跟我一起写操作系统
一、硬盘操作
在实时模式下读写IDE硬盘可以使用BIOS中断程序，但在保护模式下就不可以使用BIOS中断程序了，只能通过读写端口来实现硬盘的访问。IDE标准定义了8个寄存器来操作硬盘。PC体系结构将第一个硬盘控制器映射到端口0x1F0 ～ 0x1F7处，而第二个硬盘控制器则被映射到端口0x170 ～ 0x177处。这几个寄存器的描述如下：
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0x1F0：数据寄存器。读写数据都必须通过这个寄存器
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0x1F1：错误寄存器，每一位代表一类错误。全零表示操作成功。
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0x1F2：扇区计数。这里面存放你要操作的扇区数量
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0x1F3：扇区LBA地址的0-7位
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0x1F4：扇区LBA地址的8-15位
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0x1F5：扇区LBA地址的16-23位
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0x1F6（低4位）：扇区LBA地址的24-27位
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0x1F6（第4位）：0表示选择主盘，1表示选择从盘
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0x1F6（5-7位）：必须为1
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0x1F7（写）：命令寄存器
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0x1F7（读）：状态寄存器
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bit 7 = 1 控制器忙
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bit 6 = 1 驱动器就绪
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bit 5 = 1 设备错误
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bit 4 N/A
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bit 3 = 1 扇区缓冲区错误
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bit 2 = 1 磁盘已被读校验
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bit 1 N/A
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bit 0 = 1 上一次命令执行失败
首先定义一些必要的宏，用于操作的端口号和读写命令（读0x20；写0x30）：
#define HD_PORT_DATA 0x1f0 #define HD_PORT_ERROR 0x1f1 #define HD_PORT_SECT_COUNT 0x1f2 #define HD_PORT_LBA0 0x1f3 #define HD_PORT_LBA1 0x1f4 #define HD_PORT_LBA2 0x1f5 #define HD_PORT_LBA3 0x1f6 #define HD_PORT_STATUS 0x1f7 #define HD_PORT_COMMAND 0x1f7 #define HD_READ 0x20 #define HD_WRITE 0x30
设置操作的扇区号：
u8 lba0 = (u8) (lba & 0xff); u8 lba1 = (u8) (lba >> 8 & 0xff); u8 lba2 = (u8) (lba >> 16 & 0xff); u8 lba3 = (u8) (lba >> 24 & 0xf); lba3 |= 0xe0; // 1110 0000
等待驱动器空闲时对其下达操作命令：
while (inb_p(HD_PORT_STATUS) < 0)
{
}
while ((inb_p(HD_PORT_STATUS) & 0xc0) != 0x40)
{
}
outb_p(sects_to_access, HD_PORT_SECT_COUNT);
outb_p(lba0, HD_PORT_LBA0);
outb_p(lba1, HD_PORT_LBA1);
outb_p(lba2, HD_PORT_LBA2);
outb_p(lba3, HD_PORT_LBA3);
outb_p(com, HD_PORT_COMMAND);
当IDE设备就绪时对其发送读写命令：
while (inb_p(HD_PORT_STATUS) < 0)
{
}
while ((inb_p(HD_PORT_STATUS) & 0xc0) != 0x40)
{
}
if (com == HD_READ)
{
insl(buf2, HD_PORT_DATA, sects_to_access << 7);
}
else if (com == HD_WRITE)
{
outsl(buf2, HD_PORT_DATA, sects_to_access << 7);
}
实际上当IDE设备就绪时，会触发一个IDE外部中断。下面来实现如何通过中断方式来读写IDE设备。首先需要对8259A编程，打开IDE设备中断：
//PIC1的第3个bit是连接到PIC2的开关，所以要先打开11111011=0xfb outb_p(inb_p(0x21) & 0xfb, 0x21); outb_p(inb_p(0xa1) & 0xbf, 0xa1);
实现方式为：每个IDE设备操作都是流水线性，为每一个读写操作加入一个读写队列，如果队列为空则停止操作，否则执行队列头的操作，等待IDE设备中断，操作完成时写入队列头中的操作结果，并将其移出队列（先进先出）。队列的数据结构如下：
typedef struct s_hda_rw
{
//扇区号
u32 lba;
//读写命令
u8 com;
//数据缓冲区
u8* buff;
//操作状态
int* status;
//队列的下一个节点
struct s_hda_rw *next;
} s_hda_rw;
为每一个IDE读写操作加入队列：
void hd_rw_insert_queue(s_hda_info *hda_info, u32 lba, u8 com,
u8 *buff, int *status)
{
s_hda_rw *p = alloc_mm(sizeof(s_hda_rw));
p->lba = lba;
p->com = com;
p->buff = buff;
p->status = status;
p->next = NULL;
//空队列
if (hda_info->hda_rw_header == NULL)
{
hda_info->hda_rw_header = p;
hda_info->hda_rw_footer = p;
}
//加入队列尾
else
{
hda_info->hda_rw_footer->next = p;
hda_info->hda_rw_footer = p;
}
}
循环执行队列头的任务：
void hd_rw_execute(s_hda_info *hda_info)
{
s_hda_rw *header = hda_info->hda_rw_header;
if (header != NULL)
{
//发送读写命令
if (*(header->status) == 0)
{
*(header->status) = 1;
hd_rw_cmd(header->lba, header->com, header->buff);
}
}
}
执行读写命令，对于写命令需要直接写入数据，并等待设备执行定操作完成。而对于读命令来说必须要等待设备操作完成（为用户准备数据的过程）之后才能读取数据：
void hd_rw_cmd(u32 lba, u8 com, u8* buff)
{
u8 lba0 = (u8) (lba & 0xff);
u8 lba1 = (u8) (lba >> 8 & 0xff);
u8 lba2 = (u8) (lba >> 16 & 0xff);
u8 lba3 = (u8) (lba >> 24 & 0xf);
//IDE0主设备
lba3 |= 0xe0; // 1110 0000
u16 sects_to_access = 1;
outb_p(sects_to_access, HD_PORT_SECT_COUNT);
outb_p(lba0, HD_PORT_LBA0);
outb_p(lba1, HD_PORT_LBA1);
outb_p(lba2, HD_PORT_LBA2);
outb_p(lba3, HD_PORT_LBA3);
outb_p(com, HD_PORT_COMMAND);
//如果是写命令可以直接写入数据
if (com == HD_WRITE)
{
outsl(buff, HD_PORT_DATA, sects_to_access << 7);
}
}
当IDE设备执行读写操作结束时会触发IDE中断，中断响应函数会调用操作后的数据读写函数。对于写操作来说，执行完毕时只时提示操作已完成，而读操作必须在IDE设备操作完成之后再读入相关的数据：
void hd_rw_data(u8 com, u8* buff)
{
u16 sects_to_access = 1;
//如果是读命令，读数据
if (com == HD_READ)
{
insl(buff, HD_PORT_DATA, sects_to_access << 7);
}
inb_p(HD_PORT_STATUS);
}
二、光盘操作
光盘操作相对简单一些，因为光盘设备是一个只读设备。我们只需要完成读取数据的功能即可：
//0xA8为读取扇区数据的命令
u8 read_cmd[12] =
{ 0xA8, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0 };
//设置设备号为IDE0从设备
outb_p(drive & (1 << 4), ATA_DRIVE_SELECT(bus));
outb_p(ATAPI_SECTOR_SIZE & 0xFF, ATA_ADDRESS2(bus));
outb_p(ATAPI_SECTOR_SIZE >> 8, ATA_ADDRESS3(bus));
outb_p(0xa0, ATA_COMMAND(bus));
//等待设备空闲
while ((read_status = inb_p(ATA_STATUS(bus))) & 0x80)
{
}
while (!((read_status = inb_p(ATA_STATUS(bus))) & 0x8) && !(read_status & 0x1))
{
}
//设备异常
if (read_status & 0x1)
{
return;
}
//读取1个扇区
read_cmd[9] = 1;
//设置扇区号
read_cmd[2] = (lba >> 0x18) & 0xFF;
read_cmd[3] = (lba >> 0x10) & 0xFF;
read_cmd[4] = (lba >> 0x08) & 0xFF;
read_cmd[5] = (lba >> 0x00) & 0xFF;
//发送命令
send_atapi_command((u16 *) read_cmd, ATA_DATA(bus));
//等待设备就绪
while (inb_p(ATA_STATUS(bus)) < 0)
{
}
while ((inb_p(ATA_STATUS(bus)) & 0xc0) != 0x40)
{
}
//读取数据
insl_p((u32)buff, ATA_DATA(bus), 1);
//读取操作状态
read_status = inb_p(ATA_STATUS(bus));
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