BIOS启动流程：系统底层初始化

CS = 0xF000, EIP = 0x0000FFF0物理地址 = 0xFFFF0000 + 0x0000FFF0 = 0xFFFFFFF0

POST 检查硬件清单：1. CPU 内部寄存器读写测试2. 内存刷新和读写校验3. 显卡 BIOS 初始化4. 键盘控制器和鼠标5. 软驱/光驱/硬盘控制器

内存布局如下：0x000000 - 0x0003FF  中断向量表 (1KB)0x000400 - 0x0004FF  BIOS 数据区0x000500 - 0x007BFF  常规内存0x007C00 - 0x007DFF  引导扇区加载区0x000E0000 - 0x000FFFFF  BIOS ROM

引导扇区结构：偏移 0x000 - 0x1BD  引导代码（机器码指令）偏移 0x1BE - 0x1CD  分区表项 1（16 字节）偏移 0x1CE - 0x1DD  分区表项 2（16 字节）偏移 0x1DE - 0x1ED  分区表项 3（16 字节）偏移 0x1EE - 0x1FD  分区表项 4（16 字节）偏移 0x1FE - 0x1FF  签名 0x55AA

调用 BIOS 中断读取磁盘：mov ah, 0x02    ; 功能号：读扇区mov al, 0x01    ; 读 1 个扇区mov cx, 0x0002  ; 柱面 0，扇区 2mov dx, 0x0080  ; 磁头 0，硬盘 0int 0x13        ; 调用 BIOS 磁盘服务

"""simulate_bios_boot.py模拟 BIOS 启动流程：POST 自检 -> 引导设备选择 -> 引导扇区加载与校验。用于理解 BIOS 从上电到移交控制权的核心环节。"""import hashlibimport struct # 模拟内存中的固定地址MEMORY_IVT_START = 0x000000MEMORY_IVT_END = 0x0003FFMEMORY_BOOT_SECTOR = 0x7C00 class POSTError(Exception):    """自定义异常：POST 自检失败时抛出""" class BIOS:    def __init__(self):        self.devices = []        self.boot_order = []        self.cmos_checksum_ok = True     def add_device(self, name, first_sector, signature_valid=True):        """注册一个可启动设备"""        self.devices.append({            'name': name,            'first_sector': first_sector,            'signature_valid': signature_valid        })     def set_cmos_checksum_ok(self, ok):        """设置 CMOS 校验状态（模拟电池没电或数据损坏）"""        self.cmos_checksum_ok = ok     def post_self_test(self):        """上电自检：模拟检查 CPU、内存、显卡、CMOS"""        print("[POST] 检查 CPU 寄存器...")        cpu_ok = True        # 模拟 CPU 寄存器读写回环测试        for reg in ('AX', 'BX', 'CX', 'DX'):            test_val = 0x5A5A            # 写回读验证            read_val = test_val            if read_val != test_val:                cpu_ok = False                break        if not cpu_ok:            raise POSTError("CPU 寄存器测试失败")         print("[POST] 检查内存刷新...")        memory_ok = True        # 模拟对 1MB 地址空间做模式 0xAA/0x55 校验        mem_pattern = []        for i in range(MEMORY_IVT_START, MEMORY_IVT_END + 1):            mem_pattern.append(i % 2)        if len(mem_pattern) != 0x400:            memory_ok = False        if not memory_ok:            raise POSTError("内存校验失败")         print("[POST] 检查显卡 BIOS...")        vga_ok = True  # 简化：假设显卡存在且可用         print("[POST] 校验 CMOS...")        if not self.cmos_checksum_ok:            raise POSTError("CMOS 校验失败，请重新配置 CMOS")         print("[POST] 自检通过")        return True     def find_boot_device(self):        """按照 boot_order 找到第一个有效的启动设备"""        for dev in self.boot_order:            if dev not in self.devices:                continue            sector = self.devices[dev]['first_sector']            sig_ok = self.devices[dev]['signature_valid']            print("[BOOT] 尝试从设备启动: {}".format(dev))            if not sig_ok:                print("[BOOT] 引导扇区签名无效，尝试下一设备")                continue            return dev        raise POSTError("未找到可启动设备")     def load_boot_sector(self, dev):        """加载引导扇区到 0x7C00 并校验 0x55AA 签名"""        sector = self.devices[dev]['first_sector']        if len(sector) != 512:            raise ValueError("引导扇区必须是 512 字节")        # 将扇区数据写入模拟内存的 0x7C00 处        memory = bytearray(0x10000)        start = MEMORY_BOOT_SECTOR        end = MEMORY_BOOT_SECTOR + 512        memory[start:end] = sector        print("[BOOT] 引导扇区已加载到 0x{:04X}".format(MEMORY_BOOT_SECTOR))         # 校验最后两字节是否为 0x55 0xAA        if memory[start + 510] == 0x55 and memory[start + 511] == 0xAA:            print("[BOOT] 签名 0x55AA 校验通过")            return memory[start:end]        else:            raise POSTError("引导扇区签名校验失败")     def handover_to_os(self, boot_code):        """移交控制权（模拟）"""        print("[OS] 将控制权移交给引导代码，代码长度: {} 字节".format(len(boot_code)))        os_ready = True        if os_ready:            print("[OS] 操作系统开始接管硬件")        return True  def build_boot_sector(code_byte, signature_valid=True):    """构造一个 512 字节的引导扇区（仅测试用）"""    data = bytearray([code_byte] * 510)    if signature_valid:        data += b'\x55\xAA'    else:        data += b'\x00\x00'    return bytes(data)  def simulate():    """完整的 BIOS 启动模拟流程"""    bios = BIOS()    # 注册两个设备：U 盘（无效签名）和硬盘（有效签名）    bios.add_device("usb", build_boot_sector(0x90, signature_valid=False))    bios.add_device("hdd", build_boot_sector(0x90, signature_valid=True))    # 设置启动顺序：先 U 盘后硬盘    bios.boot_order = ["usb", "hdd"]    bios.set_cmos_checksum_ok(True)     try:        # 1. POST 自检        bios.post_self_test()        # 2. 查找引导设备        dev = bios.find_boot_device()        # 3. 加载引导扇区        boot = bios.load_boot_sector(dev)        # 4. 模拟移交控制权        bios.handover_to_os(boot)        # 5. 模拟操作系统加载        os_hash = hashlib.sha256(boot).hexdigest()[:16]        print("[OS] 引导代码哈希(前16位): {}".format(os_hash))    except POSTError as e:        print("[FATAL] 启动失败: {}".format(e))        return 1    return 0  if __name__ == "__main__":    exit_code = simulate()    print("模拟退出码: {}".format(exit_code))