我的boot（6）---- x86保护模式下的软盘操作floppy

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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。

 

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