Не работает таблица прерываний(IDT). Что делать?

Question

[232321fdsa]

Всем привет, я пишу свою ОС и у меня возникла проблема при написании таблицы прерываний(IDT). Я когда намеренно вызываю прерывание оно почему то не обрабатывается.
Вот мой IDT.h файл

#pragma once

#ifndef _IDT_

#include "stdint.h"

#define IDT_SIZE 256

namespace SimpleOS {

    class IDT {

        struct IDTSlot;
        struct IDTPtr;

        static IDTSlot idt[IDT_SIZE];
        static IDTPtr idt_ptr;

    public:

        static void init_idt();

    private:
        
        static void dividing_by_zero();

    private:

        static void set_in_idt_slot(int pos, uint32_t base, uint16_t sel, uint8_t flags);

        static void load_idt();

        struct IDTSlot {
            uint16_t offset_first;
            uint16_t selector;
            uint8_t zero;
            uint8_t type_attr;
            uint16_t offset_second;
        };

        struct IDTPtr {
            uint16_t limit;
            uint32_t base;
        };
    };
}

#endif // _IDT_

и вот мой IDT.cpp файл

#include "IDT/IDT.h"
#include "terminal/terminal.h"

using namespace SimpleOS;

void IDT::init_idt() {

    set_in_idt_slot(0, (uint32_t)dividing_by_zero, 0x08, 0x8E); // 0x08, 0x8E

    load_idt();

    __asm__ __volatile__("sti");
}

void IDT::set_in_idt_slot(int pos, uint32_t base, uint16_t sel, uint8_t flags) {
    idt[pos].offset_first = base & 0xFFFF;
    idt[pos].selector = sel;
    idt[pos].zero = 0;
    idt[pos].type_attr = flags;
    idt[pos].offset_second = (base >> 16) & 0xFFFF;
}

void IDT::load_idt() {
    idt_ptr.limit = (sizeof(IDTSlot) * IDT_SIZE) - 1;
    idt_ptr.base = (uint32_t)&idt;
    __asm__ __volatile__("lidt (%0)" : : "r" (&idt_ptr));
}

void IDT::dividing_by_zero() {
    Terminal::print("Failed operation dividing by zero");
    __asm__ __volatile__("cli; iret");
}

IDT::IDTSlot IDT::idt[IDT_SIZE];
IDT::IDTPtr IDT::idt_ptr;

и в kernel.cpp я вызываю намеренное прерывание

#include "terminal/terminal.h"
#include "IDT/IDT.h"

using namespace SimpleOS;

extern "C" void kernel_main(void) {
	IDT::init_idt();

    __asm__ __volatile__("int $0");
}

но оно почему то не обрабатывается.
В чем может быть проблема?

Answer 1

[jcmvbkbc]

В чем может быть проблема?

Проблема может быть в чём угодно, чтобы сказать точнее нужен полный собирающийся код.

Вот эта структура:

struct IDTPtr {
    uint16_t limit;
    uint32_t base;
};

должна быть определена с атрибутом packed, иначе компилятор вставляет паддинг для выравнивания поля base на границу uint32_t, из-за чего в IDT загружается неверный адрес.

Ну и, вдобавок, нельзя делать iret из середины с++-функции, потому что компилятор организовал в ней кадр стека и вместо возврата iret снимает и интерпретирует мусор из этого кадра:

001000e6 <SimpleOS::IDT::dividing_by_zero()>:
  1000e6:       55                      push   %ebp
  1000e7:       89 e5                   mov    %esp,%ebp
  1000e9:       53                      push   %ebx
  1000ea:       83 ec 04                sub    $0x4,%esp
  1000ed:       e8 15 01 00 00          call   100207 <__x86.get_pc_thunk.ax>
  1000f2:       05 06 11 00 00          add    $0x1106,%eax
  1000f7:       83 ec 0c                sub    $0xc,%esp
  1000fa:       8d 90 08 fe ff ff       lea    -0x1f8(%eax),%edx
  100100:       52                      push   %edx
  100101:       89 c3                   mov    %eax,%ebx
  100103:       e8 4c 00 00 00          call   100154 <SimpleOS::Terminal::print(char const*)>
  100108:       83 c4 10                add    $0x10,%esp
  10010b:       fa                      cli
  10010c:       cf                      iret
  10010d:       90                      nop
  10010e:       8b 5d fc                mov    -0x4(%ebp),%ebx
  100111:       c9                      leave
  100112:       c3                      ret

Comments

[232321fdsa]

Под словом "полный собирающийся код" вы имеете ввиду Makefile? Если да то вот он

TARGET = SimpleOS
AC = i686-elf-as
LC = i686-elf-gcc
CPPC = i686-elf-g++

CPPSRC = $(wildcard src/**/*.cpp)
CPPOBJ = $(patsubst %.cpp, %.o, $(CPPSRC))

ASRC = $(wildcard *.s)
AOBJ = $(patsubst %.s, %.o, $(ASRC))

$(TARGET) : $(CPPOBJ) $(AOBJ)
	$(LC) -T linker.ld -o iso/boot/$(TARGET).bin -ffreestanding -O2 -nostdlib $(AOBJ) $(CPPOBJ) -lgcc

%.o : %.s
	$(AC) $< -o $@

%.o : %.cpp 
	$(CPPC) -c $< -o $@ -Iinclude -ffreestanding -O0 -Wall -Wextra -fno-exceptions -fno-rtti

clean :
	del $(TARGET) *.o

[jcmvbkbc]

232321fdsa, я имею в виду полный код который можно собрать, включая все эти *.s, *.cpp, *.h и linker.ld. Типа того.

[232321fdsa]

jcmvbkbc, Хорошо держите
IDT.h

#pragma once

#ifndef _IDT_

#include "stdint.h"

#define IDT_SIZE 256

namespace SimpleOS {

    class IDT {

        struct IDTSlot;
        struct IDTPtr;

        static IDTSlot idt[IDT_SIZE];
        static IDTPtr idt_ptr;

    public:

        static void init_idt();

    private:
        
        static void dividing_by_zero();

    private:

        static void set_in_idt_slot(int pos, uint32_t base, uint16_t sel, uint8_t flags);

        static void load_idt();

        struct IDTSlot {
            uint16_t offset_first;
            uint16_t selector;
            uint8_t zero;
            uint8_t type_attr;
            uint16_t offset_second;
        };

        struct IDTPtr {
            uint16_t limit;
            uint32_t base;
        };
    };
}

#endif // _IDT_

IDT.cpp

#include "IDT/IDT.h"
#include "terminal/terminal.h"

using namespace SimpleOS;

void IDT::init_idt() {

    set_in_idt_slot(0, (uint32_t)dividing_by_zero, 0x08, 0x8E); // 0x08, 0x8E

    load_idt();

    __asm__ __volatile__("sti");
}

void IDT::set_in_idt_slot(int pos, uint32_t base, uint16_t sel, uint8_t flags) {
    idt[pos].offset_first = base & 0xFFFF;
    idt[pos].selector = sel;
    idt[pos].zero = 0;
    idt[pos].type_attr = flags;
    idt[pos].offset_second = (base >> 16) & 0xFFFF;
}

void IDT::load_idt() {
    idt_ptr.limit = (sizeof(IDTSlot) * IDT_SIZE) - 1;
    idt_ptr.base = (uint32_t)&idt;
    __asm__ __volatile__("lidt (%0)" : : "r" (&idt_ptr));
}

void IDT::dividing_by_zero() {
    Terminal::print("Failed operation dividing by zero");
    __asm__ __volatile__("cli; iret");
}

IDT::IDTSlot IDT::idt[IDT_SIZE];
IDT::IDTPtr IDT::idt_ptr;

terminal.h

#pragma once

#ifndef _TERMINAL_

#include "utils/typedef.h"
#include <stdint.h>
#include <stddef.h>

#define VIDEO_MEMORY_ADDRESS 0xB8000

namespace SimpleOS {

	class Terminal {

		static size_t pos;
	public:

		static void print(cstr msg);

		static void print(char c, size_t pos);

		static void print(char c);
	};
}

#endif // _TERMINAL_

terminal.cpp

#include "terminal/terminal.h"

using namespace SimpleOS;

void Terminal::print(cstr msg) {
	while (*msg) {
		print(*msg);
		++msg;
	}
}

void Terminal::print(char c, size_t pos) {
	char* buffer = (char*)VIDEO_MEMORY_ADDRESS;
	buffer[pos * 2] = c;
	buffer[pos * 2 + 1] = 0x07;
}

void Terminal::print(char c) {
	print(c, pos++);
}

size_t Terminal::pos = 0;

typedef.h

#pragma once

#ifndef _TYPEDEF_

namespace SimpleOS {
	using str = char*;
	using cstr = const char*;
}

#endif // _TYPEDEF_

kernel.cpp

#include "terminal/terminal.h"
#include "IDT/IDT.h"

using namespace SimpleOS;

extern "C" void kernel_main(void) {
	IDT::init_idt();

    __asm__ __volatile__("int $0");
}

linker.ld

ENTRY(_start)

SECTIONS
{
    . = 1M;

    .text BLOCK(4K) : ALIGN(4K)
    {
        KEEP(*(.multiboot))
        *(.text)
    }

    .rodata BLOCK(4K) : ALIGN(4K)
    {
        *(.rodata)
    }

    .data BLOCK(4K) : ALIGN(4K)
    {
        *(.data)
    }

    .bss BLOCK(4K) : ALIGN(4K)
    {
        *(COMMON)
        *(.bss)
    }
}

boot.s

.set ALIGN,    1<<0            
.set MEMINFO,  1<<1            
.set FLAGS,    ALIGN | MEMINFO
.set MAGIC,    0x1BADB002     
.set CHECKSUM, -(MAGIC + FLAGS)

.section .multiboot
.align 4
.long MAGIC   
.long FLAGS
.long CHECKSUM

.section .bss
.align 16
stack_bottom:
.skip 16384
stack_top:

.section .text
.global _start
.type _start, function
_start:
    mov $stack_top, %esp
    call kernel_main

    cli
1:  hlt
    jmp 1b

.size _start, . - _start

[jcmvbkbc]

232321fdsa, ок, вот эта структура:

struct IDTPtr {
            uint16_t limit;
            uint32_t base;
        };

должна быть определена с атрибутом packed, иначе компилятор вставляет паддинг для выравнивания поля base на границу uint32_t, из-за чего в IDT загружается неверный адрес.

[232321fdsa]

jcmvbkbc, я думал это решит проблему, но не помогло(

struct IDTSlot {
    uint16_t offset_first;
    uint16_t selector;
    uint8_t zero;
    uint8_t type_attr;
    uint16_t offset_second;
} __attribute__((packed));

struct IDTPtr {
    uint16_t limit;
    uint32_t base;
} __attribute__((packed));

[jcmvbkbc]

ну и, вдобавок, нельзя делать iret из середины с++-функции, потому что компилятор организовал в ней кадр стека и вместо возврата iret снимает и интерпретирует мусор из этого кадра:

001000e6 <SimpleOS::IDT::dividing_by_zero()>:
  1000e6:       55                      push   %ebp
  1000e7:       89 e5                   mov    %esp,%ebp
  1000e9:       53                      push   %ebx
  1000ea:       83 ec 04                sub    $0x4,%esp
  1000ed:       e8 15 01 00 00          call   100207 <__x86.get_pc_thunk.ax>
  1000f2:       05 06 11 00 00          add    $0x1106,%eax
  1000f7:       83 ec 0c                sub    $0xc,%esp
  1000fa:       8d 90 08 fe ff ff       lea    -0x1f8(%eax),%edx
  100100:       52                      push   %edx
  100101:       89 c3                   mov    %eax,%ebx
  100103:       e8 4c 00 00 00          call   100154 <SimpleOS::Terminal::print(char const*)>
  100108:       83 c4 10                add    $0x10,%esp
  10010b:       fa                      cli
  10010c:       cf                      iret
  10010d:       90                      nop
  10010e:       8b 5d fc                mov    -0x4(%ebp),%ebx
  100111:       c9                      leave
  100112:       c3                      ret

[jcmvbkbc]

я думал это решит проблему, но не помогло(

232321fdsa, это решает проблему с тем, что ты не попадаешь в dividing_by_zero. Код надо перестроить, твой Makefile с этим не очень хорошо справляется.
Проблема с тем, что из dividing_by_zero не удаётся вернуться -- это уже другая проблема.

[232321fdsa]

jcmvbkbc, а то есть у меня обработалось, но оно не может выйти из dividing_by_zero. И как это можно решить?

[jcmvbkbc]

как это можно решить?

232321fdsa, проще всего -- ассемблерной обёрткой, которая сохранит все регистры, вызовет dividing_by_zero, восстановит все регистры и сделает iret.