12장. GDT, IDT 테이블, TSS 세그먼트를 추가해 인터럽트에 대비하자

Ⅰ. GDT 테이블 교환과 TSS 세그먼트 디스크립터 추가

1. GDT 테이블 생성과 TSS 세그먼트 디스크립터 추가

현재까지 사용한 코드&데이터 세그먼트 디스크립터는 보호 모드 커널 엔트리 포인트영역에서 어셈블리어로 작성한 것이다.
- 멀티 코어를 활성화하게 되면, 코어 별로 TSS 세그먼트가 필요하므로, 이를 대비하여 1MB 이상의 공간에 GDT 테이블을 생성한다.
C코드로 GDT 테이블을 새로 작성한다.
세그먼트 디스크립터 & GDT 테이블 & TSS 세그먼트를 위한 자료구조와 매크로

// 조합에 사용할 기본 매크로
#define GDT_TYPE_CODE           0x0A
#define GDT_TYPE_DATA           0x02
#define GDT_TYPE_TSS            0x09
#define GDT_FLAGS_LOWER_S       0x10
#define GDT_FLAGS_LOWER_DPL0    0x00
#define GDT_FLAGS_LOWER_DPL1    0x20
#define GDT_FLAGS_LOWER_DPL2    0x40
#define GDT_FLAGS_LOWER_DPL3    0x60
#define GDT_FLAGS_LOWER_P       0x80
#define GDT_FLAGS_UPPER_L       0x20
#define GDT_FLAGS_UPPER_DB      0x40
#define GDT_FLAGS_UPPER_G       0x80

// 실제로 사용할 매크로
// Lower Flags는 Code/Data/TSS, DPL0, Present로 설정
#define GDT_FLAGS_LOWER_KERNELCODE ( GDT_TYPE_CODE | GDT_FLAGS_LOWER_S | \
        GDT_FLAGS_LOWER_DPL0 | GDT_FLAGS_LOWER_P )
#define GDT_FLAGS_LOWER_KERNELDATA ( GDT_TYPE_DATA | GDT_FLAGS_LOWER_S | \
        GDT_FLAGS_LOWER_DPL0 | GDT_FLAGS_LOWER_P )
#define GDT_FLAGS_LOWER_TSS ( GDT_FLAGS_LOWER_DPL0 | GDT_FLAGS_LOWER_P )
#define GDT_FLAGS_LOWER_USERCODE ( GDT_TYPE_CODE | GDT_FLAGS_LOWER_S | \
        GDT_FLAGS_LOWER_DPL3 | GDT_FLAGS_LOWER_P )
#define GDT_FLAGS_LOWER_USERDATA ( GDT_TYPE_DATA | GDT_FLAGS_LOWER_S | \
        GDT_FLAGS_LOWER_DPL3 | GDT_FLAGS_LOWER_P )

// Upper Flags는 Granulaty로 설정하고 코드 및 데이터는 64비트 추가
#define GDT_FLAGS_UPPER_CODE ( GDT_FLAGS_UPPER_G | GDT_FLAGS_UPPER_L )
#define GDT_FLAGS_UPPER_DATA ( GDT_FLAGS_UPPER_G | GDT_FLAGS_UPPER_L )
#define GDT_FLAGS_UPPER_TSS ( GDT_FLAGS_UPPER_G )

// 1바이트로 정렬
#pragma pack( push, 1 )

// GDTR 및 IDTR 구조체
typedef struct kGDTRStruct
{
    WORD wLimit;
    QWORD qwBaseAddress;
    // 16바이트 어드레스 정렬을 위해 추가
    WORD wPading;
    DWORD dwPading;
} GDTR, IDTR;

// 8바이트 크기의 GDT 엔트리 구조
typedef struct kGDTEntry8Struct
{
    WORD wLowerLimit;
    WORD wLowerBaseAddress;
    BYTE bUpperBaseAddress1;
    // 4비트 Type, 1비트 S, 2비트 DPL, 1비트 P
    BYTE bTypeAndLowerFlag;
    // 4비트 Segment Limit, 1비트 AVL, L, D/B, G
    BYTE bUpperLimitAndUpperFlag;
    BYTE bUpperBaseAddress2;
} GDTENTRY8;

// 16바이트 크기의 GDT 엔트리 구조
typedef struct kGDTEntry16Struct
{
    WORD wLowerLimit;
    WORD wLowerBaseAddress;
    BYTE bMiddleBaseAddress1;
    // 4비트 Type, 1비트 0, 2비트 DPL, 1비트 P
    BYTE bTypeAndLowerFlag;
    // 4비트 Segment Limit, 1비트 AVL, 0, 0, G
    BYTE bUpperLimitAndUpperFlag;
    BYTE bMiddleBaseAddress2;
    DWORD dwUpperBaseAddress;
    DWORD dwReserved;
} GDTENTRY16;

// TSS Data 구조체
typedef struct kTSSDataStruct
{
    DWORD dwReserved1;
    QWORD qwRsp[ 3 ];
    QWORD qwReserved2;
    QWORD qwIST[ 7 ];
    QWORD qwReserved3;
    WORD wReserved;
    WORD wIOMapBaseAddress;
} TSSSEGMENT;

#pragma pack ( pop )

세그먼트 디스크립터를 생성하는 함수 코드와 사용 예

디스크립터를 생성하는 함수는 파라미터로 넘어온 각 필드의 값을 세그먼트 디스크립터의 구조에 맞추어 삽입해주는 역할을 수행한다.

GDTR 자료구조의 시작 어드레스를 0x142000으로 설정하고, 그 이후 어드레스부터 각 자료구조를 위치시킨 이유

0x100000(1MB) 영역부터 264KB를 페이지 테이블로 사용하고 있기 때문이다.

//  GDT 테이블을 초기화

void kInitializeGDTTableAndTSS( void )
{
    GDTR* pstGDTR;
    GDTENTRY8* pstEntry;
    TSSSEGMENT* pstTSS;
    int i;
    
    // GDTR 설정
    pstGDTR = ( GDTR* ) 0x142000;
    pstEntry = ( GDTENTRY8* ) ( 0x142000 + sizeof( GDTR ) );
    pstGDTR->wLimit = ( sizeof( GDTENTRY8 ) * 3 ) + ( sizeof( GDTENTRY16 ) * 1 ) - 1;
    pstGDTR->qwBaseAddress = ( QWORD ) pstEntry;
    // TSS 영역 설정
    pstTSS = ( TSSSEGMENT* ) ( ( QWORD ) pstEntry + GDT_TABLESIZE );

    // NULL, 64비트 Code/Data, TSS를 위해 총 4개의 세그먼트를 생성한다.
    kSetGDTEntry8( &( pstEntry[ 0 ] ), 0, 0, 0, 0, 0 );
    kSetGDTEntry8( &( pstEntry[ 1 ] ), 0, 0xFFFFF, GDT_FLAGS_UPPER_CODE, 
            GDT_FLAGS_LOWER_KERNELCODE, GDT_TYPE_CODE );
    kSetGDTEntry8( &( pstEntry[ 2 ] ), 0, 0xFFFFF, GDT_FLAGS_UPPER_DATA,
            GDT_FLAGS_LOWER_KERNELDATA, GDT_TYPE_DATA );
    kSetGDTEntry16( ( GDTENTRY16* ) &( pstEntry[ 3 ] ), ( QWORD ) pstTSS, 
            sizeof( TSSSEGMENT ) - 1, GDT_FLAGS_UPPER_TSS, GDT_FLAGS_LOWER_TSS, 
            GDT_TYPE_TSS ); 
    
    // TSS 초기화 GDT 이하 영역을 사용함
    kInitializeTSSSegment( pstTSS );
}

//  8바이트 크기의 GDT 엔트리에 값을 설정
//  코드와 데이터 세그먼트 디스크립터
void kSetGDTEntry8( GDTENTRY8* pstEntry, DWORD dwBaseAddress, DWORD dwLimit,
        BYTE bUpperFlags, BYTE bLowerFlags, BYTE bType )
{
    pstEntry->wLowerLimit = dwLimit & 0xFFFF;
    pstEntry->wLowerBaseAddress = dwBaseAddress & 0xFFFF;
    pstEntry->bUpperBaseAddress1 = ( dwBaseAddress >> 16 ) & 0xFF;
    pstEntry->bTypeAndLowerFlag = bLowerFlags | bType;
    pstEntry->bUpperLimitAndUpperFlag = ( ( dwLimit >> 16 ) & 0xFF ) | 
        bUpperFlags;
    pstEntry->bUpperBaseAddress2 = ( dwBaseAddress >> 24 ) & 0xFF;
}

//  16바이트 크기의 GDT 엔트리에 값을 설정
//  TSS 세그먼트 디스크립터를 설정하는데 사용
void kSetGDTEntry16( GDTENTRY16* pstEntry, QWORD qwBaseAddress, DWORD dwLimit,
        BYTE bUpperFlags, BYTE bLowerFlags, BYTE bType )
{
    pstEntry->wLowerLimit = dwLimit & 0xFFFF;
    pstEntry->wLowerBaseAddress = qwBaseAddress & 0xFFFF;
    pstEntry->bMiddleBaseAddress1 = ( qwBaseAddress >> 16 ) & 0xFF;
    pstEntry->bTypeAndLowerFlag = bLowerFlags | bType;
    pstEntry->bUpperLimitAndUpperFlag = ( ( dwLimit >> 16 ) & 0xFF ) | bUpperFlags;
    pstEntry->bMiddleBaseAddress2 = ( qwBaseAddress >> 24 ) & 0xFF;
    pstEntry->dwUpperBaseAddress = qwBaseAddress >> 32;
    pstEntry->dwReserved = 0;
}

2. TSS 세그먼트 초기화

TSS 세그먼트는 스택에 대한 필드와 I/O 맵에 대한 필드로 구성되어 있다.
mint64 OS는 I/O 맵을 사용하지 않으며, IST방식을 사용하므로 이에 맞춰 TSS 세그먼트 필드를 설정한다.
I/O 맵을 사용하지 않게 설정하는 방법
- I/O 맵 기준 주소를 TSS 세그먼트 디스크립터에서 설정한 Limit필드 값보다 크게 설정하면 된다.
- TSS 세그먼트 디스크립터에서는 TSSSEGMENT 자료구조의 크기만큼 Limit를 설정했으므로 그보다 큰 0xFFFF를 설정한다.
IDT 게이트 디스크립터의 IST 필드를 0이 아닌 값으로 설정하고, TSS 세그먼트의 해당 IST영역에 핸들러가 사용할 스택 어드레스를 설정한다.
(단, IST의 스택 어드레스는 반드시 16byte로 정렬된 위치에서 시작해야 하는 것을 알아야 한다.)
I/O 맵을 사용하지 않고 7 ~ 8MB 영역을 IST 1로 사용하도록, TSS 세그먼트를 초기화하는 코드이다.

void kInitializeTSSSegment( TSSSEGMENT* pstTSS ){
		kMemSet( pstTSS, 0, sizeof( TSSDATA ) );
		pstTSS -> qwIST[ 0 ] = 0x800000;
		pstTSS -> wIOMapBaseAddress = 0xFFFF;
}

3. GDT 테이블 교체와 TSS 세그먼트 로드

GDT 테이블 교체 방법은 LGDT 명령을 사용하여 GDT 정보를 수정하면 된다.
세그먼트 디스크립터의 오프셋은 기존 테이블과 같으므로 변경할 필요가 없다.
LTR 명령어를 사용하여 GDT 테이블 내의 TSS 세그먼트 인덱스인 0x18을 지정함으로써 TSS세그먼트를 프로세서에 설정할 수 있다.

LGDT와 LTR 명령어를 수행하는 어셈블리어 함수

; GDTR 레지스터에 GDT 테이블을 설정
;    PARAM: GDT 테이블의 정보를 저장하는 자료구조의 어드레스
kLoadGDTR:
		 lgdt  [ rdi ]     ; 파라미터 1(GDTR의 어드레스)를 프로세서에 로드하여
                       ; GDT 테이블을 설정
     ret

; TR 레지스터에 TSS 세그먼트 디스크립터 설정
;    PARAM: TSS 세그먼트 디스크립터의 오프셋
kLoadTR:
     ltr di            ; 파라미터 1(TSS 세그먼트 디스크립터의 오프셋)을 프로세서에
                       ; 설정하여 TSS 세그먼트를 로드
     ret

C함수 선언

void kLoadGDTR( QWORD qwGDTRAddress );
void kLoadTR ( WORD wTSSSegmentOffset );

DT 테이블을 갱신하고, TSS 세그먼트를 프로세서에 로드하는 코드

void Main ( void )
{
    ``` 생략 ```

		kInitializeGDTTableAndTSS( );
		kLoadGDTR( 0x142000 );
    kLoadTR ( 0x18 );

		``` 생략 ```
}

Ⅱ. IDT 테이블 생성, 인터럽트, 예외 핸들러 등록

1. IDT 테이블 생성

IDT 게이트 디스크립터로 구성된다.

// 조합에 사용할 기본 매크로
#define IDT_TYPE_INTERRUPT      0x0E
#define IDT_TYPE_TRAP           0x0F
#define IDT_FLAGS_DPL0          0x00
#define IDT_FLAGS_DPL1          0x20
#define IDT_FLAGS_DPL2          0x40
#define IDT_FLAGS_DPL3          0x60
#define IDT_FLAGS_P             0x80
#define IDT_FLAGS_IST0          0
#define IDT_FLAGS_IST1          1

// 실제로 사용할 매크로
#define IDT_FLAGS_KERNEL        ( IDT_FLAGS_DPL0 | IDT_FLAGS_P )
#define IDT_FLAGS_USER          ( IDT_FLAGS_DPL3 | IDT_FLAGS_P )

// 1바이트로 정렬
#pragma pack( push, 1 )

// IDT 게이트 디스크립터 구조체
typedef struct kIDTEntryStruct
{
    WORD wLowerBaseAddress;
    WORD wSegmentSelector;
    // 3비트 IST, 5비트 0
    BYTE bIST;
    // 4비트 Type, 1비트 0, 2비트 DPL, 1비트 P
    BYTE bTypeAndFlags;
    WORD wMiddleBaseAddress;
    DWORD dwUpperBaseAddress;
    DWORD dwReserved;
} IDTENTRY;

#pragma pack ( pop )

IDT 게이트 디스크립터를 생성하는 코드

kSetGDTEntry16( ) 함수와 마찬가지로, 16byte로 구성된 자료구조에 값을 설정한다.
kSetIDTEntry( ) 함수는 파라미터로 넘겨진 값을 자료구조로 채워주는 역할만 한다.

void kSetIDTEntry( IDTENTRY* pstEntry, void* pvHandler, WORD wSelector, 
        BYTE bIST, BYTE bFlags, BYTE bType )
{
    pstEntry->wLowerBaseAddress = ( QWORD ) pvHandler & 0xFFFF;
    pstEntry->wSegmentSelector = wSelector;
    pstEntry->bIST = bIST & 0x3;
    pstEntry->bTypeAndFlags = bType | bFlags;
    pstEntry->wMiddleBaseAddress = ( ( QWORD ) pvHandler >> 16 ) & 0xFFFF;
    pstEntry->dwUpperBaseAddress = ( QWORD ) pvHandler >> 32;
    pstEntry->dwReserved = 0;
}

IDT 테이블을 생성하는 코드와 임시 핸들러 코드
- kDummyHandler( ) 함수는 테스트를 위해, 화면에 메시지를 출력하고 정지하게 해서 인터럽트 또는 예외 발생 시 쉽게 확인할 수 있도록 하였다.

//  IDT 테이블을 초기화
void kInitializeIDTTables( void )
{
    IDTR* pstIDTR;
    IDTENTRY* pstEntry;
    int i;
        
    // IDTR의 시작 어드레스
    pstIDTR = ( IDTR* ) 0x1420A0;
    // IDT 테이블의 정보 생성
    pstEntry = ( IDTENTRY* ) ( 0x1420A0 + sizeof( IDTR ) );
    pstIDTR->qwBaseAddress = ( QWORD ) pstEntry;
    pstIDTR->wLimit = 100 * sizeof( IDTENTRY ) - 1;
    
    // 0~99까지 벡터를 모두 DummyHandler로 연결
    for( i = 0 ; i < 100 ; i++ )
    {
        kSetIDTEntry( &( pstEntry[ i ] ), kDummyHandler, 0x08, IDT_FLAGS_IST1, 
            IDT_FLAGS_KERNEL, IDT_TYPE_INTERRUPT );
    }
}

//  임시 예외 또는 인터럽트 핸들러
void kDummyHandler( void )
{
    kPrintString( 0, 0, "====================================================" );
    kPrintString( 0, 1, "          Dummy Interrupt Handler Execute~!!!       " );
    kPrintString( 0, 2, "           Interrupt or Exception Occur~!!!!        " );
    kPrintString( 0, 3, "====================================================" );

    while( 1 ) ;
}

2. IDT 테이블 로드

LIDT 명령어를 수행하는 어셈블리어 함수와 C 함수 선언 코드

; IDTR 레지스터에 IDT 테이블을 설정
;    PARAM: IDT 테이블의 정보를 저장하는 자료구조의 어드레스
kLoadIDTR:
		 lidt [ rdi ]   ; 파라미터 1(IDTR의 어드레스)를 프로세서에 로드하여, IDT 테이블을 설정
     ret

// C 함수 선언
void kLoadIDTR( QWORD qwIDTRAddress );

함수를 통해, IDT 테이블을 생성하고 로드하는 코드

void Main ( void )
{
	``` 생략 ```
    kInitializeIDTTables( );
    kLoadIDTR( 0x1420A0 );
    
    ``` 생략 ```
}

Ⅲ. IDT, TSS 통합과 빌드

'MINT64 OS 개발' 카테고리의 다른 글

14장. 키보드 디바이스 드라이버 업그레이드 (0)	2023.07.21
13장. PIC 컨트롤러와 인터럽트 핸들러 이용해, 인터럽트 처리 (0)	2023.07.21
11장. 키보드 디바이스 드라이버 추가 (0)	2023.07.20
10장. 64비트 모드로 전환 (0)	2023.07.20
9장. 페이징 기능을 활성화하여, 64비트 전환 준비 (0)	2023.07.20

d0bbyG

12장. GDT, IDT 테이블, TSS 세그먼트를 추가해 인터럽트에 대비하자

Ⅰ. GDT 테이블 교환과 TSS 세그먼트 디스크립터 추가

Ⅱ. IDT 테이블 생성, 인터럽트, 예외 핸들러 등록

Ⅲ. IDT, TSS 통합과 빌드

'MINT64 OS 개발' 카테고리의 다른 글

티스토리툴바

12장. GDT, IDT 테이블, TSS 세그먼트를 추가해 인터럽트에 대비하자

Ⅰ. GDT 테이블 교환과 TSS 세그먼트 디스크립터 추가

Ⅱ. IDT 테이블 생성, 인터럽트, 예외 핸들러 등록

Ⅲ. IDT, TSS 통합과 빌드

'MINT64 OS 개발' 카테고리의 다른 글

'MINT64 OS 개발' Related Articles

티스토리툴바