sys/i386/boot/biosboot/README.MACH

   1 /*
   2  * Mach Operating System
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  26  *      from: Mach, Revision 2.2  92/04/04  11:33:55  rpd
  27  * $FreeBSD: src/sys/i386/boot/biosboot/README.MACH,v 1.7 1999/08/28 00:43:10 peter Exp $
  28  */
  29
  30 ********NOTE: This is not all relevant to the 386BSD version**********
  31
  32                 AT386 Protected Mode Bootstrap Loader
  33                 =====================================
  34
  35 1. Overview of Startup
  36    -------------------
  37
  38         After the system is rebooted, the BIOS bootstrap routine reads Sector
  39         1, Track 0 into memory at location 0000:7C00H.  If location 0000:7DFEH
  40         (last two bytes of that sector) contains the value AA55H, the BIOS
  41         bootstrap routine will transfer control to 0000:7C00H.  Otherwise, the
  42         boot code in that sector is bad and the boot routine stops.
  43
  44         For DOS compatibility reason, one extra stage of boot is required if
  45         the boot device is a hard disk.  The first sector of the hard disk will
  46         contain the MOS-DOS boot code and a boot record partition table.
  47         When this sector is loaded into 0000:7C00H, it will relocate itself
  48         to somewhere else and then load the first sector of the active
  49         partition into 0000:7C00H.  Both UNIX and DOS use the command "fdisk"
  50 [ 386bsd does not have an 'fdisk' (yet) ]
  51         to install this first sector into the hard disk and to manipulate
  52         the hard disk partitions.
  53
  54
  55
  56 2. The First Stage Bootstrap Loader
  57    --------------------------------
  58
  59         After startup, the first stage boot is loaded at 0000:7C00H.  This
  60         first stage boot will load itself and the second stage boot into
  61         memory at location 0000:1000H.  For floppy disks, the first cylinder
  62         is reserved as the boot cylinder, and the boot code (first and second)
  63         will be loaded from there.  Currently, only double sided, high density
  64         (15 sectors per track) floppies are supported.  For hard disks, the
  65         first 29 sectors of the active partition is reserved for boot code
  66         which will be loaded by the first stage boot.  All the disk types
  67         recognized by BIOS are supported by this bootstrap loader.
  68 [for 386bsd we load the second stage booter to 9000:0]
  69
  70
  71
  72 3. The Second Stage Bootstrap Loader
  73    --------------------------------
  74
  75         After the boot code is loaded, the control is passed to the second
  76         stage bootstrap loader "boot2()".  In order to be able to load the
  77         big kernel image (bigger than 512K or 640K, depends on the memory
  78         configuration), the second stage boot loader will run on the protected
  79         mode.  This bootstarp loader does not have any stand alone device
  80         drivers, all the I/O's are through the BIOS calls.  Since the first
  81         stage boot code will no longer be used at this moment, the memory
  82         location of the first stage boot code (0000:1000H to 0000:1200H) will
  83         be used as an internal buffer for BIOS calls.  Immediately after this
  84         internal buffer is the GDT table for the second stage boot loader.
  85         Since this boot loader needs to switch back and forth between protected
  86         and real mode in order to use BIOS calls, the limit of the boot code
  87         and boot data segments must not be greater than 64K.
  88
  89         The boot loader loads the kernel image at memory location above 1 MB
  90         to skip the memory hole between 521K/640K and 1MB.  After the kernel
  91         is loaded, the boot loader stores the information in the stack and
  92         then passes control to kernel.  Currently, the three information passed
  93         fromm the boot loader to the kernel are type of the boot device, size
  94         of the base memory and size of the extended memory.
  95
  96 [ 386bsd receives: howto, bootdev]
  97
  98 [ 386bsd is loaded where-ever the "MByte" bits of the load address specify,
  99 so if you link it for FE100000 it will load to 1MB, but if you link
 100 it for FE000000 it will load ad 0MB]
 101
 102 [for machines with only 512KB normal ram the kernel will need to  be linked
 103 for 1MB and the bootblocks modified to run below 512KB. (8000:0)]
 104
 105
 106 4. The UNIX Startup
 107    ----------------
 108
 109         Since the boot loader loads the kernel image at memory location above
 110         1MB, the kernel has to start as protected mode.  In addition, the
 111         link editor description file (vuifile) has to indicate that
 112         the text and data segments start above 1MB.  Also, the boot loader
 113         passes the infomation to the kernel through the stack.
 114
 115 [MOST of what is mentionned below is NOT relevant to 386bsd]
 116
 117 5. Disk Layout and Bad Block Handling
 118    ---------------------------------
 119
 120     The System V/386 Release 3.2 (AT) disk layout will be used as the disk
 121     layout for the MACH System on the AT platform.
 122
 123     This disk layout is as follows:
 124
 125         * Reserve the first sector of cylinder 0 for the DOS boot record which
 126           contains the master boot code (446 bytes) and the partition table.
 127           (Refer to DOS Technical Reference Manual page 9-6 to 9-10).
 128
 129         * Reserve the first 29 sectors of the UNIX partition for the first
 130           and the second stage bootstrap.
 131
 132         * Reserve the 30th sector of the UNIX partition for the pdinfo and
 133           the vtoc tables.
 134
 135         * Reserve the 31st to the 34th sectors of the UNIX partition for the
 136           bad track and the bad block mapping tables.
 137
 138         * Reserve up to 253 consecutive tracks when required, beginning with
 139           the 35th sector of the UNIX partition, for alternate tracks.
 140
 141         * Reserve up to 253 consecutive blocks, beginning with the first
 142           sector after the alternate tracks area, for alternate blocks.
 143
 144          SEC
 145           1
 146         ----------------------------------------------------
 147         | X |                                              | CYL 0, TRK 0
 148         ----------------  ..........    --------------------
 149         |                 ..........                       |
 150         ----------------  ..........    --------------------
 151         |                 ..........                       |
 152    ===============================================================
 153     ^   |               BOOTSTRAP                          | CYL N, TRK M
 154     |   ----------------------------------------------------
 155     |   |                              |30 |31 |32 |33 |34 |
 156         ----------------------------------------------------  ---
 157     U   |                 ..........                       |   ^
 158     N   ----------------  ..........   ---------------------   |
 159     I   |                 ..........                       | Alternate Tracks
 160     X   ----------------  ..........   ---------------------   |
 161         |                 ..........                       |   V
 162     P   ----------------------------------------------------  ---
 163     A   |                 ..........                       |   ^
 164     R   ----------------  ..........   ---------------------   |
 165     T   |                 ..........                       | Alternate Blocks
 166     I   ----------------  ..........   --------------------    |
 167     T   |                 ..........                       |   V
 168     I   ----------------------------------------------------  ---
 169     O   |  Unix root partition starts from here            |
 170     N   ----------------                   -----------------
 171         |                                                  |
 172         ----------------------------------------------------
 173         |                                                  |
 174         ----------------------------------------------------
 175         |                                                  |
 176     |   ---------------------------------------------------
 177     |   |                                                  |
 178     |   ----------------------------------------------------
 179     V   |                                                  |
 180    ===============================================================
 181         |                   ........                       |
 182         ---------------     ........          --------------
 183         |                   ........                       |
 184         ----------------------------------------------------
 185
 186
 187         The bad block handling mechanism is as follows:
 188
 189         * Use the alternate track in the alternate tracks area if the
 190           track containing the target sector is bad.
 191
 192         * Use the alternate block in the alternate blocks area if the
 193           target sector is bad.
 194
 195
 196
 197
 198 6. How to make:
 199    -----------
 200
 201         Since the kernel image is loaded above 1 MB, the kernel must start
 202         as protected mode.  This means that this bootstrap loader will work
 203         only when the corresponding changes on the kernel startup code are done.
 204
 205         The make command to generate this bootstrap loader is:
 206
 207         make -f boot.mk fdboot      (floppy boot loader)
 208         make -f boot.mk hdboot      (wini boot loader)
 209 [to make 386bsd bootblocks  "make da wd" (warning: they will be installed
 210 in /dev/mdec.. take backups)]