Включение 64-битной пагинации и длинного режима в x86 ASM

Вопрос или проблема

включение 64-битной страницы и длинного режима на x86 ASM

Ответ или решение

Для включения 64-битного пейджинга и режима long mode на x86 с использованием ассемблера (ASM), нам необходимо выполнить несколько шагов, включая настройку таблиц страниц и конфигурацию сегментов. Ниже приведен поэтапный процесс с комментариями.

1. Проверка поддержки 64-битного режима

Перед тем, как настраивать 64-битное окружение, следует убедиться, что ваш процессор поддерживает 64-битный режим. Для этого мы используем инструкции CPUID.

; Проверка наличия поддержки 64-битного режима
cpuid
test edx, 0x80000001
jz .no_64bit_support ; выходим, если не поддерживается

2. Настройка 64-битного режима

Для включения long mode, необходимо выполнить следующие шаги:

1. Отключить все прерывания
2. Настроить глобальные таблицы страниц
3. Установить CR0 и CR4
4. Перейти в long mode

Отключение прерываний

cli ; Отключаем прерывания

Настройка таблиц страниц

Для работы в 64-битном режиме требуется настроить таблицы страниц. Мы создадим таблицу страницы и инициализируем ее.

; Таблица страниц
section .data
page_table: times 512 dq 0 ; Создаем таблицу размеров 4Kb с 512 элементами

; Указываем адрес страницы, на которую будет идти переход
first_page: 
    times 4096 db 0 ; Виртуальная страница (4Kb) заполняется нулями

Заполняем таблицу страниц:

section .text
; Установка первой страницы
mov rax, first_page
mov [page_table + 0], rax ; Указатель на первую страницу
or rax, 3               ; Устанавливаем доступ (расписание для чтения и записи)
mov [page_table + 0], rax ; Сохраняем измененный адрес

Установка CR3

Устанавливаем указатель на таблицу страниц (CR3):

mov rax, page_table
mov cr3, rax ; Устанавливаем адрес таблицы страниц

Установка CR0 и CR4

Необходимо установить соответствующие биты в регистре CR0 и CR4 для разрешения 64-битного режима:

mov rax, cr4
or rax, 0x20          ; Включаем PAE (Physical Address Extension)
mov cr4, rax

mov rax, cr0
or rax, 0x80000001   ; Включаем защиту режима
mov cr0, rax

3. Включение long mode

Теперь, когда настройки производятся, мы можем перейти в long mode:

; Переход в long mode
mov rax, 0x200000  ; Установка режима 64-битной адресации
mov cr4, rax
; Устанавливаем адрес перехода:
jmp rax

Важные замечания

• Все настроенные адреса должны быть выровнены на 4K (0x1000).
• Код должен выполняться в безопасной среде, как, например, в загрузчике (bootloader).
• Для работы с 64-битной архитектурой обязательно следуйте правилам, установленным в документации Intel.

Заключение

Настройка 64-битного режима и пейджинга на x86 процессорах требует внимательного выполнения шагов для обеспечения правильной конфигурации обработки памяти. Данный процесс включает в себя проверку поддержки, установку таблиц страниц и изменения регистров управления, что позволит перейти в 64-битное окружение.