MS-DOS для программиста© Александр Фролов, Григорий ФроловТом 19, М.: Диалог-МИФИ, 1995, 253 стр.
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 несанкционированного копирования. Информация, приведенная в этом разделе, ориентирована прежде всего не на выполнение операций чтения или записи (которые лучше выполнять с помощью функций BIOS), а на управление контроллером и получение состояния контроллера. Именно эти операции требуются для организации защиты данных от несанкционированного копирования. Формат дорожки дискетыДля лучшего понимания работы контроллера мы приведем схему расположения зон данных на дорожке дискеты (рис. 1.1).
Рис. 1.1. Схема расположения зон данных на дорожке дискеты Каждый сектор на дорожке состоит из областей индекса и данных . Секторы разделены промежутками. В конце дорожки располагается конечный промежуток, его размер зависит от скорости вращения диска, длин секторов и других промежутков. Область индекса содержит информацию о номере дорожки, головки , сектора, код длины сектора. Область данных, очевидно, содержит данные, которые хранятся на диске. Приведем формат сектора (рис. 1.2).
Рис. 1.2. Формат сектора Порты контроллера НГМДПрограмма обращается к контроллеру для выполнения различных операций с помощью команд ввода/вывода. Для IBM PC и IBM PC/XT используются три порта с адресами 3F2h, 3F4h и 3F5h. В компьютерах IBM PC/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 НГМД (одновременно можно работать только с одним НГМД), сбрасывать контроллер в исходное состояние, разрешать или запрещать прерывания от контроллера и работу схем прямого доступа к памяти, включать или выключать двигатели НГМД. Приведем назначение отдельных бит этого порта:
Порт 3F4h предназначен только для чтения. С его
помощью можно получить байт основного состояния
контроллера. Назначение отдельных бит приведено
ниже:
Порт 3F5h предназначен для записи или чтения данных. Он используется для всех операций. Выполнение любой операции начинается с того, что программа посылает в этот порт байт кода операции, за которым следует один или несколько байт параметров. Количество байт параметров и их назначение зависит от кода операции (т. е. от первого байта). После выполнения операции программа считывает несколько байт результата для анализа результата выполнения операции. Порт 3F7h работает на запись и чтение, он используется только в IBM PC/AT. При записи в этот порт биты 0-1 определяют
скорость передачи данных:
Приведем назначение отдельных бит порта 3F7h при
чтении из него:
Команды для контроллера НГМДКонтроллер НГМД может выполнять 15 операций, или команд. Команда разделяется на три фазы - командная фаза, фаза выполнения, фаза результата. В командной фазе программа должна передать контроллеру всю информацию, необходимую для команды. В фазе выполнения команда выполняется, и в фазе результата программа получает от контроллера информацию о состоянии контроллера. Информация, необходимая для 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 прочитать 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 команды контроллер формирует сигнал запроса прерывания. В фазе результата процессор считывает состояние контроллера. Это состояние хранится в нескольких внутренних регистрах контроллера:
Регистр основного состояния доступен через порт 3F4h, содержимое остальных регистров процессор считывает после выполнения контроллером команды через порт данных 3F5h. В форматах команд и таблицах, приведенных ниже,
используются следующие обозначения:
Приведем форматы всех команд контроллера НГМД.
Первые несколько команд имеют одинаковый формат параметров и одинаковые байты 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 бит 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. 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 бит и определяет время загрузки головки . Бит ND предназначен для использования канала прямого доступа ПДП - 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, которая заполняется базовой системой ввода/вывода BIOS во время инициализации системы. Конечно, если вам нужны нестандартные параметры, вы можете использовать свои, ориентируясь на оригинальные 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 запрошенным, контроллер байт за байтом считывает данные, расположенные в секторе, 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 чтения 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 выполнять многодорожечные операции и 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 секторы в порядке увеличения номеров, так как при форматировании контроллер запрашивает параметры C, H, R и 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. Использование команд контроллера НГМДВыполнив сброс контроллера, вам надо его проинициализировать, указав все рабочие параметры. Затем можно выдавать контроллеру команды, каждый раз проверяя регистр основного состояния ST и анализируя байты результата ST0...ST3. Можно предложить следующую последовательность действий:
Немного о контроллере прямого доступа к памятиПриведем основные сведения, необходимые для того чтобы разобраться в программе, демонстрирующей использование команд контроллера НГМД. Контроллер прямого доступа к памяти (ПДП ) имеет несколько каналов и для IBM PC/AT состоит из двух микросхем Intel 8237A (или аналогичных). Контроллер НГМД использует канал с номером 2. Перед началом инициализации контроллера ПДП программа должна послать в порты 0Bh и 0Ch код операции, которая будет выполняться - 46h для операции чтения и 4Ah для операции записи. В процессе инициализации программа должна сообщить контроллеру ПДП 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 контроллера ПДП компьютера IBM PC/AT используется 8-битовый номер страницы и 16-битовое смещение. Например, для адреса 23456h номер страницы будет равен 2h, а смещение - 3456h. Для программирования канала 2 контроллера ПДП программа должна сначала вывести младший байт смещения в порт с адресом 04h, затем вывести в этот же порт старший байт смещения и, наконец, вывести байт номера страницы в порт с адресом 81h. Длина передаваемых данных выводится аналогичным образом в порт с адресом 05h - сначала младший байт длины, затем старший. После определения режима работы канала, адреса буфера и длины передаваемых данных, программа должна разрешить работу контроллера ПДП , выдав в порт с адресом 0Ch байт 2. Теперь канал прямого доступа готов к работе и будет ждать данные от контроллера НГМД. Программа FDDIOПрограмма FDDIO (листинг 1.2) использует несколько характерных команд контроллера НГМД. Эта программа предназначена для работы на компьютере IBM PC/AT. Для того чтобы она правильно работала и на IBM PC/XT, ее надо немного изменить. Изменения касаются программирования контроллера ПДП и программирования скорости передачи контроллера НГМД. Контроллер ПДП компьютера IBM PC/XT использует 4-битовый номер страницы буфера вместо 8-битового. Скорость передачи контроллера НГМД в IBM PC/XT не программируется, поэтому вы должны убрать из программы соответствующие строки. Программа не проверяет, установлена ли дискета в приемный карман НГМД, поэтому перед запуском не забудьте ее установить. Листинг 1.2. Файл fddio\fddio.cpp
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <conio.h>
#include <dos.h>
#define CYL 0
typedef struct _DPT _
{
unsigned char srt_hut;
unsigned char dma_hlt;
unsigned char motor_w;
unsigned char sec_size;
unsigned char eot;
unsigned char gap_rw;
unsigned char dtl;
unsigned char gap_f;
unsigned char fill_char;
unsigned char hst;
unsigned char mot_start;
} DPT ;
DPT far *get_dpt(void);
void fdc_out(unsigned char byte);
int fdc_inp(void);
void int_wait(void);
void dma_init(void far *);
void delay(int cnt);
char buffer[512];
void main(void)
{
unsigned i;
long l;
char status[7], main_status;
DPT _far *fdpt;
FILE *sect;
printf("\n\nРабота с контроллером НГМД"
"\n (C)Фролов А., 1995\n");
// Открываем файл, в который будем записывать
// содержимое самого первого сектора дискеты
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
delay(18);
// 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
delay(1);
// 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 Кбайт/с
outp(0x3F7, 0);
// Инициализация канала прямого
// доступа к памяти
dma_init((void far *)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 после завершения 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:
asm in al,dx
asm test al,80h // Проверяем готовность
asm jz loop_fdc_out // контроллера
asm inc dx // Выводим байт в порт данных
asm mov al, parm // контроллера
asm out dx, al
}
// Ввод байта из порта данных контроллера дисковода
int fdc_inp(void)
{
asm mov dx,3F4h // Порт основного состояния
loop_fdc_inp:
asm in al,dx
asm test al,80h // Проверяем готовность
asm jz loop_fdc_inp // контроллера
asm inc dx // Введенный байт записываем
asm in al, dx // в регистр AX
}
// Ожидание прерывания от контроллера
void int_wait(void)
{
// Разрешаем прерывания
_enable();
asm mov ax,40h // После прихода прерывания
asm mov es,ax // программа обработки прерывания
asm mov bx,3Eh // устанавливает в 1 старший бит
wait_loop: // байта в области данных BIOS
asm mov dl,es:[bx] // по адресу 0040:003E.
asm test dl,80h // Мы ждем, когда этот бит будет
asm jz wait_loop // установлен в 1, а затем
// сбрасываем его.
asm and dl,01111111b
asm mov es:[bx],dl
}
// Инициализация канала прямого доступа к памяти
void dma_init(void far *buf)
{
unsigned long f_adr;
unsigned sg, of;
// Вычисляем 24-разрядный адрес буфера для данных
f_adr = ((unsigned long)FP_SEG(buf) << 4)
+ (unsigned long)FP_OFF(buf);
// 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
asm out 12,al // Сброс триггера-указателя байта
// для работы с 16-разрядными портами.
// Следующий байт, выводимый в 16-разрядный
// порт будет интерпретироваться
// как младший
asm out 11,al // Установка режима контроллера ПДП
asm mov ax,of // Смещение буфера, младший байт
asm out 4,al
asm mov al,ah // Смещение буфера, старший байт
asm out 4,al
asm mov ax,sg // Номер страницы
asm out 81h,al
asm mov ax,511 // Длина передаваемых данных
asm out 5,al
asm mov al,ah
asm out 5,al
asm mov al,2 // Разблокировка канала 2 контроллера ПДП
asm out 10,al
// Инициализация контроллера закончена,
// разрешаем прерывания.
_enable();
}
/**
* get_dpt
*
* Вычислить адрес таблицы параметров дискеты
*
* Функция возвращает указатель на таблицу
* параметров дискеты
*
**/
DPT far *get_dpt(void)
{
void far * far *ptr;
ptr = (void far * far *)MK_FP(0x0, 0x78);
return(DPT far*)(*ptr);
}
/**
* delay
*
* Формирование временной задержки при помощи
* таймера.
*
* В качестве параметра функции передается
* длительность задержки в количестве прерываний,
* поступающих от таймера (таймер генерирует
* в одну секунду примерно 18 прерываний)
*
**/
void delay(int cnt)
{
asm push bx
asm push dx
asm push si
asm mov si, cnt
asm mov ah, 0
asm int 1ah
asm mov bx, dx
asm add bx, si
delay_loop:
asm int 1ah
asm cmp dx, bx
asm jne delay_loop
asm pop si
asm pop dx
asm pop bx
}
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}
