不可否認，這次的標題有點長。之所以把標題寫得這麼詳細，主要是為了搜索引擎能夠准確地把確實需要了解GCC生成16位實模式代碼方法的朋友帶到我的博客。先說一下背景，編寫能在x86實模式下運行的16位代碼，這個話題確實有點復古，所以能找到的資料也相應較少。要運行x86實模式的程序，目 前我知道的只有兩種方式，一種是使用DOS系統，另一種是把它寫成引導扇區的代碼，在系統啟動時直接運行。很顯然，許多講自己實現操作系統的書籍都會講到 x86實模式，也只有自己實現操作系統引導的朋友需要用到x86實模式，所以我這篇文章的閱讀用戶數肯定很少，雖然我自認為它填補了網上關於該話題相關資 料缺乏的空白。因此，凡是逛到我這篇文章的朋友，請點一下推薦，謝謝。
為什麼說我這篇博客填補了相關話題的空白呢？那是因為不管是那些寫書的，還是網上寫文章的，一旦需要編寫16位的實模式代碼，都喜歡拿NASM 說事兒，一點也不顧GNU AS的感受。當然，這是有歷史原因的，因為Linux自從其誕生起就是32位，就是多用戶多任務操作系統，所以GCC和Gnu AS一移植到Linux上就是用來編寫32位保護模式的代碼的。而且，ELF可執行文件格式也只有ELF32和ELF64，沒聽說過有ELF16的。即使 是Linux自己，剛誕生的時候（1991年），也只有使用as86匯編器來編寫自己的16位啟動代碼，直到1995年以後，GNU AS才逐步加入編寫16位代碼的能力。
Ubuntu 12.04嵌入式交叉編譯環境arm-linux-GCC搭建過程圖解 http://www.linuxidc.com/Linux/2013-06/85902.htm
Ubuntu 12.10安裝交叉編譯器arm-none-linux-gnueabi-GCC http://www.linuxidc.com/Linux/2013-03/82016.htm
Ubuntu下Vim+GCC+GDB安裝及使用 http://www.linuxidc.com/Linux/2013-01/78159.htm
Ubuntu下兩個GCC版本切換 http://www.linuxidc.com/Linux/2012-10/72284.htm
下面開始我的GCC和GNU Binutils的16位代碼之旅。我決定使用DOS作為我的測試環境，所以最後生成的可執行文件都把它制作成DOS系統中可運行的Plain Binary格式。第一步安裝一個qemu虛擬機來運行FreeDOS，安裝虛擬機在Ubuntu中只需要一個sudo apt-get install qemu命令就可以完成，所以我就不截圖了。但是FreeDOS的軟盤映像文件需要到Qemu的官網上面去下載，下載地址如下圖：
使用qemu-system-i386 -fda freedos.img可以運行Qemu虛擬機和FreeDOS系統，如下圖：
因為匯編語言更接近底層，而C語言更高級，所以先從匯編語言開始，逐步過渡到C語言。先寫一個簡單的、能在DOS中顯示一個 “Hello，world！”的匯編語言程序，考慮到我之後會使用該程序調用C語言的main函數，並且該程序負責讓程序運行結束後順利返回DOS系統， 所以我把這個程序命名為test_code16_startup.s。其代碼如下：
下面對以上代碼進行簡單解釋：
1. GNU AS匯編器使用的匯編語言采用的是AT&T語法，該語法和Intel語法不同。我更喜歡AT&T的語法，原因有兩個，一是 AT&T語法是Linux世界中通用的標准，二是AT&T語法在某些概念方面確實理解起來更簡單（比如內存尋址模式）。有匯編語言基礎的 人，AT&T語法學起來也很快，主要有以下幾條：①匯編指令後面跟有操作數長度的後綴，比如mov指令，如果操作數是8位，則用movb，如果操 作數是16位，則用movw，如果操作數是32位，則用movl，如果操作數是64位，則用movq，其余指令依此類推；②操作數的順序是源操作數在前， 目標操作數在後，比如movw %cs, %ax表示把cs寄存器中的數據移動到ax寄存器中，這個順序和Intel匯編語法正好相反；③所有的寄存器使用%前綴，如%ax, %di, %esp等；④對於立即數，需要使用$前綴，比如 $4, $0x0c，而且如果一個數字是以0開頭，則是8進制，以其它數字開頭，是10進制，以0x開頭則是16進制，標號當立即數使用時，需要$前綴，比如上面的pushw $message，而標號當函數名使用時，不需要$前綴，比如上面的callw display_str；⑤內存尋址方式，眾所周知，x86尋址方式眾多，什麼直接尋址、間接尋址、基址尋址、基址變址尋址等等讓人眼花缭亂，而AT&T語法對內存尋址方式做了一個很好的統一，其格式為section:displacement(base, index, scale)， 其中section是段地址，displacement是位移，base是基址寄存器，index是索引，scale是縮放因子，其計算方式為線性地 址=section + displacement + base + index*scale，最重要的是，可以省略以上格式中的一個或多個部分，比如movw 4, %ax就是把內存地址4中的值移動到ax寄存器中，movw 4(%esp), %ax就是把esp+4指向的地址中的值移動到ax寄存器中，依此類推。我上面的介紹是不是全網絡最簡明的AT&T匯編語法教程？
2. 在以上代碼中我全部使用的都是16位的指令，如movw、pushw、callw等，並且直接在代碼中定義了字符串“Hello, world！”。
3. 在以上代碼中使用了函數display_str，在調用display_str之前，我使用pushw $15和pushw $message 將參數從右向左依次壓棧，然後使用callw指令調用函數，這和C語言的函數調用約定是一樣的。調用callw指令會自動將%ip寄存器壓棧，而在函數開 始時，我又用pushw %bp將%bp寄存器壓棧，所以%esp又向下移動了4個字節，所以在函數中使用0x4(%esp)和0x6(%esp)可以訪問到這兩個參數。在32位 代碼中，由於調用函數時壓棧的是%eip和%ebp，所以需要使用0x8(%esp)和0xc(%esp)來依次訪問壓棧的參數。關於匯編語言函數調用的 細節，我這裡有一本好書Linux匯編編程指南.pdf。這是一本免費的英文版電子書，其原名為《Programming from the ground up》。
Linux匯編編程指南 PDF （英文）下載：
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免費下載地址在 http://linux.linuxidc.com/
用戶名與密碼都是www.linuxidc.com
具體下載目錄在 /2014年資料/9月/23日/使用GCC和GNU Binutils編寫能在x86實模式運行的16位代碼
下載方法見 http://www.linuxidc.com/Linux/2013-07/87684.htm
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4. 以上代碼使用BIOS中斷int 0x10來輸出字符串，使用DOS中斷int 0x21來返回DOS系統。
5. 最重要的是，需要使用.code16指令讓匯編器將程序匯編成16位的代碼。