硬盘与显卡的访问与控制

硬盘的访问与控制

给汇编程序分段

section是nasm汇编编译器的关键字。首先nasm可以理解以汇编编译器程序，主要进行汇编语言的编译，也就是生成机器码。section成为节，主要是为了对程序进行模块化的划分，是汇编程序的结构更加的清晰。section的几个参数我们要着重了解一下。

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section 段名 align=对齐倍数 vstart=设置

若没有align子句在32位和64位程序中段与段间按照4字节对齐，及在原有段后补充0

若没有vstart子句，则段内汇编地址就是相对程序开的的偏移量，若指定vstart则段内汇编地址从vstart开始

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section data1 align=16 vstart=0
mydata dw 0xface

section data2 align=16 vstart=0
string db 'hello'
 
section code align=16 vstart=0
    mov bx , mydata
    mov si , string

正如我们刚刚讨论过的，每个段都有一个汇编地址，它是相对于整 个程序开头（0）的。为了方便取得该段的汇编地址，NASM 编译器提供 了以下的表达式，可以用在你的程序中：

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section.段名称.start

段 “code” 相 对 于 整 个 程 序 开 头 的 汇 编 地 址 是 section.code.start。

加载器和用户程序

一般来说，加载器和用户程序是在不同的时间、不同的地方，由不同的人或公司开发的。这就意味着，它们彼此并不了解对方的结构和功能。事实上，也不需要了解。加载器必须了解一 些必要的信息，虽然不是很多，但足以知道如何加载用户程序,他们之间必须有一个协议，或者说协定，比如说，在用户程序内部的某个固定位置，包含一些基本的结构信息，每个用户程序都必须把自己的情况放在这里，而加载器也固定在这个位置读取。经验表明，把这个约定的地点放在用户程序的开头，对双方，特别是对加载器来说比较方便，这就是用户程序头部。

头部需要在源程序以一个段的形式出现section header vestart=0而且，因为它是“头部”，所以，该段当然必须是第一个被定义的段， 且总是位于整个源程序的开头。

用户程序头部起码要包含以下信息。

  1. 用户程序的尺寸，即以字节为单位的大小。这对加载器来说是很 重要的，加载器需要根据这一信息来决定读取多少个逻辑扇区
  2. 应用程序的入口点，包括段地址和偏移地址。加载器并不清楚用 户程序的分段情况，更不知道第一条要执行的指令在用户程序中的位 置。因此，必须在头部给出第一条指令的段地址和偏移地址，这就是所 谓的应用程序入口点
  3. 段重定位表。用户程序可能包含不止一个段，比较大的程序可能 会包含多个代码段和多个数据段。这些段如何使用，是用户程序自己的 事，但前提是程序加载到内存后，每个段的地址必须重新确定一下。
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SECTION header vstart=0                     ;定义用户程序头部段 
    program_length  dd program_end          ;程序总长度[0x00]
    
    ;用户程序入口点
    code_entry      dw start                ;偏移地址[0x04]
                    dd section.code.start   ;段地址[0x06] 
    
    ;段重定位表项个数[0x0a]
    realloc_tbl_len dw (header_end-realloc_begin)/4
                                            
    realloc_begin:
    ;段重定位表           
    code_segment    dd section.code.start   ;[0x0c]
    data_segment    dd section.data.start   ;[0x14]
    stack_segment   dd section.stack.start  ;[0x1c]
    
header_end:

加载器的工作流程

读取用户程序的起始扇区

把整个用户程序都读入内存

计算段的物理地址和逻辑地址和段地址(段重定位)

转移到用户程序执行(将处理器的控制权交给用户程序)

输入输出端口的访问

处理器是通过端口（Port）来和外围设备打交道的。本质 上，端口就是一些寄存器，类似于处理器内部的寄存器。不同之处仅仅 在于，这些叫做端口的寄存器位于I/O 接口电路中。端口是处理器和外围设备通过I/O 接口交流的窗口，每一个I/O 接口 都可能拥有好几个端口，分别用于不同的目的。端口可以是8 位的，也可以是16 位的或32位

比如，连接硬盘的 PATA/SATA 接口就有几个端口，分别是命令端口（当向该端口写入0x20 时，表明是从硬盘读数据；写入0x30 时，表明是向硬盘写数据）、状态端口（处理器根据这个端口的数据来判断硬盘工作是否正常，操作是否成功，发生了哪种错误）、参数端口（处理器通过这些端口告诉硬盘读 写的扇区数量，以及起始的逻辑扇区号）和数据端口（通过这个端口连续地取得要读出的数据，或者通过这个端口连续地发送要写入硬盘的数据）。

端口在不同的计算机系统中有着不同的实现方式。在一些计算机系 统中，端口号是映射到内存地址空间的。比如，0x00000～0xE0000 是 真实的物理内存地址，而0xE0001～0xFFFFF 是从很多I/O 接口那里映 射过来的，当访问这部分地址时，实际上是在访问I/O 接口。

而在另一些计算机系统中，端口是独立编址的，不和内存发生关系在这种计算机中，处理器的地址线既连接内存，也连接每一个I/O 接口。但是，处理器还有一个特殊的引脚M/IO#，在这 里，“#”表示低电平有效。也就是说，当处理器访问内存时，它会让 M/IO#引脚呈高电平，这里，和内存相关的电路就会打开；相反，如果处理器访问I/O 端口，那么M/IO#引脚呈低平，内存电路被禁止。与此同时，处理器发出的地址和M/IO#信号一起用于打个某个I/O 接口，如果该 I/O 接口分配的端口号与处理器地址相吻合的话。

in out 指令

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in al , dx
in ax , dx
in al , 立即数
in ax , 立即数

in 指令的目的操作数必须是寄存器AL 或者AX，当访问8 位的端口时，使用寄存器AL；访问16 位的端口时，使用AX。in 指令的源操作数应当是寄存器DX，in 指令不允许使用别的通用寄存器，也不允许使用内存单元作为操作数。

in指令的目的操作数是立即数时，只能访问0～255（0x00～0xff）号端口，不允许访问大于255 的端口号

out 指令正好和in 指令相反，目的操作数可以是8 位立即数或者寄存器DX，源操作数必须是寄存器AL 或者AX

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out 0x37 , al    ;写0x37号端口(8位端口)
out 0xf5 , ax	 ;写0xfd号端口(16位端口)
out dx , al		 ;写一个8位端口，端口号在寄存器dx中
out dx , ax      ;写一个16位端口，端口号在寄存器dx中

in out指令不影响flag寄存器

通过硬盘控制器端口读扇区数据

硬盘读写的基本单位是扇区。就是说，要读就至少读一个扇区，要写就至少写一个扇区

LBA模式(Logical Block Addressing)采用逻辑扇区号的方式访问硬盘，采用LBA28访问硬盘及扇区号由28位bit决定

主硬盘分配器分配了8个端口(0x1f0 ~ 0x1f7)

  1. 设置要读取的扇区数量

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    mov dx , 0x1f2     ;访问0x1f2端口
    mov al , 0x01      ;设置扇区数量，当al中是0时意味着尧都区的扇区数为256
    out dx , al        ;设置读取的扇区数为1

  2. 设置起始的LBA扇区号

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    ;扇区号0x0  00 00 02
    mov dx , 0x1f3
    mov al , 0x02	 ;LBA地址 7~0
    out dx , al  
    inc dx			;0x1f4
    mov al , 0x00	
    out dx , al
    inc dx			;0x1f5
    out dx , al
    inc dx			;0x1f6
    mov al , 0xe0	;高8位 1110 第四位为0表示读写主硬盘，第六位位1表示采用LBA模式，7 5位固定为1
    out dx , al

  3. 设置读命令

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    mov dx , 0x1f7
    mov al , 0x20
    out dx , al

  4. 等待读写完成

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    	mov dx , 0x1f7
    .waits:
    	in al , dx
    	and al , 0x88
    	cmp al , 0x08  ;当无错误且准备好时不跳转
    	jnz .waits

  5. 读硬盘

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    ;假定DS已指向存放扇区数据的段，BX里时段内的偏移地址
    	mov cx , 256
    	mov dx , 0x1f0
    .readw:
    	in ax , dx
    	mov [bx] , ax
    	add bx , 2
    	loop .readw

比特位移动指令

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calc_segment_base:              ;计算16位段地址
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    push dx
    
    add ax , [cs:phy_base]
    adc dx , [cs:phy_base+0x02]
    shr ax , 4
    ror dx , 4
    and ax , dx
    or ax , dx
    pop dx

8086最大支持1M内存寻址，故地址有20位。我们将段地址高字节存放在寄存器dx低字节存放在寄存器ax，由于只能有20位故dx的高12位为0，由于是段地址故ax的第四位为0

add adr

8086无法进行32位加法，需要add和adc配合使用，adc是带进位的加法指令

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add ax , [cs:phy_base]
adc dx , [cs:phy_base+0x02]

在进行add后有可能产生进位，导致标志寄存器CF有可能为1，adc指令除了将操作数相加外还要加标志寄存器CF

shr ror shl rol

逻辑右移指令

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shr 寄存器/内存 , 立即数(8位)
shr 寄存器/内存 , cl(存放移动的位数)

空余bit用0填充，标志寄存器CF=最后一个被移出的bit

循环右移指令ror

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ror 寄存器/内存 , 立即数(8位)
ror 寄存器/内存 , cl(存放移动的位数)

与shr ror相对应的是shl rol 逻辑左移和循环左移，sh -> shift(挪动) ro -> round圆

无条件转移指令

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jmp short 标号 	;机器码 EB 一字节相对地址
jmp near 标号		;机器码 E9 一个字相对地址
jmp 标号			;编译器根据距离目标位置的远近决定使用近转移还是短转移

16位间接近转移

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jmp 寄存器/内存	  	;直接转移到目标位置

16位绝对远转移

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jmp 段地址:偏移地址

16位间接绝对远转移

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jmp far 内存	;在指定的内存地址处必须包含目标位置的段地址和偏移地址，第一个字是偏移地址ip，第二个字是段地址cs

内存保留指令

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resb 立即数 				：保留立即数字节的内存,不初始化

resw 立即数				：保留立即数字的内存,不初始化

resd 立即数				：保留立即数双字的内存,不初始化

retf指令

CPU执行retf指令时，进行下面两步操作：

  1. (IP) = ((ss) * 16 + (sp))
  2. (SP) = (sp) + 2
  3. (CS) = ((ss) * 16 + (sp))
  4. (SP) = (sp) + 2