79-80 - 硬盘驱动程序设计

---- 整理自狄泰软件唐佐林老师课程

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1. IDE是什么？

早期，硬盘控制器和硬盘本身是分开的
后来，硬盘控制器和硬盘本身合二为一
于是，有了高大上的名字 Integrated Drive Electronics，IDE
再后来，有了别名ATA，然后是ATA / IDE
最初的硬盘是用并口传输数据，所以IDE常指代并口硬盘接口
后来有了串口硬盘接口，名为: SerialATA，缩写：SATA …

1.1 问题

• 虚拟机中有硬盘吗？如何创建一块虚拟硬盘？

1.2 创建虚拟硬盘

1.3 修改bochsrc

1.4 BIOS留下的遗产

BIOS运行后会遍历系统中的硬件，并记录相关信息。其中，硬盘数量记录于 0x475地址 处。

1.5 编程实验：虚拟硬盘创建

【参看链接】：79-80 - 硬盘驱动程序设计 / 79 / 00虚拟硬盘创建

2. 硬盘控制器

• 硬盘控制器：硬盘的原生操作接口
  通过 固定I/O端口 对硬盘控制器进行操作
  操作的 本质 是 读写硬盘控制器中的寄存器
  • 命令块寄存器（Command Block Register）
  • 控制块寄存器（Control Block Register）
• 硬盘IO端口及寄存器

• 注意
  • 命令块寄存器对应多个端口（多个寄存器）
  • 控制块寄存器对应单个端口（单个寄存器）
  • 端口可读可写，但读写时意义可能不同

2.1 硬盘操作基本步骤

1. 往 命令块寄存器 写数据
2. 往 控制块寄存器 写数据
3. 从数据端口中 读取数据

2.2 关键寄存器详解 - LBA Register

• LBA是什么？
  LBA：Logical Block Addressing，逻辑块地址，是一种线性寻址的方式（0 ~ n）

注：将CHS地址映射到线性地址

• 目前绝大多数硬盘支持 LBA扇区寻址方式
  • 通过3.5个寄存器（即：28位）读写硬盘扇区
    • LBA Low：保存逻辑扇区地址的 低8位
    • LBA Mid：保存逻辑扇区地址中的 中8位
    • LBA High：保存逻辑扇区地址的 高8位
  • 8 * 3 = 24，还有 28 - 24 = 4 位在哪里？

2.3 关键寄存器详解 - Device Register

2.4 关键寄存器详解 - Command Register

指定硬盘操作：

2.5 关键寄存器详解 - Status Register

2.6 思考

• 硬盘读写数据时需要注意哪些问题？

3. 硬盘读写注意事项

3.1 注意一

• 硬盘以 扇区 为基本读写单位
  读写数据时需要 计算目标扇区的 逻辑地址（LBA）
  确定逻辑地址后，读取扇区数据到内存（ 512字节 ）
  • 读：从读取的扇区中拷贝目标数据
  • 写：数据写入读取的扇区中，之后将扇区数据 写回硬盘

3.2 注意二

硬盘数据端口（0x1F0）的读写需要以 双字节为单位（WORD）

注：双字节对应C语言中的 ushort

3.3 汇编小贴士

cld：清空方向标志位，向高地址方向增加地址值
insw：端口操作，从端口读取一个字（双字节）
outsw：端口操作，向端口写入一个字（双字节）
rep：重复指令，重复次数由ecx寄存器指定

3.4 端口读写

;
; void ReadPortW(ushort port, ushort* buf, uint len)
;
ReadPortW:
    push ebp
    mov ebp, esp
    
    mov edx, [ebp + 8]  ; 参数port
    mov edi, [ebp + 12] ; 参数buf
    mov ecx, [ebp + 16] ; 参数len

    cld
    rep insw

    nop
    nop
    nop

    leave
    ret

;
; void WritePortW(ushort port, ushort* buf, uint len)
;
WritePortW:
    push ebp
    mov ebp, esp

    mov edx, [ebp + 8]  ; 参数port
    mov esi, [ebp + 12] ; 参数buf
    mov ecx, [ebp + 16] ; 参数len

    cld
    rep outsw

    nop
    nop
    nop

    leave
    ret

• 将esi指向的2n个字节写入edx指定的端口中：
  

• 从edx指定的端口中读取2n个字节并存入edi指向的地址中：
  

3.5 数据结构创建

3.6 硬盘数据读取示例

注释：si - 指第几个扇区：sector index

3.7 编程实验：硬盘驱动程序设计

1. 测试硬盘读写

【参看链接】：79-80 - 硬盘驱动程序设计 / 79 / 01测试硬盘读写

2. 开发文件系统预备工作

【参看链接】：79-80 - 硬盘驱动程序设计 / 80

3.8 思考

-[ ] 能够读取硬盘扇区是否就可以创建文件？