從零構建軟盤鏡像工具：啟動扇區寫入與迷你 OS 內核實驗

為深入理解 x86 計算機啟動流程，作者自行開發 Windows 下的軟盤鏡像生成與寫入工具，並配合 NASM 編譯的引導扇區代碼，在 VMware 中成功跑起一個能在螢幕顯示 "Hello, OS world!" 的迷你作業系統原型。

工具原理與介面

核心流程：讀取源檔案 → 按軟盤扇區格式 (512 bytes/sector) 生成 .img 鏡像 → 以扇區為單位寫入軟盤 A:。介面提供三大功能：生成鏡像、寫入軟盤、引導扇區裁剪。

關鍵代碼解析

生成鏡像 (FuncGenImageFile)

• 建立輸出檔，依序讀取列表中源檔案寫入
• 第 0 扇區 (引導扇區) 特殊處理：強制補齊 512 字節，尾部植入 0x55AA 簽名
• 其餘檔案按實際大小寫入，選項控制是否以零填充至 1.44MB 標準軟盤容量

寫入軟盤 (FuncWriteFlopy)

• 以 CreateFile("\\\\.\\A:") 獨佔打開軟驅
• 分塊讀取 .img 並以 WriteFile 逐扇區寫入 (共 80軌×18扇區×2面=2880扇區)
• 支援提前結束（鏡像小於滿盤）或強制寫滿模式

迷你 OS 開發實錄

PC 啟動鐵律

1. POST 自檢 → BIOS 引導程式將 0 磁道 0 扇區 (MBR) 載入 0x7C00
2. 若尾兩字節為 55 AA，CPU 跳轉至 CS:IP = 0x07C0:0x0000 執行

工具鏈選擇：NASM

TASM 編譯的引導碼去除 DOS 頭後無法運行，改用 NASM (nasm boot.asm -o boot.bin) 即解決。

引導扇區代碼 (boot.asm)

org 07c00h
mov ax, cs; mov ds, ax; mov es, ax
call DispStr
jmp $
DispStr:
  mov ax, BootMessage; mov bp, ax
  mov cx, 16; mov ax, 01301h; mov bx, 000ch; mov dl, 0
  int 10h; ret
BootMessage: db " Hello, OS world!"
times 510-($-$$) db 0
dw 0aa55h

關鍵點：org 07c00h 指定載入地址，int 10h/ah=13h 顯示字串，times 填充至 510 字節，dw 0aa55h 植入啟動簽名（注意小端序存儲為 55 AA）。

運行驗證與擴展方向

按工具流程將 boot.bin 生成鏡像並寫入軟盤 (或 VMware 虛擬軟盤)，重啟選擇軟盤啟動即見成果。後續可擴展：硬盤扇區讀取、中斷向量替換、文件系統實現、保護模式切換等，推薦參考 oldlinux.org 進階教程。