# 64비트 모드용 BIOS 부트로더 작성

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- GeekNews HTML: [https://news.hada.io/topic?id=15858](https://news.hada.io/topic?id=15858)
- GeekNews Markdown: [https://news.hada.io/topic/15858.md](https://news.hada.io/topic/15858.md)
- Type: GN+
- Author: [neo](https://news.hada.io/@neo)
- Published: 2024-07-16T09:45:55+09:00
- Updated: 2024-07-16T09:45:55+09:00
- Original source: [thasso.xyz](https://thasso.xyz/2024/07/13/setting-up-an-x86-cpu.html)
- Points: 1
- Comments: 1

## Topic Body

- 사람들은 복잡한 것과 단순히 복잡한 것을 구분함. 복잡성은 흥미롭다고 여겨지지만, 복잡함은 해롭다고 여겨짐. x86_64 CPU 설정 과정은 대부분 복잡함.
- BIOS에 의해 로드된 부트 섹터에서 CPU를 16비트 실모드에서 64비트 롱모드로 설정하는 방법을 설명함. 이 설정은 기본적인 것이며, 더 많은 작업이 필요함.
- Intel 64 및 IA-32 아키텍처 소프트웨어 개발자 매뉴얼, 어셈블러(nasm 사용), QEMU가 필요함. x86 어셈블리와 nasm 문법을 알고 있어야 함.

### 시작점: BIOS
- 리셋 후 x86 CPU는 "실모드"에 있음. 이 모드는 16비트 기본 피연산자 크기를 가짐. 세그먼테이션을 사용하여 1MB 메모리를 주소 지정할 수 있음.
- BIOS 후 첫 번째 실행 코드는 부트 섹터에 있음. BIOS는 시스템에서 `0xaa55`로 끝나는 첫 번째 섹터를 찾고, 해당 부트 섹터를 메모리 주소 `0x7c00`에 로드함.
- BIOS는 512바이트를 제공하며, 이를 사용하여 부트로더의 나머지 부분을 부트스트랩해야 함.

### 부트 섹터 설정
- 간단한 부트 섹터를 설정하여 BIOS 루틴을 사용해 화면에 메시지를 출력하고 멈추게 함. 이를 통해 도구가 작동하는지 확인할 수 있음.
- 어셈블리 코드와 Makefile을 사용하여 부트 섹터를 설정함.

### 1단계 – 디스크에서 2단계 로드
- 부트로더를 두 단계로 나눌 수 있음. 1단계는 부트 섹터의 코드로, BIOS가 로드하는 모든 것임. 1단계의 유일한 목적은 2단계를 메모리에 로드하는 것임.
- 2단계에서는 16비트 실모드에서 32비트 보호 모드로 전환함. 보호 모드에서는 BIOS 루틴을 사용할 수 없음. 디스크에서 섹터를 로드하는 것은 훨씬 더 복잡해짐.
- BIOS를 사용하여 디스크에 접근하는 방법을 설명함.

### 32비트 보호 모드
- CPU를 실모드(16비트)에서 보호 모드(32비트)로 전환함. 보호 모드에서는 세그먼테이션을 사용하여 메모리 보호를 구현함.
- 보호 모드로 전환하기 전에 글로벌 디스크립터 테이블(GDT)을 정의해야 함. GDT는 메모리에 연속적인 구조로 정의됨.
- GDT를 정의하고 보호 모드로 전환하는 방법을 설명함.

### 64비트 롱모드
- 롱모드로 전환하기 전에 CPU는 보호 모드에 있어야 하며 페이징이 활성화되어야 함. 보호 모드는 이미 설정되었으나 페이징이 필요함.
- 페이징은 세그먼테이션을 대체하여 가상 주소 공간, 권한 등을 관리함. 롱모드 전환을 위한 페이지 테이블을 생성하는 방법을 설명함.
- 롱모드 전환을 위한 GDT를 정의하고, 보호 모드에서 롱모드로 전환하는 방법을 설명함.

### GN⁺의 정리
- 이 글은 x86_64 CPU를 16비트 실모드에서 64비트 롱모드로 설정하는 과정을 자세히 설명함. 이를 통해 부트로더와 운영체제 커널 개발에 대한 이해를 높일 수 있음.
- BIOS, 부트 섹터, 보호 모드, 롱모드 등 다양한 개념을 다루며, 각 단계별로 필요한 어셈블리 코드와 설정 방법을 제공함.
- 이 글은 운영체제 개발에 관심 있는 사람들에게 유용하며, 특히 x86 아키텍처에 대한 깊은 이해를 제공함. 비슷한 기능을 가진 프로젝트로는 "Writing a Simple Operating System – from Scratch"가 있음.

## Comments



### Comment 27293

- Author: neo
- Created: 2024-07-16T09:45:55+09:00
- Points: 1

###### [Hacker News 의견](https://news.ycombinator.com/item?id=40959742) 
- 직접 보호 모드로 전환하지 않고도 긴 모드로 전환할 수 있는 방법이 있음
  - 부트섹터에 작은 64비트 커널을 로드하는 부트로더를 만들었음
  - 디스크에서 커널을 로드하고 VESA 모드를 설정하는 과정 포함
- 80286은 16비트 레지스터인 MSW를 가지고 있고, 80386은 이를 32비트 CR0로 확장했음
  - 64비트 긴 모드는 EFER MSR을 추가하고 CR0를 64비트로 확장했음
  - 현재 CR0의 11비트와 EFER의 8비트만 사용 중임
  - 왜 Intel/AMD가 기존 레지스터의 빈 비트를 사용하지 않았는지 궁금함
- 이 글에서 가장 불필요하게 복잡한 부분은 Makefile과 링커 스크립트임
  - NASM은 평면 바이너리 출력을 생성할 수 있지만, 이를 사용하는 것이 너무 "해킹적"이라고 생각하는 듯함
- CPU를 올바른 모드로 전환하기 위해 필요한 모든 단계가 불필요하게 복잡함
  - 모두 하위 호환성을 위해 필요한 단계로 보임
  - Intel이 처음부터 올바른 모드로 시작할 수 있는 플래그나 명령을 제공할 수 있었을 것임
  - 또는 모든 하위 호환성을 제거할 수 있었음
  - ARM64도 비슷한 문제가 있는지 연구한 기억이 있음
  - 처음부터 64비트로 설계된 CPU가 있는지 궁금함
  - Itanium의 목표/설계가 그런 것이었을 것임
- 새로운 부트로더 접근 방식을 만든 이유를 이해하지 못하는 UEFI 지지자들이 있을 수 있음
  - 글쓴이가 말하듯이, "여기까지 왔다면 멋진 일임"
- UEFI가 얼마나 오래되었는지 궁금함
  - 긴 모드와 함께 BIOS를 폐기하지 않은 것이 아쉬움
- 이 부트 절차가 EFI/UEFI와 호환되는지 궁금함
  - UEFI 감독자가 실제 하드웨어에서 실모드/보호모드/긴 모드를 에뮬레이트하는지 궁금함
- ARM에서 이 과정이 더 간단한지 궁금함