       RESB    0x1fe-$         ; 0x001feまでを0x00で埋める命令
+       TIMES   0x1fe-($-$$)    DB 0        ; 0x001feまでを0x00で埋める命令

        DB      0x55, 0xaa

 ; 以下はブートセクタ以外の部分の記述
        DB      0xf0, 0xff, 0xff, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00
-       RESB    4600
+       TIMES   4600 DB 0
        DB      0xf0, 0xff, 0xff, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00
-       RESB    1469432
+       TIMES   1469432 DB 0

$ nasm helloos.asm -o helloos.img -l helloos.lst
$ qemu-system-i386 -drive file=helloos.img,format=raw,if=floppy

これで成功です。