x86_64引导加载程序设计

UEFI/BIOS → HIC Bootloader (多阶段) → HIC Core-0
    │               │
    ├─ UEFI模式     ├─ BIOS模式
    │   (UEFI应用)   │   (MBR+引导扇区)
    └─ 安全启动      └─ 传统启动

## 三、BIOS引导模式（传统兼容）

### 3.1 多阶段设计

### 3.2 第一阶段（MBR/VBR）

**MBR结构（实模式）：**

**执行流程：**
1. BIOS加载MBR到`0x7C00`
2. 切换到保护模式（32位）
3. 从活动分区加载VBR（卷引导记录）
4. VBR加载第二阶段加载器到`0x10000`

### 3.3 第二阶段加载器（32位保护模式）

**主要功能：**
1. **初始化保护模式**
   - 设置GDT、IDT
   - 启用A20地址线
   - 设置临时页表

2. **探测硬件**
   - 通过BIOS INT 0x15获取内存映射
   - 探测VESA VBE显示模式
   - 初始化PS/2键盘控制器

3. **加载内核映像**
   - 从文件系统（FAT32/EXT2）读取
   - 支持从硬盘、USB、光盘启动
   - 实现简单的文件系统驱动

4. **验证内核**
   - 计算映像哈希（SHA-256）
   - 与内置公钥比较（简化验证）

5. **切换到长模式**
   - 设置4级分页
   - 进入64位长模式
   - 加载64位GDT

6. **传递信息**
   - 构建Multiboot2兼容信息结构
   - 包含内存映射、命令行、模块信息

7. **跳转到内核**
   - 设置栈指针
   - 禁用中断
   - 跳转到内核入口点

## 四、引导信息结构（Boot Information Structure）

### 4.1 通用结构（UEFI和BIOS通用）
```c
struct hic_boot_info {
    uint32_t magic;           // 0x48 0x49 0x4B 0x21 ("HIC!")
    uint32_t version;         // 结构版本
    uint64_t flags;           // 特性标志位

    // 内存信息
    struct memory_map *mem_map;
    uint64_t mem_map_size;
    uint64_t mem_map_desc_size;

    // ACPI信息
    void *rsdp;              // ACPI根系统描述指针
    void *xsdp;              // ACPI扩展系统描述指针（UEFI）

    // 固件信息
    union {
        struct {
            EFI_SYSTEM_TABLE *system_table;
            EFI_HANDLE image_handle;
        } uefi;
        struct {
            void *bios_data_area;  // BDA指针
            uint32_t vbe_info;     // VESA信息块
        } bios;
    } firmware;

    // 内核映像信息
    void *kernel_base;
    uint64_t kernel_size;
    uint64_t entry_point;

    // 命令行
    char cmdline[256];

    // 设备树（x86通常为空）
    void *device_tree;
    uint64_t device_tree_size;

    // 模块信息（用于动态模块加载）
    struct module_info *modules;
    uint64_t module_count;
};

struct memory_map_entry {
    uint64_t base_address;
    uint64_t length;
    uint32_t type;           // 1=可用, 2=保留, 3=ACPI, 4=NVS, 5=坏内存
    uint32_t attributes;
};

+------------------+
| HIC 文件头       | 120 字节 (0x00-0x77)
+------------------+
| 段表             | 48 字节 × 段数量
+------------------+
| 段数据           | 可变大小
|  - 代码段        |
|  - 数据段        |
|  - 只读数据段    |
|  - BSS段(无数据) |
|  - 配置段        |
+------------------+
| 配置表           | 可变大小 (可选)
+------------------+
| 签名数据         | 可变大小 (可选)
+------------------+

偏移量   大小    描述
0x00     8      魔数 "HIC_IMG" (以\0结尾)
0x08     2      架构ID (1=x86_64, 2=ARM64, 3=RISC-V64)
0x0A     2      版本 (主版本 << 8 | 次版本)
0x0C     8      入口点偏移
0x14     8      映像总大小
0x1C     8      段表偏移
0x24     8      段表项数
0x2C     8      配置表偏移
0x34     8      配置表大小
0x3C     8      签名偏移
0x44     8      签名大小
0x4C     64     预留

typedef struct {
    char     magic[8];              // "HIC_IMG"
    uint16_t arch_id;               // 架构ID
    uint16_t version;               // 版本号
    uint64_t entry_point;           // 入口点偏移
    uint64_t image_size;            // 映像总大小
    uint64_t segment_table_offset;  // 段表偏移
    uint64_t segment_count;         // 段表项数
    uint64_t config_table_offset;   // 配置表偏移
    uint64_t config_table_size;     // 配置表大小
    uint64_t signature_offset;      // 签名偏移
    uint64_t signature_size;        // 签名大小
    uint8_t  reserved[64];          // 预留
} hic_image_header_t;

typedef struct {
    uint32_t type;                 // 段类型 (1=代码, 2=数据, 3=只读数据, 4=BSS, 5=配置)
    uint32_t flags;                // 段标志 (位0=可读, 位1=可写, 位2=可执行)
    uint64_t file_offset;          // 文件中的偏移
    uint64_t memory_offset;        // 内存中的偏移
    uint64_t file_size;            // 文件大小
    uint64_t memory_size;          // 内存大小
} hic_segment_entry_t;

#define HIC_SEGMENT_TYPE_CODE    1   // 代码段
#define HIC_SEGMENT_TYPE_DATA    2   // 数据段
#define HIC_SEGMENT_TYPE_RODATA  3   // 只读数据段
#define HIC_SEGMENT_TYPE_BSS     4   // BSS段（零初始化）
#define HIC_SEGMENT_TYPE_CONFIG  5   // 配置段

#define HIC_SEGMENT_FLAG_READABLE    (1 << 0)  // 可读
#define HIC_SEGMENT_FLAG_WRITABLE    (1 << 1)  // 可写
#define HIC_SEGMENT_FLAG_EXECUTABLE  (1 << 2)  // 可执行

偏移     大小      内容
0x00     120      HIC 文件头
0x78     40       段表 (1个段)
0xA0     N        内核代码

加载映像 → 计算哈希 → 提取签名 → 验证签名 → 加载内核
    │          │           │          │
    │          SHA-384     │          RSA-3072验证
    │                      │
    │                 PKCS#1 v2.1签名
    └───────── 公钥证书链验证 ────────┘

1. 编译引导加载程序
   $ make bootloader ARCH=x86_64 MODE=uefi

2. 生成内核映像
   $ make kernel

3. 签名内核映像
   $ make sign-kernel KEY=production

4. 创建启动介质
   $ make install TARGET=usb DISK=/dev/sdb