はりぼて OS で ELF バイナリのアプリを起動したい！

ソースコード https://github.com/osdev-jp/elf_haribote

変更したところメモ

haribote/ipl09.nas
- 読み込むシリンダ数を 11 シリンダくらいに増やす
- harib27f 時点でのアプリ数が結構ぎりぎりなので、9 シリンダのままだと ELF バイナリをディスク末尾に追加すると途中までしか読み込まれなかったりする。
haribote/elf.h,c
- ELF バイナリを解析するのに必要な型定義など
haribote/console.c
- OS 本体の変更点で最も本質的な部分
- .hrb アプリの起動処理の横に、.elf アプリの起動処理を付け足す。
- API は大部分はそのまま動くが、EDX == 8, 9, 10 の処理（malloc 関連の処理）は .hrb のヘッダに依存しているので、場合分けして .elf にも対応させる必要もある。（hrb_api 関数）
apilib/Makefile
- apilib.lib を ELF に変換する
- もともと apilib.lib は COFF 形式のオブジェクトファイルの集まり。
- objcopy -I coff-i386 apilib.lib -O elf32-i386 libapi.a
app_make_elf.txt
- app_make.txt を参考にして新規作成（詳しくは後述）
- i386-elf をターゲットにビルドした GCC と LD を使うのがポイント。
haribote_elf.lds
- .elf アプリの生成に使うリンカスクリプト
- .text, .data, .bss セクションに加えて .stack, .malloc セクションを生成。
elines/elines.c
- もともとの lines アプリをディレクトリごとコピペし、ファイル名を変更したもの
elines/Makefile
- もともとの Makefile のコピー
- しかし、ELF バイナリでは Makefile 中の STACK と MALLOC は使われないので、2 行を削除しても良い。
elines/ld_variables.lds
- Makefile にあった STACK と MALLOC の定義はこちらへ。

app_make_elf.txt

ELF バイナリの生成には、i386-elf をターゲットにビルドした GCC (+ LD) が必要。

「自作エミュレータで学ぶx86アーキテクチャ」の開発ツールセット tolset_p86 に含まれるビルド済み GCC を使うのがお手軽。次に示す app_make_elf.txt は、tolset_p86 を tolset_h と同じ階層に展開してある前提のスクリプトになっている。

TOOLPATH = ../../z_tools/
INCPATH  = ../../z_tools/haribote/
APILIBPATH   = ../apilib/
HARIBOTEPATH = ../haribote/

TOOLPATH86 = ../../../tolset_p86/z_tools/
ELFGCCPATH = $(TOOLPATH86)i386-elf-gcc/bin/
export PATH:=$(subst /,\,$(TOOLPATH86));$(ELFGCCPATH);$(PATH)

MAKE     = $(TOOLPATH)make.exe -r
MAKEFONT = $(TOOLPATH)makefont.exe
EDIMG    = $(TOOLPATH)edimg.exe
IMGTOL   = $(TOOLPATH)imgtol.com
GOLIB    = $(TOOLPATH)golib00.exe 
COPY     = copy
DEL      = del

NASM     = #(TOOLPATH86)nasm.exe
CC       = $(ELFGCCPATH)i386-elf-gcc-4.9.2.exe -I$(INCPATH) -I../ -Os -Wall -fleading-underscore -fno-unwind-tables -fno-asynchronous-unwind-tables
LD       = $(ELFGCCPATH)ld.exe -L$(APILIBPATH) --nmagic
LDSCRIPT = ../haribote_elf.lds


# デフォルト動作

default :
	$(MAKE) $(APP).elf

# ファイル生成規則

$(APP).elf : $(APP).o $(APILIBPATH)libapi.a Makefile $(LDSCRIPT) ld_variables.lds ../app_make_elf.txt
	$(LD) -T$(LDSCRIPT) -o $(APP).elf $(APP).o -lapi

haribote.img : ../haribote/ipl11.bin ../haribote/haribote.sys $(APP).elf \
		Makefile ../app_make.txt
	$(EDIMG)   imgin:../../z_tools/fdimg0at.tek \
		wbinimg src:../haribote/ipl11.bin len:512 from:0 to:0 \
		copy from:../haribote/haribote.sys to:@: \
		copy from:$(APP).elf to:@: \
		copy from:../nihongo/nihongo.fnt to:@: \
		imgout:haribote.img

# 一般規則

%.o : %.c ../apilib.h Makefile ../app_make_elf.txt
	$(CC) -c -o $*.o $*.c

# コマンド

run :
	$(MAKE) haribote.img
	$(COPY) haribote.img ..\..\z_tools\qemu\fdimage0.bin
	$(MAKE) -C ../../z_tools/qemu

full :
	$(MAKE) -C $(APILIBPATH)
	$(MAKE) $(APP).elf

run_full :
	$(MAKE) -C $(APILIBPATH)
	$(MAKE) -C ../haribote
	$(MAKE) run

clean :
	-$(DEL) *.o
	-$(DEL) haribote.img

src_only :
	$(MAKE) clean
	-$(DEL) $(APP).elf

haribote_elf.lds

app_make_elf.txt の中で LD に渡しているリンカスクリプトの中身を示す。

ENTRY(_HariMain)
INCLUDE ld_variables.lds

SECTIONS
{
  . = SIZEOF_HEADERS;
  .text : { *(.text) }
  "file offset of data" = .;

  . = 0;
  .stack : AT("file offset of data") {
    . = STACK;
  }
  .data : {
    *(.rodata*) *(.data)
  }
  .bss  : { *(.bss) }
  .malloc : {
    . += MALLOC;
  }
}

はりぼて OS ではコード領域とデータ領域をそれぞれ別のセグメントに格納するため、アプリから見た両者の先頭アドレスはともに 0 となる。したがって、途中で . = 0; として、ロケーションカウンタを 0 にリセットしている。（これだけでは「ファイル内での配置オフセット」も 0 にリセットされてしまうので、AT("file offset of data") としてファイル内ではコード領域の直後に配置されるように調整する。）