|
本文乃fireaxe原创，使用GPL发布，可以自由拷贝，转载。但转载请保持文档的完整性，并注明原作者及原链接，严禁用于任何商业用途。
作者：fireaxe_hq@hotmail.com
博客：fireaxe.blog.chinaunix.net 1.1 保护模式下实现软盘编程
要发挥x86芯片的功能，必须要进入保护模式。
系统启动时所加载的512字节的MBR区为bootloader区，用于加载真正的boot程序。在bootloader区中，cpu还运行于实模式，因此bootloader通过bios中断加载boot。进入boot区后，一般来说已经完成了切换入保护模式的动作。
在保护模式下，不能使用bios中断，需要通过读写软盘控制器芯片8237来完成。 1.1.1 软盘控制器
|
I/O address |
Read or Write |
Register |
|
0x3f2 |
Write |
DOR: Digital Output Register |
|
0x3f4 |
Read |
FDC Status: Floppy Disk Status Register |
|
0x3f5 |
Read/Write |
FDC Data: Floppy Disk Data Register |
|
0x3f7 |
Read |
DIR: Digital Input Register |
|
Write |
DCR: Disk Control Register |
注：FDC为软盘控制器 1.1.1.1 DOR数字输出寄存器
DOR是一个8为寄存器，他控制驱动器马达的开启、驱动器选择、启动/复位FDC以及允许/禁止DMA请求
|
位 |
Name |
Description |
|
7 |
MOT_EN3 |
Driver D motor：1-start；0-stop |
|
6 |
MOT_EN2 |
Driver C motor：1-start；0-stop |
|
5 |
MOT_EN1 |
Driver B motor：1-start；0-stop |
|
4 |
MOT_EN0 |
Driver A motor：1-start；0-stop |
|
3 |
DMA_INT |
DMA interrupt； 1 enable; 0-disable |
|
2 |
RESET |
FDC Reset |
|
1 |
DRV_SEL1 |
Select driver |
|
0 |
DRV_SEL0 |
1.1.1.2 FDC Status：FDC状态寄存器
FDC status用于反映软盘驱动器FDC的基本状态。通常，在CPU想FDC发送命令或从FDC获取结果前，都要读取FDC的状态为，以判断当前的FDC data寄存器是否就需，以及确定数据传输方向。
|
位 |
Name |
Description |
|
7 |
RQM |
Data ready: FDD ready |
|
6 |
DIO |
Direction: 1 - FDD to CPU; 0 – CPU to FDD |
|
5 |
NDM |
DMA set: 1-not DMA; 0-DMA |
|
4 |
CB |
Controller busy |
|
3 |
DDB |
Driver D busy |
|
2 |
DCB |
Driver C busy |
|
1 |
DBB |
Driver B busy |
|
0 |
DAB |
Driver A busy |
1.1.1.3 FDC Data：FDC数据寄存器
FDC Data寄存器用于向FDC发送控制命令或从FDC读取状态，实现数据读写等。FDC的使用比较复杂，可支持多种命令。每个命令都通过一个命令序列实现：命令阶段、执行阶段和结果阶段。
1） 重新校正命令（FD_RECALIBRATE）
软盘启动时调用
|
阶段 |
序 |
D7 |
D6 |
D5 |
D4 |
D3 |
D2 |
D1 |
D0 |
说明 |
|
cmd |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
1 |
1 |
0x07 |
|
1 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
US1 |
US2 |
Drive no. |
|
执行 |
|
|
磁头移动到track0 |
|
结果 |
|
无 |
无 |
2） 磁头寻道命令（FD_SEEK）
把磁头定位到制定位置，在读写前执行
|
阶段 |
序 |
D7 |
D6 |
D5 |
D4 |
D3 |
D2 |
D1 |
D0 |
说明 |
|
cmd |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
1 |
1 |
0x0F |
|
1 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
HD |
US1 |
US2 |
磁头号、驱动器号 |
|
2 |
C |
磁道号 |
|
执行 |
|
|
磁头移动到制定磁道 |
|
结果 |
|
无 |
无 |
3） 读扇区数据命令（FD_READ）
|
阶段 |
序 |
D7 |
D6 |
D5 |
D4 |
D3 |
D2 |
D1 |
D0 |
说明 |
|
cmd |
0 |
MT |
MF |
SK |
0 |
0 |
1 |
1 |
0 |
0xE6（MT=MF=SK=1） |
|
1 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
US1 |
US2 |
驱动器号 |
|
2 |
C |
磁道号track |
|
3 |
H |
磁头号head |
|
4 |
R |
起始扇区号start sector |
|
5 |
N |
扇区字节数 |
|
6 |
EOT |
磁道最大扇区号 |
|
7 |
GPL |
扇区建间隔长度（3） |
|
8 |
DTL |
N=0时，制定扇区字节书 |
|
执行 |
|
|
从软盘读取扇区 |
|
结果 |
1 |
ST0 |
状态字节0 |
|
2 |
ST1 |
状态字节1 |
|
3 |
ST2 |
状态字节2 |
|
4 |
C |
磁道号track |
|
5 |
H |
磁头号head |
|
6 |
R |
起始扇区号 |
|
7 |
N |
扇区字节数 |
注：
MT：多磁道操作。MT=1表示允许多磁道操作
MF：记录方式。MF=1表示选用MFM记录方式，否则是FM记录方式d
SK：是否跳过有删除标志的扇区。SK=1表示跳过。
返回的返回的状态ST0、ST1和ST2的含义如下：
ST0：
|
位 |
名称 |
说明 |
|
7 |
ST0_INTR |
中断原因。00-正常结束；01-异常结束；10-命令无效；11-软盘驱动器状态改变 |
|
6 |
|
5 |
ST0_SE |
寻道操作或重新校正操作结束（seek end） |
|
4 |
ST0_ECE |
设备检查错误（0磁道校正错误）（Equip. Check Error） |
|
3 |
ST0_NR |
软盘未就绪（Not Ready） |
|
2 |
ST0_HA |
磁头地址。中断时磁头地址（Head Address） |
|
1 |
ST0_DS |
驱动器号（Driver Select） |
|
0 |
ST1：
|
位 |
名称 |
说明 |
|
7 |
ST1_EOC |
范文超过磁道最大扇区号（End of Cylinder） |
|
6 |
|
Reserve |
|
5 |
ST1_CRC |
CRC校验出错 |
|
4 |
ST1_OR |
数据传输超时（Over Run） |
|
3 |
|
Reserve |
|
2 |
ST1_ND |
未找到制定扇区（No Data） |
|
1 |
ST1_WP |
写保护（Write Protect） |
|
0 |
ST1_MAM |
未找到扇区地址标志ID（Miss Address Mask） |
ST2：
|
位 |
名称 |
说明 |
|
7 |
|
Reserve |
|
6 |
ST2_CM |
SK=0时，读数据遇到删除标志（Control Mark） |
|
5 |
ST2_CRC |
CRC校验出错 |
|
4 |
ST2_WC |
扇区ID信息的磁道号C不不符（Wrong Cylinder） |
|
3 |
ST2_SEH |
检索条件满足（Scan Equal Hit） |
|
2 |
ST2_SNS |
检索条件不满足（Scan Not Satisfied） |
|
1 |
ST2_BC |
磁道坏（Bad Cylinder） |
|
0 |
ST2_MAM |
未找到扇区地址标志ID（Miss Address Mask） |
4） 写扇区数据命令（FD_WRITE）
|
阶段 |
序 |
D7 |
D6 |
D5 |
D4 |
D3 |
D2 |
D1 |
D0 |
说明 |
|
cmd |
0 |
MT |
MF |
0 |
0 |
0 |
1 |
0 |
1 |
0xC5（MT=MF=1） |
|
1 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
US1 |
US2 |
磁头号、驱动器号 |
|
2 |
C |
磁道号track |
|
3 |
H |
磁头号head |
|
4 |
R |
起始扇区号start sector |
|
5 |
N |
扇区字节数 |
|
6 |
EOT |
磁道最大扇区号 |
|
7 |
GPL |
扇区建间隔长度（3） |
|
8 |
DTL |
N=0时，制定扇区字节书 |
|
执行 |
|
|
向软盘写入扇区 |
|
结果 |
1 |
ST0 |
状态字节0 |
|
2 |
ST1 |
状态字节1 |
|
3 |
ST2 |
状态字节2 |
5） 检测中断状态命令（FD_SENSEI）
|
阶段 |
序 |
D7 |
D6 |
D5 |
D4 |
D3 |
D2 |
D1 |
D0 |
说明 |
|
cmd |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
1 |
1 |
0x08 |
|
执行 |
|
|
|
|
结果 |
1 |
ST0 |
状态字节0 |
|
2 |
|
磁头所在磁道号 |
6） 设定驱动器参数命令（FD_SPECIFY）
|
阶段 |
序 |
D7 |
D6 |
D5 |
D4 |
D3 |
D2 |
D1 |
D0 |
说明 |
|
cmd |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
1 |
1 |
0x03 |
|
1 |
SRT（单位2ms） |
HUT（单位32ms） |
马达速度、磁头卸载时间 |
|
2 |
HLT（单位4ms） |
ND |
磁头加载时间，非DMA模式 |
|
执行 |
|
|
设置控制器 |
|
结果 |
|
无 |
无 |
1.1.1.4 DIR：数字输入寄存器
DIR寄存器只有D7位有效，用于表示软盘更换状态，其余用于硬盘控制器。 1.1.1.5 DCR：磁盘控制寄存器
DCR仅是用户D0与D1位，用于表示数据传输率。
00-500kpbs, 01-300kpbs, 10-250kpbs。 1.1.2 保护模式下代码实现 1.1.2.1 初始化
1） Reset
- outb(FLOPPY_REG_DOR, 0x08); // 重启
- for (i=0 ; i<100 ; i++)
- __asm__("nop"); // 延时，保证重启完成
- outb(FLOPPY_REG_DOR, 0xc); // 选择DMA模式，选择软驱A
1） 设置磁盘数据传输速度
outb(FD_DCR, 0); // 500kpbs
2） Output_byte函数
用于FDC命令的输出，FDC的每条命令需要确保上条命令已经完成
- static void output_byte(char byte)
- {
- int counter;
- unsigned char status;
- for(counter = 0 ; counter < 10000 ; counter++) {
- status = inb(FD_STATUS) & (STATUS_READY | STATUS_DIR);
- if (status == STATUS_READY) {
- outb(FD_DATA, byte);
- return;
- }
- }
- printf("Unable to send byte to FDC\r");
- }
3） 设置驱动器参数
- output_byte(FD_SPECIFY);
- output_byte(0xCF); /* 马达步进速度、磁头卸载时间=32ms */
- output_byte(6); /* Head load time =6ms, DMA */
1.1.2.2 读扇区
- typedef struct {
- unsigned int size, sect, head, track, stretch;
- unsigned char gap,rate,spec1;
- }floppy_struct;
- static floppy_struct floppy_type =
- {2880,18,2,80,0,0x1B,0x00,0xCF }; /* 1.44MB diskette */
- static u32 current_dev = 0;
- /* (2 * 18 * 80 * 512) */
- void FloppyReadSector(u32 sectNo, u8 *buf)
- {
- u32 head, track, block, sector, seek_track;
- if (NULL == buf)
- {
- printf("FloppyReadSector para error.\r");
- return;
- }
- if (sectNo >= (floppy_type.head * floppy_type.track * floppy_type.sect))
- {
- printf("FloppyReadSector sectNo error: %x.\r", sectNo);
- return;
- }
- /* 计算参数 */
- sector = sectNo % floppy_type.sect + 1;
- block = sectNo / floppy_type.sect;
- track = block / floppy_type.head;
- head = block % floppy_type.head;
- seek_track = track << floppy_type.stretch;
-
- /* 软盘重新校正 */
- output_byte(FD_RECALIBRATE);
- output_byte(current_dev);
-
- /* 寻找磁道 */
- output_byte(FD_SEEK);
- output_byte(current_dev);
- output_byte(seek_track);
-
- /* 设置DMA，准备传送数据 */
- SetDMA(buf, FD_READ);
- /* 发送读扇区命令 */
- output_byte(FD_READ); /* command */
- output_byte(current_dev); /* driver no. */
- output_byte(track); /* track no. */
- output_byte(head); /* head */
- output_byte(sector); /* start sector */
- output_byte(2); /* sector size = 512 */
- output_byte(floppy_type.sect); /* Max sector */
- output_byte(floppy_type.gap); /* sector gap */
- output_byte(0xFF); /* sector size (0xff when n!=0 ?) */
- }
程序很清楚，不再多说，写命令于此类似。
唯一不清楚的是SetDMA函数。
我们在设置DOR时设置的DMA工作方式为enable，也就是说数据会通过DMA方式传送，因此必须设置DMA控制器。
1.1.2.3 DMA传输
- /* DMA commands */
- #define DMA_READ 0x46
- #define DMA_WRITE 0x4A
- #define immoutb_p(val,port) \
- __asm__("outb %0,%1\n\tjmp 1f\n1:\tjmp 1f\n1:"::"a" ((char) (val)),"i" (port))
- void SetDMA(u8 *buf, u8 cmd)
- {
- long addr = (long)buf;
- Cli();
- /* mask DMA 2 */
- immoutb_p(4|2,10);
- /* output command byte. I don't know why, but everyone (minix, */
- /* sanches & canton) output this twice, first to 12 then to 11 */
- __asm__("outb %%al,$12\n\tjmp 1f\n1:\tjmp 1f\n1:\t"
- "outb %%al,$11\n\tjmp 1f\n1:\tjmp 1f\n1:"::
- "a" ((char) ((cmd == FD_READ)?DMA_READ:DMA_WRITE)));
- /* 8 low bits of addr */
- immoutb_p(addr,4);
- addr >>= 8;
- /* bits 8-15 of addr */
- immoutb_p(addr,4);
- addr >>= 8;
- /* bits 16-19 of addr */
- immoutb_p(addr,0x81);
- /* low 8 bits of count-1 (1024-1=0x3ff) */
- immoutb_p(0xff,5);
- /* high 8 bits of count-1 */
- immoutb_p(3,5);
- /* activate DMA 2 */
- immoutb_p(0|2,10);
- Sti();
- }
该函数由linux0.11移植而来，可参照DMA控制器手册进行设置。不看也可以，注释写得很清楚，拿过来用就是了。
本文乃fireaxe原创，使用GPL发布，可以自由拷贝，转载。但转载请保持文档的完整性，并注明原作者及原链接，严禁用于任何商业用途。
作者：fireaxe_hq@hotmail.com
博客：fireaxe.blog.chinaunix.net |
免费注册
发表于 2011-12-22 08:51