Операционная система MS-DOS© Александр Фролов, Григорий ФроловТом 1, книга 3, М.: Диалог-МИФИ, 1992.
1.4. Программирование контроллера НГМДБольшинство дисковых операций можно выполнить на уровне функций BIOS. Это самый простой и надежный способ работы с диском на физическом уровне. Однако в отдельных случаях вам может потребоваться непосредственный доступ к контроллеру НГМД - например, если вы разрабатываете систему защиты данных от копирования. Информация, приведенная в этом разделе, ориентирована прежде всего не на выполнение операций чтения/записи (которые лучше выполнять с помощью функций BIOS), а на управление контроллером и получение состояния контроллера. Именно эти возможности требуются для организации защиты данных от копирования. Для лучшего понимания работы контроллера мы приведем схему расположения зон данных на дорожке флоппи-диска: ++ Прединдексный синхронизирующий промежуток ¦ FF ¦ ¦ 00 ¦ +¦ Индексная адресная метка ¦ IAM ¦ +¦ Промежуток 1 ¦ ¦ +¦ Сектор 1 ¦ ¦ +¦ Промежуток GPL ¦ ¦ +¦ Сектор 2 ¦ ¦ +¦ Промежуток GPL ¦ ¦ +¦ ¦ ¦ ¦ * * * ¦ ¦ ¦ +¦ Промежуток GPL ¦ ¦ +¦ Сектор N ¦ ¦ +¦ Промежуток GPL ¦ ¦ +¦ Конечный промежуток ¦ ¦ ++ Каждый сектор на дорожке состоит из областей индексных данных и данных. Сектора разделены промежутком GPL, в конце дорожки располагается конечный промежуток, его размер зависит от скорости вращения диска, длин секторов и других промежутков. Область индексных данных содержит информацию о номере дорожки, головки, сектора, код длины сектора. Область данных содержит сами данные. Приведем формат сектора: ++ Адресная метка индексных данных ¦ IDAM ¦ +¦ Номер дорожки ¦ ¦ +¦ Номер головки ¦ ¦ +¦ Номер сектора ¦ ¦ +¦ Код длины сектора ¦ ¦ +¦ Два байта циклического контроля ¦ ¦ +¦ Промежуток ¦ FF ¦ ¦ 00 ¦ +¦ Адресная метка данных ¦ ¦ +¦ Данные ¦ ¦ ¦********¦ ¦ ¦ +¦ Два байта циклического контроля ¦ ¦ ++ Программа обращается к контроллеру для выполнения различных операций с помощью команд ввода/вывода. Для машин IBM PC и XT используются три порта с адресами 3F2h, 3F4h и 3F5h. В машинах класса AT дополнительно используются два порта с адресами 3F6h и 3F7h. Порт 3F2h работает только на запись, это порт вывода. С его помощью можно выбирать для работы один из дисководов (одновременно можно работать только с одним дисководом), сбрасывать контроллер в исходное состояние, разрешать или запрещать прерывания от контроллера и работу схем прямого доступа к памяти, включать или выключать двигатели дисководов. Назначение отдельных битов этого порта:
Порт 3F4h предназначен только для чтения. С его помощью можно получить байт основного состояния контроллера. Назначение битов:
Порт 3F5h предназначен для записи или чтения данных. Он используется при всех операциях контроллера. Выполнение любой операции начинается с того, что программа посылает в этот порт байт кода операции, за которым следует один или несколько байтов параметров. Количество байтов параметров и их назначение зависит от кода операции (т.е. от первого байта). После выполнения операции программа считывает несколько байтов результата для анализа правильности выполнения операции. Порт 3F7h работает на запись и чтение, он используется только в машинах AT. При записи биты 0-1 определяют скорость передачи данных:
Приведем назначение отдельных битов порта 3F7h для чтения:
Контроллер НГМД может выполнять 15 операций, или команд. Выполнение команды разделяется на три фазы - командная фаза, фаза выполнения, фаза результата. В командной фазе программа должна передать контроллеру всю информацию, необходимую для выполнения команды. В фазе выполнения команда выполняется, и в фазе результата программа получает от контроллера информацию о состоянии контроллера. Информация, необходимая для выполнения команды, передается контроллеру через порт данных 3F5h. В соответствии с форматом команды программа должна последовательно вывести в этот порт код команды и все параметры. Прежде чем программа начнет командную фазу, она должна убедиться в том, что контроллер завершил выполнение предыдущей операции и готов к приему команды. Для этого программа должна считать байт основного состояния контроллера из порта с адресом 3F4h и проверить биты 6 и 7. Бит 6 должен быть установлен в 0. Это означает, что данные будут передаваться от процессора к контроллеру. Бит 7 должен быть установлен в 1 - это готовность контроллера к приему команды. Фаза выполнения начинается после установки битов 6 и 7 байта основного состояния в 1. После завершения выполнения команды контроллер формирует сигнал запроса прерывания. В фазе результата процессор считывает состояние контроллера. Это состояние хранится в нескольких внутренних регистрах контроллера: RS - регистр основного состояния; ST0, ST1, ST2, ST3 - регистры дополнительного состояния. Регистр основного состояния доступен через порт 3F4h, содержимое остальных регистров процессор считывает после выполнения контроллером команды через порт данных 3F5h. Приведем форматы для всех команд контроллера НГМД.
Команда Байты команды
Чтение данных
++
¦MT ¦MFM¦SK ¦ 0 ¦ 0 ¦ 1 ¦ 1 ¦ 0 ¦
++++++++¦
¦ 0 ¦ 0 ¦ 0 ¦ 0 ¦ 0 ¦HDS¦DS1¦DS0¦
++
Чтение удаленных данных
++
¦ MT ¦MFM¦SK ¦ 0 ¦ 1 ¦ 1 ¦ 0 ¦ 0 ¦
++++++++¦
¦ 0 ¦ 0 ¦ 0 ¦ 0 ¦ 0 ¦HDS¦DS1¦DS0¦
++
Запись данных
++
¦MT ¦MFM¦ 0 ¦ 0 ¦ 0 ¦ 1 ¦ 0 ¦ 0 ¦
++++++++¦
¦ 0 ¦ 0 ¦ 0 ¦ 0 ¦ 0 ¦HDS¦DS1¦DS0¦
++
Запись удаленных данных
++
¦MT ¦MFM¦ 0 ¦ 0 ¦ 1 ¦ 0 ¦ 0 ¦ 1 ¦
++++++++¦
¦ 0 ¦ 0 ¦ 0 ¦ 0 ¦ 0 ¦HDS¦DS1¦DS0¦
++
Чтение данных с дорожки
++
¦MT ¦MFM¦SK ¦ 0 ¦ 0 ¦ 0 ¦ 1 ¦ 0 ¦
++++++++¦
¦ 0 ¦ 0 ¦ 0 ¦ 0 ¦ 0 ¦HDS¦DS1¦DS0¦
++
Сканирование до "равно"
++
¦MT ¦MFM¦SK ¦ 1 ¦ 0 ¦ 0 ¦ 0 ¦ 1 ¦
++++++++¦
¦ 0 ¦ 0 ¦ 0 ¦ 0 ¦ 0 ¦HDS¦DS1¦DS0¦
++
Сканирование до "меньше" или "равно"
++
¦MT ¦MFM¦SK ¦ 1 ¦ 1 ¦ 0 ¦ 0 ¦ 1 ¦
++++++++¦
¦ 0 ¦ 0 ¦ 0 ¦ 0 ¦ 0 ¦HDS¦DS1¦DS0¦
++
Сканирование до "больше" или "равно"
++
¦MT ¦MFM¦SK ¦ 1 ¦ 1 ¦ 1 ¦ 0 ¦ 1 ¦
++++++++¦
¦ 0 ¦ 0 ¦ 0 ¦ 0 ¦ 0 ¦HDS¦DS1¦DS0¦
++
Форматирование дорожки
++
¦ 0 ¦MFM¦ 0 ¦ 0 ¦ 1 ¦ 1 ¦ 0 ¦ 1 ¦
++++++++¦
¦ 0 ¦ 0 ¦ 0 ¦ 0 ¦ 0 ¦HDS¦DS1¦DS0¦
++
Считывание индексных данных
++
¦ 0 ¦MFM¦ 0 ¦ 0 ¦ 1 ¦ 0 ¦ 1 ¦ 1 ¦
++++++++¦
¦ 0 ¦ 0 ¦ 0 ¦ 0 ¦ 0 ¦HDS¦DS1¦DS0¦
++
Инициализация
++
¦ 0 ¦ 0 ¦ 0 ¦ 0 ¦ 0 ¦ 1 ¦ 1 ¦ 1 ¦
++++++++¦
¦ 0 ¦ 0 ¦ 0 ¦ 0 ¦ 0 ¦ 0 ¦ 1 ¦ 0 ¦
++
Чтение состояния прерывания
++
¦ 0 ¦ 0 ¦ 0 ¦ 0 ¦ 1 ¦ 0 ¦ 0 ¦ 0 ¦
++
Определить параметры
++
¦ 0 ¦ 0 ¦ 0 ¦ 0 ¦ 0 ¦ 0 ¦ 1 ¦ 1 ¦
++
Чтение состояния накопителя
++
¦ 0 ¦ 0 ¦ 0 ¦ 0 ¦ 0 ¦ 1 ¦ 0 ¦ 0 ¦
++++++++¦
¦ 0 ¦ 0 ¦ 0 ¦ 0 ¦ 0 ¦HDS¦DS1¦DS0¦
++
Поиск
++
¦ 0 ¦ 0 ¦ 0 ¦ 0 ¦ 1 ¦ 1 ¦ 1 ¦ 1 ¦
++++++++¦
¦ 0 ¦ 0 ¦ 0 ¦ 0 ¦ 0 ¦HDS¦DS1¦DS0¦
++
Первые несколько команд имеют одинаковый формат параметров и байтов результата. Приведем байты параметров, которые должны следовать за командами и байты результата, которые процессор должен считать после выполнения команды.
После выполнения команды центральный процессор должен получить от контроллера байты результата. Среди них - содержимое внутренних регистров состояния контроллера ST0, ST1, ST2, ST3. Опишем назначение отдельных битов этих регистров. Формат регистра ST0:
Формат регистра ST1:
Формат регистра ST2:
Формат регистра ST3:
Дополнительно перед выполнением операции и после ее завершения надо проанализировать содержимое описанного выше регистра основного состояния контроллера RS. В форматах команд и таблицах используются следующие обозначения:
Команда "Определить параметры" задает времена задержки для трех внутренних таймеров контроллера. Первый байт параметров состоит из двух полей - SRT и HUT. Поле SRT задает временной интервал между шаговыми импульсами двигателя перемещения головки. Это поле имеет ширину 4 бита. Поле HUT определяет время разгрузки головки и тоже имеет ширину 4 бита. Второй байт параметров состоит из полей HLT и ND. Поле HLT имеет ширину 7 битов и определяет время загрузки головки. Бит ND определяет использование канала прямого доступа - если этот бит установлен в 0, то ПДП используется, иначе обмен данными идет через центральный процессор. Параметры для команды "Определить параметры" лучше всего взять из таблицы параметров дискеты, заполняющейся BIOS во время инициализации системы. Конечно, если вам нужны нестандартные параметры, вы можете попробовать использовать свои, ориентируясь на значения из таблицы параметров дискеты. Команда "Инициализация" может выполняться одновременно для всех накопителей. По этой команде головки перемещаются на нулевую дорожку. Команда "Поиск" используется для установки головки на нужную дорожку. Поиск может выполняться одновременно для нескольких накопителей. Команда "Чтение состояния прерывания" может вырабатываться после завершения других команд для выяснения состояния контроллера после прерывания. Эту команду удобно использовать после команд "Поиск" или "Инициализация". После поступления команды "Чтение данных" загружается головка, контроллер считывает метки адреса идентификатора ID и поля ID. Контроллер последовательно считывает номера секторов, и как только считанный номер совпадет с требуемым, считывает данные сектора байт за байтом и передает их либо центральному процессору, либо каналу прямого доступа к памяти. При передаче данных контроллер должен обслуживаться каждые 27 мкс в режиме одинарной плотности и 13 мкс в режиме двойной плотности, иначе в регистре состояния ST3 устанавливается флаг переполнения OR. Если контроллер не может найти нужный сектор, то в регистре ST1 устанавливается флаг отсутствия данных ND. При ошибке считывания данных, обнаруженной схемами избыточного циклического контроля CRC, устанавливается флаг ошибки данных DE. При считывании адресной метки удаленных данных в регистре ST2 и сброшенном в 0 бите SK команды флаг CM устанавливается в 1, читаются все данные из этого сектора, затем выполнение команды прекращается. Поле команды MT позволяет задать выполнение многодорожечной операции, при которой контроллер считывает данные с обеих сторон дискеты. Поле MFM определяет плотность обрабатываемой информации: значение 0 соответствует одинарной плотности, 1 - двойной. Если поле команды N содержит 0, то поле DTL определяет объем передаваемых данных. Если поле N содержит отличное от нуля значение, поле DTL игнорируется и должно содержать значение 0FFh. Выполнение команды "Запись" аналогично. В режиме записи обмен данными процессора с контроллером должен происходить каждые 31 мкс в режиме одинарной плотности и каждые 15 мкс в режиме двойной плотности. По команде "Запись удаленных данных" в начале поля данных записывается адресная метка удаленных данных вместо обычной адресной метки данных. По команде "Чтение данных дорожки" считываются все поля данных с каждого сектора дорожки как непрерывные блоки данных. С помощью этой команды можно производить многодорожечные операции, пропуски. Команда "Чтение индексных данных" позволяет определить положение головки. Команда "Форматирование дорожки" форматирует всю дорожку - на нее записываются интервалы, адресные метки, поля индексных данных и поля данных. Вам не обязательно располагать сектора в порядке увеличения номеров, т.к. при форматировании контроллер запрашивает параметры C, H, R, N. Группа команд "Сканирование" позволяет сравнивать данные, поступающие от контроллера и от центрального процессора. Контроллер выполняет побайтное сравнение и ищет сектор, удовлетворяющий заданному условию. При выполнении условия сканирования в регистре состояния ST2 устанавливается флаг SH, в противном случае - флаг SN. Как пользоваться всеми этими командами? Выполнив сброс контроллера, вам надо его проинициализировать, задав все рабочие параметры. Затем можно выдавать контроллеру команды, каждый раз проверяя регистр его основного состояния ST и анализируя байты результата ST0...ST3. Можно предложить следующую последовательность действий:
Программирование контроллера прямого доступа к памяти будет подробно описано во втором томе книги, сейчас мы приведем только основные сведения, необходимые для того, чтобы разобраться в программе, демонстрирующей использование команд контроллера НГМД. Контроллер прямого доступа к памяти (КПДП) имеет несколько каналов и для машин AT состоит из двух микросхем Intel 8237A. Контроллер НГМД использует канал 2. Перед началом инициализации КПДП программа должна послать в порты 0Bh и 0Ch код операции, которая будет выполняться КПДП - 46h для операции чтения и 4Ah для операции записи. В процессе инициализации программа должна сообщить КПДП адрес буфера, куда ему следует поместить данные или откуда надо взять данные, и длину передаваемых данных в байтах. Адрес необходимо представить в виде номера страницы и смещения. Для КПДП машины AT используется восьмибитовый номер страницы и 16-битовое смещение. Например, для адреса 23456 номер страницы - 2, смещение - 3456. Для программирования канала 2 КПДП программа должна сначала вывести младший байт смещения в порт с адресом 4, затем вывести в этот же порт старший байт смещения и, наконец, вывести байт номера страницы в порт с адресом 81h. Длина передаваемых данных выводится аналогично в порт с адресом 5 - сначала младший байт длины, затем старший. После определения режима работы канала, адреса буфера и длины передаваемых данных, программа должна разрешить работу КПДП, выдав в порт с адресом 0Ch байт 2. Теперь канал прямого доступа готов к работе и будет ждать данных от контроллера НГМД. Приведенная ниже демонстрационная программа использует несколько наиболее характерных команд контроллера НГМД. Она предназначена для работы на машине AT. Для того, чтобы она правильно работала и на машинах PC/XT, ее надо немного изменить. Изменения касаются программирования контроллера ПДП и программирования скорости передачи контроллера НГМД. Контроллер КПДП PC/XT использует 4-битовый номер страницы буфера вместо 8-битового. Скорость передачи контроллера НГМД в машинах PC/XT не программируется, вам надо убрать соответствующие строки из программы. Еще надо обратить внимание на различное быстродействие машин AT и PC/XT и скорректировать константы в строках программы, выполняющих задержку. Программа не проверяет, установлен ли флоппи-диск в приемный карман дисковода, поэтому перед запуском не забудьте установить диск.
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <conio.h>
#include <dos.h>
#include "sysp.h"
#define CYL 0
void main(void);
void fdc_out(unsigned char byte);
int fdc_inp(void);
void int_wait(void);
void dma_init(char *);
void main(void) {
unsigned i;
long l;
char buffer[512];
char status[7], main_status;
DPT _far *fdpt;
FILE *sect;
printf("\n"
"\nРабота с контроллером НГМД"
"\n (C)Фролов А., 1991"
"\n");
// Эта программа предназначена только для IBM AT
if(pc_model() != 0xfc) {
printf("Эта программа предназначена только для IBM AT\n");
exit(-1);
}
// Открываем файл, в который будем записывать
// содержимое самого первого сектора на дискете
sect = fopen("!sector.dat","wb+");
// Устанавливаем указатель на таблицу
// параметров дискеты
fdpt = get_dpt();
// Включаем мотор дисковода А:
// Перед этим разрешаем прерывания
_enable();
outp(0x3F2, 0x1C);
// Выполняем задержку для разгона двигателя
for(l=0;l<200000;l++);
// Показываем содержимое регистра основного
// состояния контроллера
printf("Мотор включен.\t\t");
printf("Основное состояние: %02.2X\n",inp(0x3F4));
// Перед чтением сектора необходимо установить
// головку на нужную дорожку, в нашем случае это
// дорожка с номером CYL.
// Выдаем контроллеру команду "Поиск"
fdc_out(0xf);
// Для команды "Поиск" требуется два байта параметров:
// номер головки/номер накопителя и номер дорожки.
// Мы работаем с нулевой головкой накопителя А:,
// поэтому первый параметр равен 0, второй - CYL
fdc_out(0);
fdc_out(CYL);
// Показываем содержимое регистра основного
// состояния контроллера
printf("\n<<<Поиск>>> \t\t");
printf("Основное состояние: %02.2X\n",inp(0x3F4));
// Ожидаем прерывание по завершению операции
int_wait();
// Задержка для позиционирования головки
for(l=0;l<20000;l++);
// Для проверки результата выполнения команды
// "Поиск" выдаем контроллеру команду
// "Чтение состояния прерывания"
// Выводим содержимое регистра состояния
// ST0 и номер дорожки после выполнения команды
// "Поиск" PCN
fdc_out(0x8);
printf("Состояние прерывания:\t");
printf(" ST0: %02.2X, \t", fdc_inp());
printf("PCN: %02.2X\n", fdc_inp());
// Для более глубокой диагностики состояния
// контроллера выдаем контроллеру команду
// "Чтение состояния накопителя", выводим
// содержимое регистра состояния ST3
fdc_out(4);
fdc_out(0);
printf("Состояние накопителя:\t ST3: %02.2X\n",fdc_inp());
// Устанавливаем скорость передачи данных 500 Кбайтов/с,
// это значение может различаться для разных типов дискет
outp(0x3F7, 0);
// Инициализация канала прямого
// доступа к памяти
dma_init(buffer);
// Выдаем команду "Чтение данных"
fdc_out(0x66);
fdc_out(0x0); // накопитель 0, головка 0
fdc_out(CYL); // цилиндр CYL
fdc_out(0); // головка 0
fdc_out(1); // номер сектора - 1
// Передаем контроллеру технические параметры
// дисковода, берем их из таблицы параметров дискеты.
// Это такие параметры:
// - размер сектора;
// - номер последнего сектора на дорожке;
// - размер промежутка;
// - число считываемых/записываемых байтов
fdc_out(fdpt->sec_size);
fdc_out(fdpt->eot);
fdc_out(fdpt->gap_rw);
fdc_out(fdpt->dtl);
// Ожидаем прерывание по завершению операции
int_wait();
// Считываем и выводим на экран байты результата
// операции "Чтение данных"
printf("\n<<<Чтение сектора>>> \n");
printf(" Байты состояния (ST0,ST1,ST2,C,H,R,N):\n");
for(i=0; i<7; i++) printf("%02.2X\t", (char) fdc_inp());
printf("\n");
// Выводим содержимое считанного сектора в файл
for(i=0; i<512; i++) fputc(buffer[i],sect);
fclose(sect);
// Выключаем мотор
outp(0x3F2, 0xC);
}
// Вывод байта в контроллер дисковода
void fdc_out(unsigned char parm) {
_asm {
mov dx,3F4h // Порт основного состояния
loop_fdc_out:
in al,dx
test al,80h // Проверяем готовность
jz loop_fdc_out // контроллера
inc dx // Выводим байт в порт данных
mov al, parm // контроллера
out dx, al
}
}
// Ввод байта из порта данных контроллера дисковода
int fdc_inp(void) {
_asm {
mov dx,3F4h // Порт основного состояния
loop_fdc_inp:
in al,dx
test al,80h // Проверяем готовность
jz loop_fdc_inp // контроллера
inc dx // Введенный байт записываем
in al, dx // в регистр AX
}
}
// Ожидание прерывания от контроллера
void int_wait(void) {
// Разрешаем прерывания
_enable();
_asm {
mov ax,40h // После прихода прерывания
mov es,ax // программа обработки прерывания
mov bx,3Eh // устанавливает в 1 старший бит
wait_loop: // байта в области данных BIOS
mov dl,es:[bx] // по адресу 0040:003E.
test dl,80h // Мы ждем, когда этот бит будет
jz wait_loop // установлен в 1, а затем
// сбрасываем его.
and dl,01111111b
mov es:[bx],dl
}
}
// Инициализация канала прямого доступа к памяти
void dma_init(char *buf) {
unsigned long f_adr;
unsigned sg, of;
// Вычисляем 24-разрядный адрес буфера для данных
f_adr = ((unsigned long)_psp << 4)
+ (((unsigned long)buf) & 0xffff);
// Расщепляем адрес на номер страницы
// и смещение
sg = (f_adr >> 16) & 0xff;
of = f_adr & 0xffff;
// На время программирования контроллера прямого
// доступа запрещаем прерывания
_disable();
_asm {
mov al,46h // Команда чтения данных от
// контроллера НГМД.
out 12,al // Сброс триггера-указателя байта
// для работы с 16-разрядными портами.
// Следующий байт, выводимый в 16-разрядный
// порт будет интерпретироваться
// как младший.
out 11,al // Установка режима контроллера ПДП
mov ax,of // Смещение буфера, младший байт
out 4,al
mov al,ah // Смещение буфера, старший байт
out 4,al
mov ax,sg // Номер страницы
out 81h,al
mov ax,511 // Длина передаваемых данных
out 5,al
mov al,ah
out 5,al
mov al,2 // Разблокировка канала 2 контроллера ПДП
out 10,al
}
// Инициализация контроллера закончена,
// разрешаем прерывания.
_enable();
}
Остальные команды вы можете попробовать сами. Для получения дополнительной информации по контроллеру НГМД обратитесь к техническому руководству по IBM PC. Многое можно почерпнуть из описания микросхем дискового контроллера 765 фирмы NEC и аналогов этой микросхемы - Intel 8272A и отечественной КР1810ВГ72А.
|
Библиотека
Братьев
Фроловых
Братьев
Фроловых
![[Назад]](../../prev.gif){kind=small}
![[Содеожание]](../../sod.gif){kind=small}
![[Дальше]](../../next.gif){kind=small}