Защищенный режим процессоров Intel 80286/80386/80486© Александр Фролов, Григорий ФроловТом 4, М.: Диалог-МИФИ, 1993, 234 стр.
2.4. Пример простой программы переключения режимаДанная программа запускается в реальном режиме в среде MS-DOS, переключает процессор в защищённый режим, выдаёт сообщение и через некоторое время возвращает процессор в реальный режим, стирает экран и завершает своё выполнение. Программа подготовлена с помощью транслятора Borland Turbo Assembler и использует режим IDEAL. Для её трансляции был использован следующий командный файл: tasm %1.asm /l /zi tlink %1.obj /v Вы можете запускать эту программу на любой машине, совместимой с IBM AT и оборудованной процессорами i80286, i80386, i80486. Но вы не должны запускать эту программу, если у вас компьютер на базе процессоров i80386 или i80486 и активны драйверы QEMM, EMM386 - отключите эти драйверы. Кроме того, эту программу нельзя запускать на виртуальной машине в среде Microsoft WINDOWS в режиме Enchanced Mode или на виртуальной машине в среде OS/2 версии 2.0. Это связано с тем, что в перечисленных выше случаях процессор работает не в реальном режиме, а в так называемом режиме виртуального процессора 8086. Этот режим возможен только для процессоров i80386 или i80486. Кроме того, не следует запускать эту программу на компьютерах серии PS/2, так как в них используется другой способ управления линией A20 и другой способ сброса процессора для возврата в реальный режим. Вы можете использовать эту программу для первых экспериментов с защищённым режимом. Обратим ваше внимание на некоторые ограничения защищённого режима. Эти ограничения связаны в основном с использованием прерываний и сегментных регистров.
Это ограничение связано с тем, что обработчики прерываний BIOS и DOS рассчитаны на работу в реальном режиме процессора. Попытка вызова этих обработчиков в защищенном режиме неизбежно приведёт к аварийному завершению программы. Поэтому в приведённой ниже программе вывод текстовых строк на экран производится при помощи непосредственной записи в память видеоконтроллера. Что же касается ввода данных с клавиатуры, то здесь не обойтись без обработки прерывания от клавиатуры. В следующей главе мы приведём пример программы, которая не только выводит данные на экран дисплея (также через запись в видеопамять), но и умеет работать с клавиатурой и таймером. Если ваша программа составлена на языках высокого уровня (Си или Паскаль), ей недоступна практически вся библиотека стандартных функций. Особенно это касается функций ввода/вывода и управления памятью. Причина очевидна - большинство функций стандартных библиотек трансляторов вызывает те или иные прерывания BIOS или DOS.
Это ограничение связано с механизмом преобразования логического адреса в физический. Итак, наша первая программа для защищённого режима процессора 80286: Листинг 1. Демонстрация переключения в
защищённый режим
-----------------------------------------------------------
IDEAL
RADIX 16
P286
; Используем модель памяти LARGE, при этом мы организуем
; несколько отдельных сегментов и для каждого сегмента
; создадим дескриптор в таблице GDT.
MODEL LARGE
; ------------------------------------------------------------
; Определения структур данных и констант
; ------------------------------------------------------------
STRUC desc_struc ; структура дескриптора
limit dw 0 ; предел
base_l dw 0 ; мл. слово физического адреса
base_h db 0 ; ст. байт физического адреса
access db 0 ; байт доступа
rsrv dw 0 ; зарезервировано
ENDS desc_struc
; Биты байта доступа
ACC_PRESENT EQU 10000000b ; сегмент есть в памяти
ACC_CSEG EQU 00011000b ; сегмент кода
ACC_DSEG EQU 00010000b ; сегмент данных
ACC_EXPDOWN EQU 00000100b ; сегмент расширяется вниз
ACC_CONFORM EQU 00000100b ; согласованный сегмент
ACC_DATAWR EQU 00000010b ; разрешена запись
; Типы сегментов
; сегмент данных
DATA_ACC = ACC_PRESENT OR ACC_DSEG OR ACC_DATAWR
; сегмент кода
CODE_ACC = ACC_PRESENT OR ACC_CSEG OR ACC_CONFORM
; сегмент стека
STACK_ACC = ACC_PRESENT OR ACC_DSEG OR ACC_DATAWR OR ACC_EXPDOWN
; Константы
STACK_SIZE EQU 0400 ; размер стека
B_DATA_SIZE EQU 0300 ; размер области данных BIOS
B_DATA_ADDR EQU 0400 ; адрес области данных BIOS
MONO_SEG EQU 0b000 ; сегмент видеопамяти
; монохромного видеоадаптера
COLOR_SEG EQU 0b800 ; сегмент видеопамяти
; цветного видеоадаптера
CRT_SIZE EQU 4000 ; размер сегмента видеопамяти
; цветного видеоадаптера
MONO_SIZE EQU 1000 ; размер сегмента видеопамяти
; монохромного видеоадаптера
CRT_LOW EQU 8000 ; мл. байт физического адреса
; сегмента видеопамяти
; цветного видеоадаптера
MONO_LOW EQU 0000 ; мл. байт физического адреса
; сегмента видеопамяти
; монохромного видеоадаптера
CRT_SEG EQU 0Bh ; ст. байт физического адреса
; сегмента видеопамяти
; Селекторы, определённые в таблице GDT
DS_DESCR = (gdt_ds - gdt_0)
CS_DESCR = (gdt_cs - gdt_0)
SS_DESCR = (gdt_ss - gdt_0)
BIOS_DESCR = (gdt_bio - gdt_0)
CRT_DESCR = (gdt_crt - gdt_0)
MDA_DESCR = (gdt_mda - gdt_0)
CMOS_PORT EQU 70h ; порт для доступа к CMOS-памяти
PORT_6845 EQU 0063h ; адрес области данных BIOS,
; где записано значение адреса
; порта контроллера 6845
COLOR_PORT EQU 03d4h ; порт цветного видеоконтроллера
MONO_PORT EQU 03b4h ; порт монохромного видеоконтроллера
STATUS_PORT EQU 64h ; порт состояния клавиатуры
SHUT_DOWN EQU 0feh ; команда сброса процессора
VIRTUAL_MODE EQU 0001h ; бит перехода в защищённый режим
A20_PORT EQU 0d1h ; команда управления линией A20
A20_ON EQU 0dfh ; открыть A20
A20_OFF EQU 0ddh ; закрыть A20
KBD_PORT_A EQU 60h ; адреса клавиатурных
KBD_PORT_B EQU 61h ; портов
INT_MASK_PORT EQU 21h ; порт для маскирования прерываний
STACK STACK_SIZE ; сегмент стека
DATASEG ; начало сегмента данных
DSEG_BEG = THIS WORD
; Память для хранения регистров SS, SP, ES. Содержимое
; этих регистров будет записано здесь перед входом в
; защищённый режим и восстановлено отсюда после возврата
; из защищённого режима в реальный.
real_ss dw ?
real_sp dw ?
real_es dw ?
; Глобальная таблица дескрипторов GDT,
; содержит следующие дескрипторы:
;
; gdt_0 - дескриптор для пустого селектора
; gdt_gdt - дескриптор для GDT
; gdt_ds - дескриптор для сегмента, адресуемого DS
; gdt_cs - дескриптор для сегмента кода
; gdt_ss - дескриптор для сегмента стека
; gdt_bio - дескриптор для области данных BIOS
; gdt_crt - дескриптор для видеопамяти цветного дисплея
; gdt_mda - дескриптор для видеопамяти монохромного дисплея
GDT_BEG = $
LABEL gdtr WORD
gdt_0 desc_struc <0,0,0,0,0>
gdt_gdt desc_struc <GDT_SIZE-1,,,DATA_ACC,0>
gdt_ds desc_struc <DSEG_SIZE-1,,,DATA_ACC,0>
gdt_cs desc_struc <CSEG_SIZE-1,,,CODE_ACC,0>
gdt_ss desc_struc <STACK_SIZE-1,,,DATA_ACC,0>
gdt_bio desc_struc <B_DATA_SIZE-1,B_DATA_ADDR,0,DATA_ACC,0>
gdt_crt desc_struc <CRT_SIZE-1,CRT_LOW,CRT_SEG,DATA_ACC,0>
gdt_mda desc_struc <MONO_SIZE-1,MONO_LOW,CRT_SEG,DATA_ACC,0>
GDT_SIZE = ($ - GDT_BEG) ; размер таблицы дескрипторов
CODESEG ; сегмент кода
PROC start
; Инициализируем регистр сегмента данных
; для реального режима
mov ax,DGROUP
mov ds,ax
; Определяем базовый адрес видеопамяти
call set_crt_base
; Стираем экран дисплея (устанавливаем серый фон)
mov bh, 77h
call clrscr
; Выполняем все подготовительные действия для перехода
; в защищённый режим и обеспечения возможности возврата
; в реальный режим
call init_protected_mode
; Переключаемся в защищённый режим
call set_protected_mode
; --------- * Программа работает в защищённом режиме! * ---------
call write_hello_msg ; выводим сообщение на экран
call pause ; ждём некоторое время
; Возвращаемся в реальный режим
call set_real_mode
; --------- * Программа работает в реальном режиме! * ---------
; Стираем экран и возвращаемся в DOS
mov bh, 07h
call clrscr
mov ah,4Ch
int 21h
ENDP start
; ------------------------------------------------------------
; Макрокоманда для записи в дескриптор 24-битового
; базового адреса сегмента
; ------------------------------------------------------------
MACRO setgdtentry
mov [(desc_struc bx).base_l],ax
mov [(desc_struc bx).base_h],dl
ENDM
; ------------------------------------------------------------
; Процедура подготовки процессора к переходу в защищённый
; режим с последующим возвратом в реальный режим
; ------------------------------------------------------------
PROC init_protected_mode NEAR
; Заполняем глобальную таблицу дескрипторов GDT
; Вычисляем 24-битовый базовый адрес сегмента данных
mov ax,DGROUP
mov dl,ah
shr dl,4
shl ax,4
; Регистры dl:ax содержат базовый адрес, сохраняем его в di:si
mov si,ax
mov di,dx
; Подготавливаем дескриптор для GDT
add ax,OFFSET gdtr
adc dl,0
mov bx,OFFSET gdt_gdt
setgdtentry
; Подготавливаем дескриптор для сегмента ds
mov bx,OFFSET gdt_ds
mov ax,si
mov dx,di
setgdtentry
; Подготавливаем дескриптор для сегмента cs
mov bx,OFFSET gdt_cs
mov ax,cs
mov dl,ah
shr dl,4
shl ax,4
setgdtentry
; Подготавливаем дескриптор для сегмента стека
mov bx,OFFSET gdt_ss
mov ax,ss
mov dl,ah
shr dl,4
shl ax,4
setgdtentry
; Записываем адрес возврата в реальный режим в область
; данных BIOS по адресу 0040h:0067h
push ds
mov ax,40
mov ds,ax
mov [WORD 67],OFFSET shutdown_return
mov [WORD 69],cs
pop ds
; Маскируем все прерывания, в том числе немаскируемые.
; Записываем в CMOS-память в ячейку 0Fh код 5,
; этот код обеспечит после выполнения сброса процессора
; передачу управления по адресу, подготовленному нами
; в области данных BIOS по адресу 0040h:0067h.
; Для того, чтобы немаскируемые прерывания были запрещены,
; устанавливаем в 1 старший бит при определении ячейки CMOS.
cli
mov al,8f
out CMOS_PORT,al
jmp next1 ; небольшая задержка
next1:
mov al,5
out CMOS_PORT+1,al ; код возврата
ret
ENDP init_protected_mode
; ------------------------------------------------------------
; Процедура переключает процессор в защищённый режим
; ------------------------------------------------------------
PROC set_protected_mode NEAR
mov ax,[rl_crt] ; записываем в es сегментный
mov es,ax ; адрес видеопамяти
call enable_a20 ; открываем адресную линию A20
mov [real_ss],ss ; запоминаем указатель стека
mov [real_es],es ; для реального режима
; Загружаем регистр GDTR
lgdt [QWORD gdt_gdt]
; Устанавливаем защищённый режим работы процессора
mov ax,VIRTUAL_MODE
lmsw ax
; Мы находимся в защищённом режиме
; Очищаем внутреннюю очередь команд процессора
; Выполняем команду межсегментного прерхода,
; в качестве селектора указываем селектор текущего
; сегмента кода, в качестве смещения - метку flush
; jmp far flush
db 0ea
dw OFFSET flush
dw CS_DESCR
LABEL flush FAR
; Загружаем сегментные регистры SS и DS селекторами
mov ax,SS_DESCR
mov ss,ax
mov ax,DS_DESCR
mov ds,ax
ret
ENDP set_protected_mode
; ------------------------------------------------------------
; Процедура возвращает процессор в реальный режим
; ------------------------------------------------------------
PROC set_real_mode NEAR
; Запоминаем содержимое указателя стека, так как после
; сброса процессора оно будет потеряно
mov [real_sp],sp
; Выполняем сброс процессора
mov al,SHUT_DOWN
out STATUS_PORT,al
; Ожидаем сброса процессора
wait_reset:
hlt
jmp wait_reset
; ------->> В это место мы попадём после сброса процессора,
; теперь мы снова в реальном режиме
LABEL shutdown_return FAR
; Инициализируем ds адресом сегмента данных
mov ax,DGROUP
mov ds,ax
assume ds:DGROUP
; Восстанавливаем указатель стека
mov ss,[real_ss]
mov sp,[real_sp]
; Восстанавливаем содержимое регистра es
mov es,[real_es]
; Закрываем адресную линию A20
call disable_a20
; Разрешаем все прерывания
mov ax,000dh ; разрешаем немаскируемые прерывания
out CMOS_PORT,al
in al,INT_MASK_PORT ; разрешаем маскируемые прерывания
and al,0
out INT_MASK_PORT,al
sti
ret
ENDP set_real_mode
; ------------------------------------------------------------
; Процедура открывает адресную линию A20
; ------------------------------------------------------------
PROC enable_a20 NEAR
mov al,A20_PORT
out STATUS_PORT,al
mov al,A20_ON
out KBD_PORT_A,al
ret
ENDP enable_a20
; ------------------------------------------------------------
; Процедура закрывает адресную линию A20
; ------------------------------------------------------------
PROC disable_a20 NEAR
mov al,A20_PORT
out STATUS_PORT,al
mov al,A20_OFF
out KBD_PORT_A,al
ret
ENDP disable_a20
; ------------------------------------------------------------
; Процедура выполняет небольшую временную задержку
; ------------------------------------------------------------
PROC pause NEAR
push cx
mov cx,50
ploop0:
push cx
xor cx,cx
ploop1:
loop ploop1
pop cx
loop ploop0
pop cx
ret
ENDP pause
; ------------------------------------------------------------
; Сегмент данных для процедур обслуживания видеоадаптера
; ------------------------------------------------------------
DATASEG
columns db 80d ; количество столбцов на экране
rows db 25d ; количество строк на экране
rl_crt dw COLOR_SEG ; сегментный адрес видеобуфера
vir_crt dw CRT_DESCR ; селектор видеобуфера
curr_line dw 0d ; номер текущей строки
CODESEG
; ------------------------------------------------------------
; Определение базового адреса видеобуфера
; ------------------------------------------------------------
PROC set_crt_base NEAR
; Определяем количество столбцов на экране и записываем
; в переменную columns
mov ax,40
mov es,ax
mov bx,[WORD es:4a]
mov [columns],bl
; То же для количества строк, записываем в переменную rows
mov bl,[BYTE es:84]
inc bl
mov [rows],bl
; Для того чтобы определить тип видеоконтроллера (цветной
; или монохромный), считываем адрес микросхемы 6845
mov bx,[WORD es:PORT_6845]
cmp bx,COLOR_PORT
je set_crt_exit
; Если видеоконтроллер монохромный, изменяем адрес сегмента
; и селектор, заданные по умолчанию
mov [rl_crt],MONO_SEG
mov [vir_crt],MDA_DESCR
set_crt_exit:
ret
ENDP set_crt_base
; ------------------------------------------------------------
; Вывод строки на экран
; Параметры:
; (ax, bx) - координаты (x, y) выводимой строки
; ds:si - адрес выводимой строки
; cx - длина выводимой строки
; dh - атрибут выводимой строки
; es - сегмент или селектор видеопамяти
; ------------------------------------------------------------
PROC writexy NEAR
push si
push di
; Вычисляем смещение в видеобуфере для записи строки,
; используем формулу ((y * columns) + x) * 2
mov dl,[columns]
mul dl
add ax,bx
shl ax,1
mov di,ax
mov ah,dh ; записываем в ah байт атрибута
; Выполняем запись в видеобуфер
wxy_write:
lodsb ; очередной символ в al
stosw ; записываем его в видеопамять
loop wxy_write ; цикл до конца строки
pop di
pop si
ret
ENDP writexy
; ------------------------------------------------------------
; Процедура стирания экрана
; Параметр: bh - атрибут для заполнения экрана
; ------------------------------------------------------------
PROC clrscr NEAR
xor cx,cx
mov dl,[columns]
mov dh,[rows]
mov ax,0600h
int 10h
ret
ENDP clrscr
DATASEG
hello_msg db " Protected mode monitor *TINY/OS*,
v.1.0 for CPU 80286 ¦ © Frolov A.V., 1992 "
CODESEG
; ------------------------------------------------------------
; Процедура выводит сообщение в защищённом режиме
; ------------------------------------------------------------
PROC write_hello_msg NEAR
mov ax,[vir_crt] ; загружаем селектор видеопамяти
mov es,ax ; в регистр es
; Выводим сообщение в верхний левый угол экрана (x=y=0)
mov bx,0 ;(X,Y) = (AX,BX)
mov ax,[curr_line]
inc [curr_line] ; увеличиваем номер текущей строки
; Загружаем адрес выводимой строки и её длину
mov si,OFFSET hello_msg
mov cx,SIZE hello_msg
mov dh,30h ; аттрибут - черный текст на голубом фоне
call writexy ; выводим строку
ret
ENDP write_hello_msg
CSEG_SIZE = ($ - start) ; размер сегмента кода
DATASEG
DSEG_SIZE = ($ - DSEG_BEG) ; размер сегмента данных
END start
|
Библиотека
Братьев
Фроловых
Братьев
Фроловых
![[Назад]](../../prev.gif){kind=small}
![[Содеожание]](../../sod.gif){kind=small}
![[Дальше]](../../next.gif){kind=small}