[Перевод] Загрузочный CD и ретро-игра в одном твите
Несколько лет назад я создал загрузочную дискету и ретро-игру, которые помещались в один твит. С тех пор Twitter удвоил длину твитов, поэтому я решил создать загрузочный компакт-диск. Он работает под управлением немного улучшенной версии tron.
perl -E 'say"A"x46422,"BDRDAwMQFFTCBUT1JJVE8gU1BFQ0lGSUNBVElPTg","A"x54,"Ew","A"x2634,"/0NEMDAxAQ","A"x2721,"BAAAAYQ","A"x30,"SVVVqogAAAAAAAEAF","A"x2676,"LMBaACgB76gfbgTAM0Qv8D4uYAI86qqgcc+AXP45GA8SHIRPFB3DTeYSEhyBSwCa8CwicMB3rSG/sHNFbRFJjAke9rrwQ","A"x2638'|base64 -D>cd.iso
Код в твите создаёт загрузочный образ диска CD-ROM: cd.iso. Вы можете загрузить код в qemu или свою любимую виртуальную машину — и играть с помощью клавиш со стрелками. Вы даже можете записать iso на CD-R и загрузиться на реальном компьютере.
Чтобы создать вручную образ CD, сначала нужно получить базовое представление об ISO 9660. К сожалению, документы со стандартами ISO обычно дорого стоят. Однако ISO 9660 совпадает с ECMA 119, так что спецификации можно прочитать бесплатно.
У ISO 9660 множество расширений, таких как UDF, El Torito, RockRidge, Joliet и др. Для загрузочных образов нам важен только El Torito. Спецификация El Torito, на мой взгляд, плохо написана. Там есть ошибки (например, последняя строка в таблице 7), легко забыть, что значения шестнадцатеричные (не указаны префиксы 0x), цифры не отсортированы в интуитивном порядке и т.д. К счастью, документ совсем небольшой.
Чтобы создать загрузочный диск, начинаем с записи 17 пустых секторов, за которыми следует набор дескрипторов томов (Volume Descriptor Set). Каждый сектор 2048 байт.
Примечание. Спецификация ISO-9660 говорит, что Volume Descriptor Set начинается с сектора 16. Спецификация El Torito требует начало загрузочной записи в секторе 17. Технически, следует поместить фиктивный дескриптор тома в сектор 16, но и без него всё нормально работает.
Пишем первый дескриптор тома:
0x00 // Type (0 = boot record)
'CD001' // Identifier
0x01 // Version
'EL TORITO SPECIFICATION' // Boot System Identifier
9 x 0x00 // Padding
32 x 0x00 // Unused
0x13 0x00 0x00 0x00 // Boot Catalog address (in absolute sectors)
1973 x 0x00 // Unused
В следующем секторе размещается Volume Descriptor Set Terminator:
0xff // Type (255 = terminator)
'CD001' // Identifier
0x01 // Version
2041 x 0x00 // Unused
За дескрипторами томов следует загрузочный каталог (Boot Catalog). El Torito поддерживает разные режимы эмуляции. CD-ROM может эмулировать загрузочную дискету, загрузочный HDD и т.д. Я не устанавливал эмуляцию, то есть BIOS загрузит определённое количество секторов — и возьмёт наш загрузчик.
Контрольная сумма вычисляется так, что все 16-битные значения в записи суммируются до 0 (mod 65536).
Первая запись в загрузочном каталоге (проверочная запись):
0x01 // Header ID
0x00 // Platform ID (0 = Intel x86)
0x00 0x00 // Reserved
'a' // ID string
23 x 0x00 // Padding
cksum cksum // Checksum (2 bytes)
0x55 0xaa // Key bytes
Вторая запись (дефолтная):
0x88 // Boot Indicator (0x88 = bootable)
0x00 // Boot Media Type (0 = no emulation)
0x00 0x00 // Load segment
0x00 // System Type
0x00 // Unused
0x01 0x00 // Number of sectors to load
0x14 0x00 0x00 0x00 // Virtual disk address (in absolute sectors)
20 x 0x00 // Unused
Потом нули до конца сектора:
1984 x 0x00 // Unused
Следующий сектор — наш загрузчик и ретро-игра:
; to compile:
; nasm bootloader.asm -o bootloader.img
[bits 16] ; Pragma, tells the assembler that we
; are in 16 bit mode (which is the state
; of x86 when booting from a floppy).
[org 0x7C00] ; Pragma, tell the assembler where the
; code will be loaded.
mov bl, 1; Starting direction for the worm.
push 0xa000; Load address of VRAM into es.
pop es
restart_game:
mov si, 320×100+160; worm’s starting position, center of
; screen
; Set video mode. Mode 13h is VGA (1 byte per pixel with the actual
; color stored in a palette), 320×200 total size.
mov ax, 0×0013
int 0×10
; Draw borders. We assume the default palette will work for us.
; We also assume that starting at the bottom and drawing 2176 pixels
; wraps around and ends up drawing the top + bottom borders.
mov di, 320×199
mov cx, 2176
rep
draw_loop:
stosb; draw right border
stosb; draw left border
add di, 318
jnc draw_loop; notice the jump in the middle of the
; rep stosb instruction.
game_loop:
; We read the keyboard input from port 0×60. This also reads bytes from
; the mouse, so we need to only handle [up (0×48), left (0×4b),
; right (0×4d), down (0×50)]
in al, 0×60
cmp al, 0×48
jb kb_handle_end
cmp al, 0×50
ja kb_handle_end
; At the end bx contains offset displacement (+1, -1, +320, -320)
; based on pressed/released keypad key. I bet there are a few bytes
; to shave around here given the bounds check above.
aaa
cbw
dec ax
dec ax
jc kb_handle
sub al, 2
imul ax, ax, byte -0×50
kb_handle:
mov bx, ax
kb_handle_end:
add si, bx
; The original code used set pallete command (10h/0bh) to wait for
; the vertical retrace. Today’s computers are however too fast, so
; we use int 15h 86h instead. This also shaves a few bytes.
; Note: you’ll have to tweak cx+dx if you are running this on a virtual
; machine vs real hardware. Casual testing seems to show that virtual machines
; wait ~3–4x longer than physical hardware.
mov ah, 0×86
inc cl
int 0×15
; Draw worm and check for collision with parity
; (even parity=collision).
xor [es: si], ah
; Go back to the main game loop.
jpo game_loop
; We hit a wall or the worm. Restart the game.
jmp restart_game
TIMES 2048 — ($ — $$) db 0; Fill the rest of the sector with 0
Затем я написал скрипт для компиляции загрузчика, сборки образа и генерации твита. Наконец, я прожёг CD и проверил, что всё работает на реальном оборудовании.
