Защищенный режим процессоров Intel 80286/80386/80486© Александр Фролов, Григорий ФроловТом 4, М.: Диалог-МИФИ, 1993, 234 стр.
6.1. Интерфейс BIOSЭтот интерфейс реализуется в рамках прерывания BIOS INT 15h в компьютерах моделей IBM AT на основе процессоров i80286, i80386 или i80486. Определить размер расширенной памятиРегистры на входе: AH 88h Регистры на выходе: AX Размер доступной расширенной памяти в килобайтах. Эта функция предназначена для определения размера расширенной памяти, доступной для использования функциями прерывания INT 15h. Учтите, что если в системе установлен драйвер HIMEM.SYS, функция 88h может вернуть нулевой размер доступной расширенной памяти. Некоторые программы (например, СУБД Oracle версии 5.1) могут оказаться несовместимыми с драйвером HIMEM.SYS, так как они работают с расширенной памятью средствами прерывания INT 15h. Аналогичные проблемы могут возникнуть и при использовании других драйверов расширенной памяти, например, QEMM. Как правило, драйверы расширенной памяти позволяют зарезервировать часть расширенной памяти для программ, использующих интерфейс INT 15h. Для этого необходимо задать соответствующие параметры. Например, для драйвера HIMEM.SYS размер зарезервированной расширенной памяти можно указать следующим образом: device=c:\dos\himem.sys /int15=xxxx В этой строке "xxxx" - размер зарезервированной памяти в килобайтах. Переслать блок расширенной памяти
Регистры на входе:
AH 87h
CX Размер пересылаемого блока в словах.
ES:SI Адрес таблицы GDT, подготовленной специальным образом.
Регистры на выходе:
CARRY = 0 Функция выполнилась без ошибки.
AX 00h
В случае ошибки:
CARRY = 1 Произошла ошибка при пересылке блока.
AH Код ошибки:
01h - ошибка чётности;
02h - произошло исключение;
03h - сбой адресной линии A20.
Перед вызовом этой функции необходимо подготовить GDT, состоящую из 6 дескрипторов. Два первых и два последних дескриптора должны содержать нули. Третий дескриптор должен указывать на начало области памяти, из которой будет выполняться копирование. Четвёртый дескриптор должен указывать на область памяти, в которую будет выполняться копирование блока данных. В третьем и четвёртом дескрипторе необходимо
заполнить поля предела для копируемого блока
памяти (в них должно быть записано значение CX*2 - 1),
и поле доступа (значение 93): Таблица 6. GDT для пересылки блока памяти средствами BIOS.
Для пересылки блока функция 87h переводит процессор в защищённый режим, используя подготовленную таблицу GDT. Так как указываются 24-разрядные физические адреса исходного и результирующего блоков, возможна пересылка блоков из любого места памяти в любое место памяти. Размер блока, очевидно, ограничен 64 килобайтами. Пересылка блока выполняется в защищённом режиме обычной командой MOVS, причём во время пересылки прерывания запрещены. Перед возвратом функция выполняет сброс процессора и установку реального режима. Вся процедура пересылки оказывается достаточно длительной, так как необходимо выполнить сброс процессора. Из-за того, что во время пересылки прерывания запрещены, возможен конфликт с устройствами ввода/вывода (потеря прерываний). Установить защищённый режим работы процессораФункция переключает процессор из реального режима в защищённый. Кроме этого, она производит перепрограммирование контроллеров прерываний, необходимое из-за конфликта используемых в реальном режиме векторов аппаратных прерываний с зарезервированными прерываниями защищённого режима. Регистры на входе: AH 89h BH Номер прерывания для IRQ0, используется для перепрограммирования первого контроллера прерывания. Этот номер должен быть кратен 8. BL Номер прерывания для IRQ8, используется для перепрограммирования второго контроллера прерывания. Этот номер также должен быть кратен 8. ES:SI Адрес таблицы GDT, подготовленной специальным образом. Регистры на выходе: CARRY = 0 Функция выполнилась без ошибки. AH 00h CS, DS, ES, SS В эти регистры заносятся значения в соответствии с подготовленной перед вызовом функции таблицей GDT, адрес которой задаётся в регистрах ES:SI. В случае ошибки: CARRY = 1 Произошла ошибка при входе в защищённый режим. AH FF Подготовленная перед вызовом функции 89h
таблица GDT должна состоять из восьми
дескрипторов: Таблица 7. GDT для перехода в защищённый режим средствами BIOS.
В рамках прерывания INT 15h нет функции для возврата из защищённого режима в реальный. Почему? Потому, что во-первых, в защищённом режиме прерывание 15h зарезервировано фирмой Intel, во-вторых, для работы в защищённом режиме вами подготавливается таблица IDT и определяются заново все обработчики прерываний. Обработчики прерываний BIOS рассчитаны на работу в реальном режиме и после перехода в защищённый режим становятся недоступны. Пример использования интерфейса BIOSНаш пример демонстрирует использование функции 89h прерывания INT 15h для установки защищённого режима работы процессора. Программа устанавливает защищённый режим, выдаёт первое сообщение и через некоторое время, выдав второе сообещние, возвращается в реальный режим. После того, как будет нажата любая клавиша, работа программы будет завершена. Обратите внимание на то, как в файле tos.c подготавливается таблица GDT. Адрес подготовленной таблицы передаётся функции protected_mode(), которая передаёт его функции 89h прерывания INT 15h. Вызов этой функции выполняется в файле tossyst.asm.
Листинг 16. Определение констант и структур данных
Файл tos.h
-----------------------------------------------------------
#define word unsigned int
// Селекторы, определённые в GDT
#define GDT_SELECTOR 0x08 // 1 - селктор для GDT
#define IDT_SELECTOR 0x10 // 2 - селектор для IDT
#define DATA_SELECTOR 0x18 // 3 - селектор для DS
#define VID_MEM_SELECTOR 0x20 // 4 - селектор для ES,
// будет использован для адресации видеопамяти
#define SS_SELECTOR 0x28 // 5 - селектор для SS
#define CODE_SELECTOR 0x30 // 6 - селектор для CS
#define BIOS_SELECTOR 0x38 // 7 - селектор для адресации
// области данных BIOS
#define COLOR_VID_MEM 0xb8000L
#define MONO_VID_MEM 0xb0000L
#define MONO_MODE 0x07
#define BW_80_MODE 0x02
#define COLOR_80_MODE 0x03
typedef struct descriptor {
word limit;
word base_lo;
unsigned char base_hi;
unsigned char type_dpl;
unsigned reserved;
} descriptor;
typedef struct gate {
word offset;
word selector;
unsigned char count;
unsigned char type_dpl;
word reserved;
} gate;
#define DESCRIPTOR_SIZE (sizeof(descriptor))
#define GATE_SIZE (sizeof(gate))
#define IDT_SIZE (sizeof(idt))
#define TYPE_CODE_DESCR 0x18
#define TYPE_DATA_DESCR 0x10
#define TYPE_INTERRUPT_GATE 0x86
#define TYPE_TRAP_GATE 0x87
#define SEG_WRITABLE 0x02
#define SEG_READABLE 0x02
#define SEG_EXPAND_DOWN 0x04
#define SEG_ACCESSED 0x01
#define SEG_PRESENT_BIT 0x80
#define EOI 0x20
#define MASTER8259A 0x20
#define SLAVE8259A 0xA0
#define MK_LIN_ADDR(seg,off) (((unsigned long)(seg))<<4)+(word)(off)
Листинг 17. Главная программа
Файл tos.c
-----------------------------------------------------------
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <dos.h>
#include <conio.h>
#include "tos.h"
void Init_And_Protected_Mode_Entry(void);
void protected_mode(descriptor far *gdt_ptr);
void real_mode(void);
void init_gdt_descriptor(descriptor *descr, unsigned long base,
word limit, unsigned char type);
void vi_print(unsigned int x, unsigned int y, char *s, char attr);
void vi_hello_msg(void);
void exception_0(void); //{ prg_abort(0); }
void exception_1(void); //{ prg_abort(1); }
void exception_2(void); //{ prg_abort(2); }
void exception_3(void); //{ prg_abort(3); }
void exception_4(void); //{ prg_abort(4); }
void exception_5(void); //{ prg_abort(5); }
void exception_6(void); //{ prg_abort(6); }
void exception_7(void); //{ prg_abort(7); }
void exception_8(void); //{ prg_abort(8); }
void exception_9(void); //{ prg_abort(9); }
void exception_A(void); //{ prg_abort(0xA); }
void exception_B(void); //{ prg_abort(0xB); }
void exception_C(void); //{ prg_abort(0xC); }
void exception_D(void); //{ prg_abort(0xD); }
void exception_E(void); //{ prg_abort(0xE); }
void exception_F(void); //{ prg_abort(0xF); }
void exception_10(void); //{ prg_abort(0x10); }
void exception_11(void); //{ prg_abort(0x11); }
void exception_12(void); //{ prg_abort(0x12); }
void exception_13(void); //{ prg_abort(0x13); }
void exception_14(void); //{ prg_abort(0x14); }
void exception_15(void); //{ prg_abort(0x15); }
void exception_16(void); //{ prg_abort(0x16); }
void exception_17(void); //{ prg_abort(0x17); }
void exception_18(void); //{ prg_abort(0x18); }
void exception_19(void); //{ prg_abort(0x19); }
void exception_1A(void); //{ prg_abort(0x1A); }
void exception_1B(void); //{ prg_abort(0x1B); }
void exception_1C(void); //{ prg_abort(0x1C); }
void exception_1D(void); //{ prg_abort(0x1D); }
void exception_1E(void); //{ prg_abort(0x1E); }
void exception_1F(void); //{ prg_abort(0x1F); }
void iret0(void);
void iret1(void);
descriptor gdt[8];
gate idt[] = {
{ (word)&exception_0, CODE_SELECTOR, 0, TYPE_TRAP_GATE, 0 }, // 0
{ (word)&exception_1, CODE_SELECTOR, 0, TYPE_TRAP_GATE, 0 }, // 1
{ (word)&exception_2, CODE_SELECTOR, 0, TYPE_TRAP_GATE, 0 }, // 2
{ (word)&exception_3, CODE_SELECTOR, 0, TYPE_TRAP_GATE, 0 }, // 3
{ (word)&exception_4, CODE_SELECTOR, 0, TYPE_TRAP_GATE, 0 }, // 4
{ (word)&exception_5, CODE_SELECTOR, 0, TYPE_TRAP_GATE, 0 }, // 5
{ (word)&exception_6, CODE_SELECTOR, 0, TYPE_TRAP_GATE, 0 }, // 6
{ (word)&exception_7, CODE_SELECTOR, 0, TYPE_TRAP_GATE, 0 }, // 7
{ (word)&exception_8, CODE_SELECTOR, 0, TYPE_TRAP_GATE, 0 }, // 8
{ (word)&exception_9, CODE_SELECTOR, 0, TYPE_TRAP_GATE, 0 }, // 9
{ (word)&exception_A, CODE_SELECTOR, 0, TYPE_TRAP_GATE, 0 }, // A
{ (word)&exception_B, CODE_SELECTOR, 0, TYPE_TRAP_GATE, 0 }, // B
{ (word)&exception_C, CODE_SELECTOR, 0, TYPE_TRAP_GATE, 0 }, // C
{ (word)&exception_D, CODE_SELECTOR, 0, TYPE_TRAP_GATE, 0 }, // D
{ (word)&exception_E, CODE_SELECTOR, 0, TYPE_TRAP_GATE, 0 }, // E
{ (word)&exception_F, CODE_SELECTOR, 0, TYPE_TRAP_GATE, 0 }, // F
{ (word)&exception_10, CODE_SELECTOR, 0, TYPE_TRAP_GATE, 0 }, // 10
{ (word)&exception_11, CODE_SELECTOR, 0, TYPE_TRAP_GATE, 0 }, // 11
{ (word)&exception_12, CODE_SELECTOR, 0, TYPE_TRAP_GATE, 0 }, // 12
{ (word)&exception_13, CODE_SELECTOR, 0, TYPE_TRAP_GATE, 0 }, // 13
{ (word)&exception_14, CODE_SELECTOR, 0, TYPE_TRAP_GATE, 0 }, // 14
{ (word)&exception_15, CODE_SELECTOR, 0, TYPE_TRAP_GATE, 0 }, // 15
{ (word)&exception_16, CODE_SELECTOR, 0, TYPE_TRAP_GATE, 0 }, // 16
{ (word)&exception_17, CODE_SELECTOR, 0, TYPE_TRAP_GATE, 0 }, // 17
{ (word)&exception_18, CODE_SELECTOR, 0, TYPE_TRAP_GATE, 0 }, // 18
{ (word)&exception_19, CODE_SELECTOR, 0, TYPE_TRAP_GATE, 0 }, // 19
{ (word)&exception_1A, CODE_SELECTOR, 0, TYPE_TRAP_GATE, 0 }, // 1A
{ (word)&exception_1B, CODE_SELECTOR, 0, TYPE_TRAP_GATE, 0 }, // 1B
{ (word)&exception_1C, CODE_SELECTOR, 0, TYPE_TRAP_GATE, 0 }, // 1C
{ (word)&exception_1D, CODE_SELECTOR, 0, TYPE_TRAP_GATE, 0 }, // 1D
{ (word)&exception_1E, CODE_SELECTOR, 0, TYPE_TRAP_GATE, 0 }, // 1E
{ (word)&exception_1F, CODE_SELECTOR, 0, TYPE_TRAP_GATE, 0 }, // 1F
{ (word)&iret0, CODE_SELECTOR, 0, TYPE_INTERRUPT_GATE, 0 }, // 20
{ (word)&iret0, CODE_SELECTOR, 0, TYPE_INTERRUPT_GATE, 0 }, // 21
{ (word)&iret0, CODE_SELECTOR, 0, TYPE_INTERRUPT_GATE, 0 }, // 22
{ (word)&iret0, CODE_SELECTOR, 0, TYPE_INTERRUPT_GATE, 0 }, // 23
{ (word)&iret0, CODE_SELECTOR, 0, TYPE_INTERRUPT_GATE, 0 }, // 24
{ (word)&iret0, CODE_SELECTOR, 0, TYPE_INTERRUPT_GATE, 0 }, // 25
{ (word)&iret0, CODE_SELECTOR, 0, TYPE_INTERRUPT_GATE, 0 }, // 26
{ (word)&iret0, CODE_SELECTOR, 0, TYPE_INTERRUPT_GATE, 0 }, // 27
{ (word)&iret1, CODE_SELECTOR, 0, TYPE_INTERRUPT_GATE, 0 }, // 28
{ (word)&iret1, CODE_SELECTOR, 0, TYPE_INTERRUPT_GATE, 0 }, // 29
{ (word)&iret1, CODE_SELECTOR, 0, TYPE_INTERRUPT_GATE, 0 }, // 2A
{ (word)&iret1, CODE_SELECTOR, 0, TYPE_INTERRUPT_GATE, 0 }, // 2B
{ (word)&iret1, CODE_SELECTOR, 0, TYPE_INTERRUPT_GATE, 0 }, // 2C
{ (word)&iret1, CODE_SELECTOR, 0, TYPE_INTERRUPT_GATE, 0 }, // 2D
{ (word)&iret1, CODE_SELECTOR, 0, TYPE_INTERRUPT_GATE, 0 }, // 2E
{ (word)&iret1, CODE_SELECTOR, 0, TYPE_INTERRUPT_GATE, 0 } // 2F
};
word y=0;
void main(void) {
textcolor(BLACK); textbackground(LIGHTGRAY); clrscr();
Init_And_Protected_Mode_Entry();
enable_interrupt();
vi_hello_msg();
y=3;
vi_print(0, y++, " Вошли в защищённый режим", 0x7f);
pause();
vi_print(0, y++,
" Для возврата в реальный режим нажмите любую клавишу", 0x7f);
real_mode();
getch();
textcolor(WHITE); textbackground(BLACK); clrscr();
}
void init_gdt_descriptor(descriptor *descr,
unsigned long base, word limit, unsigned char type) {
descr->base_lo = (word)base;
descr->base_hi = (unsigned char)(base >> 16);
descr->type_dpl = type;
descr->limit = limit;
descr->reserved = 0;
}
void Init_And_Protected_Mode_Entry(void) {
union REGS r;
word crt_mode;
extern word gv1_;
// Дескриптор, описывающий таблицу GDT
init_gdt_descriptor(&gdt[1], MK_LIN_ADDR(_DS, &gdt),
sizeof(gdt)-1,
TYPE_DATA_DESCR | SEG_PRESENT_BIT | SEG_WRITABLE);
// Дескриптор, описывающий таблицу IDT
init_gdt_descriptor(&gdt[2], MK_LIN_ADDR(_DS, &idt),
(unsigned long)IDT_SIZE-1,
TYPE_DATA_DESCR | SEG_PRESENT_BIT | SEG_WRITABLE);
// Дескриптор сегмента данных
init_gdt_descriptor(&gdt[3], MK_LIN_ADDR(_DS, 0),
0xffffL, TYPE_DATA_DESCR | SEG_PRESENT_BIT | SEG_WRITABLE);
// Определяем текущий видеорежим
r.h.ah=15;
int86(0x10,&r,&r);
crt_mode = r.h.al;
// Инициализация дескриптора для видеопамяти
// монохромного видеоадаптера
if(crt_mode == MONO_MODE)
init_gdt_descriptor(&gdt[4], MONO_VID_MEM,
3999, TYPE_DATA_DESCR | SEG_PRESENT_BIT | SEG_WRITABLE);
// Инициализация дескриптора для видеопамяти
// цветного видеоадаптера
else if(crt_mode == BW_80_MODE || crt_mode == COLOR_80_MODE)
init_gdt_descriptor(&gdt[4], COLOR_VID_MEM,
3999, TYPE_DATA_DESCR | SEG_PRESENT_BIT | SEG_WRITABLE);
else {
printf("\nИзвините, этот видеорежим недопустим.");
exit(-1);
}
// Дескриптор для сегмента стека
init_gdt_descriptor(&gdt[5], MK_LIN_ADDR(_DS, 0),
0xffffL, TYPE_DATA_DESCR | SEG_PRESENT_BIT | SEG_WRITABLE);
// Дескриптор для сегмента кода
init_gdt_descriptor(&gdt[6], MK_LIN_ADDR(_CS, 0),
0xffffL, TYPE_CODE_DESCR | SEG_PRESENT_BIT | SEG_READABLE);
// Входим в защищённый режим
// В качестве параметра передаём адрес подготовленной
// таблицы GDT
protected_mode(gdt);
}
void prg_abort(int err);
void exception_0(void) { prg_abort(0); }
void exception_1(void) { prg_abort(1); }
void exception_2(void) { prg_abort(2); }
void exception_3(void) { prg_abort(3); }
void exception_4(void) { prg_abort(4); }
void exception_5(void) { prg_abort(5); }
void exception_6(void) { prg_abort(6); }
void exception_7(void) { prg_abort(7); }
void exception_8(void) { prg_abort(8); }
void exception_9(void) { prg_abort(9); }
void exception_A(void) { prg_abort(0xA); }
void exception_B(void) { prg_abort(0xB); }
void exception_C(void) { prg_abort(0xC); }
void exception_D(void) { prg_abort(0xD); }
void exception_E(void) { prg_abort(0xE); }
void exception_F(void) { prg_abort(0xF); }
void exception_10(void) { prg_abort(0x10); }
void exception_11(void) { prg_abort(0x11); }
void exception_12(void) { prg_abort(0x12); }
void exception_13(void) { prg_abort(0x13); }
void exception_14(void) { prg_abort(0x14); }
void exception_15(void) { prg_abort(0x15); }
void exception_16(void) { prg_abort(0x16); }
void exception_17(void) { prg_abort(0x17); }
void exception_18(void) { prg_abort(0x18); }
void exception_19(void) { prg_abort(0x19); }
void exception_1A(void) { prg_abort(0x1A); }
void exception_1B(void) { prg_abort(0x1B); }
void exception_1C(void) { prg_abort(0x1C); }
void exception_1D(void) { prg_abort(0x1D); }
void exception_1E(void) { prg_abort(0x1E); }
void exception_1F(void) { prg_abort(0x1F); }
void prg_abort(int err) {
vi_print(1,y++,"---> Произошло исключение", 0xc);
real_mode();
gotoxy(1,24);
cprintf("Исключение %X, нажмите любую клавишу", err);
getch();
textcolor(WHITE); textbackground(BLACK); clrscr();
exit(0);
}
void iret0(void) {
asm {
push ax
mov al,EOI
out MASTER8259A,al
pop ax
pop bp
iret
}
}
void iret1(void) {
asm {
push ax
mov al,EOI
out MASTER8259A,al
out SLAVE8259A,al
pop ax
pop bp
iret
}
}
void vi_putch(unsigned int x, unsigned int y ,char c, char attr) {
register unsigned int offset;
char far *vid_ptr;
offset=(y*160) + (x*2);
vid_ptr=MK_FP(VID_MEM_SELECTOR, offset);
*vid_ptr++=c; *vid_ptr=attr;
}
void vi_print(unsigned int x, unsigned int y, char *s, char attr) {
while(*s) vi_putch(x++, y, *s++, attr);
}
void vi_hello_msg(void) {
vi_print(0, 0,
" Protected mode monitor *TINY/OS*, "
"v.1.11 for CPU 80286 ¦ © Frolov A.V., 1992 ", 0x30);
}
Листинг 18. Функции для перехода в защищённый режим и
возврата в реальный режим.
Файл tossyst.asm
-----------------------------------------------------------
IDEAL
MODEL SMALL
RADIX 16
P286
DATASEG
CMOS_PORT EQU 70
PORT_6845 EQU 63h
COLOR_PORT EQU 03d4h
MONO_PORT EQU 03b4h
STATUS_PORT EQU 64h
SHUT_DOWN EQU 0feh
INT_MASK_PORT EQU 21h
VIRTUAL_MODE EQU 0001
A20_PORT EQU 0d1
A20_ON EQU 0df
A20_OFF EQU 0ddh
EOI EQU 20
MASTER8259A EQU 20
SLAVE8259A EQU 0a0h
KBD_PORT_A EQU 60h
KBD_PORT_B EQU 61h
gdt_off dw ?
gdt_seg dw ?
real_ss dw ?
real_sp dw ?
real_es dw ?
CODESEG
PUBLIC _real_mode, _protected_mode
PUBLIC _enable_interrupt
PUBLIC _pause
PROC _protected_mode NEAR
push bp
mov bp,sp
mov ax,[bp+4]
mov dx,[bp+6]
mov [gdt_seg], dx
mov [gdt_off], ax
push ds
mov ax,40
mov ds,ax
mov [WORD 67],OFFSET shutdown_return
mov [WORD 69],cs
pop ds
cli
in al, INT_MASK_PORT
and al, 0ffh
out INT_MASK_PORT, al
mov al,8f
out CMOS_PORT,al
jmp delay1
delay1:
mov al,5
out CMOS_PORT+1,al
mov [real_ss],ss
mov [real_es],es
; Загружаем регистры ES:SI адресом GDT, полученным
; как параметр функции protected_mode()
mov es, [gdt_seg]
mov si, [gdt_off]
; Подготавливаем номера прерываний IRQ0 и IRQ8
; для перепрограммирования контроллеров прерываний.
mov bx, 2028h
; Устанавливаем защищённый режим работы
mov ax, 8900h
int 15h
jnc pok
; Если произошла ошибка, мы остались в реальном режиме,
; завершаем работу программы.
mov ah, 4ch
int 21h
; Установлен защищённый режим работы процессора !
pok:
pop bp
ret
ENDP _protected_mode
PROC _real_mode NEAR
mov [real_sp], sp
mov al, SHUT_DOWN
out STATUS_PORT, al
waitr1:
hlt
jmp waitr1
LABEL shutdown_return FAR
mov ax, DGROUP
mov ds, ax
assume ds:DGROUP
cli
mov ss,[real_ss]
mov sp,[real_sp]
in al, INT_MASK_PORT
and al, 0
out INT_MASK_PORT, al
mov ax, DGROUP
mov ds, ax
mov ss, ax
mov es, ax
mov ax,000dh
out CMOS_PORT,al
sti
ret
ENDP _real_mode
PROC _pause NEAR
push cx
mov cx,10
ploop0:
push cx
xor cx,cx
ploop1:
loop ploop1
pop cx
loop ploop0
pop cx
ret
ENDP _pause
PROC _enable_interrupt NEAR
sti
in al, INT_MASK_PORT
and al, 0fch
out INT_MASK_PORT, al
ret
ENDP _enable_interrupt
end
|
Библиотека
Братьев
Фроловых
Братьев
Фроловых
![[Назад]](../../prev.gif){kind=small}
![[Содеожание]](../../sod.gif){kind=small}
![[Дальше]](../../next.gif){kind=small}