LBA简介
磁盘读取发展
IO操作读取硬盘的三种方式：
-
chs方式 ：小于8G (8064MB)
-
LBA28方式：小于137GB
-
LBA48方式：小于144,000,000 GB
LBA方式访问使用了data寄存器，LBA寄存器（总共3个），device寄存器，command寄存器来完成的。
LBA28和LBA48方式：
LBA28方式使用28位来描述一个扇区地址，最大支持128GB的硬磁盘容量。
LBA28的寄存器
| 寄存器 | 端口 | 作用 |
|---|---|---|
| data寄存器 | 0x1F0 | 已经读取或写入的数据，大小为两个字节（16位数据) 每次读取1个word,反复循环，直到读完所有数据 |
| features寄存器 | 0x1F1 | 读取时的错误信息 写入时的额外参数 |
| sector count寄存器 | 0x1F2 | 指定读取或写入的扇区数 |
| LBA low寄存器 | 0x1F3 | lba地址的低8位 |
| LBA mid寄存器 | 0x1F4 | lba地址的中8位 |
| LBA high寄存器 | 0x1F5 | lba地址的高8位 |
| device寄存器 | 0x1F6 | lba地址的前4位（占用device寄存器的低4位） 主盘值为0（占用device寄存器的第5位） 第6位值为1 LBA模式为1，CHS模式为0（占用device寄存器的第7位） 第8位值为1 |
| command寄存器 | 0x1F7 | 读取，写入的命令，返回磁盘状态 1 读取扇区:0x20 磁盘识别:0xEC |
IDE通道1，读写0x1f0-0x1f7号端口
IDE通道2，读写0x170-0x17f号端口
CHS方式:
写0x1f1: 0
写0x1f2: 要读的扇区数
写0x1f3: 扇区号W
写0x1f4: 柱面的低8位
写0x1f5: 柱面的高8位
写0x1f6: 75位,101,第4位0表示主盘,1表示从盘,30位,磁头号
写0x1f7: 0x20为读, 0x30为写
读0x1f7: 第4位为0表示读写完成，否则要一直循环等待
读0x1f0: 每次读取1个word,反复循环，直到读完所有数据
24-bit LBA方式:
写0x1f1: 0
写0x1f2: 要读的扇区数
写0x1f3: LBA参数的0~7位
写0x1f4: LBA参数的8~15位
写0x1f5: LBA参数的16~23位
写0x1f6: 75位,111,第4位0表示主盘,1表示从盘,30位,LBA参数的24~27位
写0x1f7: 0x20为读, 0x30为写
读0x1f7: 第4位为0表示读写完成，否则要一直循环等待
读0x1f0: 每次读取1个word,反复循环，直到读完所有数据
48-bit LBA方式:
写两次0x1f1端口: 0
写两次0x1f2端口: 第一次要读的扇区数的高8位,第二次低8位
写0x1f3: LBA参数的24~31位
写0x1f3: LBA参数的0~7位
写0x1f4: LBA参数的32~39位
写0x1f4: LBA参数的8~15位
写0x1f5: LBA参数的40~47位
写0x1f5: LBA参数的16~23位
写0x1f6: 75位,010,第4位0表示主盘,1表示从盘,30位,0
写0x1f7: 0x24为读, 0x34为写
LBA和CHS的的对应关系
虽然LBA和CHS的两种定位方式不同，但其实两者间还是有一个转换关系的。
读取硬盘
1）sector count寄存器寄存器写入读取的扇区数
2）LBA low寄存器，LBA mid寄存器，LBA high寄存器写入lba地址
3）device寄存器写入lba地址和读取模式
4）command寄存器写入写入命令
5）读取两个字节数据，多次循环直到读取完扇区数据。
代码
boot.asm
引导文件，初始化屏幕后，读取硬盘并加载4个扇区到内存位置[0x90000]处。然后跳转到0x90000处执行指令。
;Rats OS
;Tab=4
[bits 16]
org 0x7c00 ;指明程序的偏移的基地址
;----------- loader const ------------------
LOADER_SECTOR_LBA equ 0x1 ;第2个逻辑扇区开始
LOADER_SECTOR_COUNT equ 9 ;读取9个扇区
LOADER_BASE_ADDR equ 0x9000 ;内存地址0x9000
;-------------------------------------------
;引导扇区代码
jmp Entry
db 0x90
db "RATSBOOT" ;启动区的名称可以是任意的字符串（8字节）
;程序核心内容
Entry:
;------------------
;初始化寄存器
mov ax,0
mov ss,ax
mov ds,ax
mov es,ax
mov ss,ax
mov fs,ax
mov gs,ax
mov sp,0x7c00
;------------------
;清屏
mov ah,0x06 ;清除屏幕
mov al,0
mov cx,0
mov dx,0xffff
mov bh,0x17 ;属性为蓝底白字
int 0x10
mov ah,0x02 ;光标位置初始化
mov dx,0
mov bh,0
mov dh,0x0
mov dl,0x0
int 0x10
;------------------
;读取硬盘1-10扇区
mov ebx,LOADER_SECTOR_LBA ;LBA扇区号
mov cx,LOADER_SECTOR_COUNT ;读取扇区数
mov di,LOADER_BASE_ADDR ;写入内存地址
call Func_ReadLBA16
jmp LOADER_BASE_ADDR
; ------------------------------------------------------------------------
; 读取磁盘:Func_ReadLBA16
; 参数:
; ebx 扇区逻辑号
; cx 读入的扇区数,8位
; di 读取后的写入内存地址
; ------------------------------------------------------------------------
Func_ReadLBA16:
;设置读取的扇区数
mov al,cl
mov dx,0x1F2
out dx,al
;设置lba地址
;设置低8位
mov al,bl
mov dx,0x1F3
out dx,al
;设置中8位
shr ebx,8
mov al,bl
mov dx,0x1F4
out dx,al
;设置高8位
shr ebx,8
mov al,bl
mov dx,0x1F5
out dx,al
;设置高4位和device
shr ebx,8
and bl,0x0F
or bl,0xE0
mov al,bl
mov dx,0x1F6
out dx,al
;设置commond
mov al,0x20
mov dx,0x1F7
out dx,al
.check_status:;检查磁盘状态
nop
in al,dx
and al,0x88 ;第4位为1表示硬盘准备好数据传输，第7位为1表示硬盘忙
cmp al,0x08
jnz .check_status ;磁盘数据没准备好，继续循环检查
;设置循环次数到cx
mov ax,cx ;乘法ax存放目标操作数
mov dx,256
mul dx
mov cx,ax ;循环次数 = 扇区数 x 512 / 2
mov bx,di
mov dx,0x1F0
.read_data:
in ax,dx ;读取数据
mov [bx],ax ;复制数据到内存
add bx,2 ;读取完成，内存地址后移2个字节
loop .read_data
ret
FillSector:
resb 510-($-$$) ;处理当前行$至结束(1FE)的填充
db 0x55, 0xaa
loader.asm
被引导扇区加载到0x90000位置，执行输出hello in loader文字
;Rats OS
;Tab=4
[bits 16]
section loader vstart=LOADER_BASE_ADDR ;指明程序的偏移的基地址
;----------- loader const ------------------
LOADER_BASE_ADDR equ 0x9000 ;内存地址0x9000
;---------------------------------------
jmp Entry
;程序核心内容
Entry:
;---------------------------
;输出字符串
mov si,HelloMsg ;将HelloMsg的地址放入si
mov dh,0 ;设置显示行
mov dl,0 ;设置显示列
call Func_Sprint ;调用函数
jmp $ ;让CPU挂起，等待指令
; ------------------------------------------------------------------------
; 显示字符串函数:Func_Sprint
; 参数:
; si = 字符串开始地址,
; dh = 第N行，0开始
; dl = 第N列，0开始
; ------------------------------------------------------------------------
Func_Sprint:
mov cx,0 ;BIOS中断参数：显示字符串长度
mov bx,si
.len:;获取字符串长度
mov al,[bx] ;读取1个字节到al
inc bx ;读取下个字节
cmp al,0 ;是否以0结束
je .sprint
inc cx ;计数器
jmp .len
.sprint:;显示字符串
mov bx,si
mov bp,bx
mov bx,ds
mov es,bx ;BIOS中断参数：计算[ES:BP]为显示字符串开始地址
mov ah,0x13 ;BIOS中断参数：中断模式
mov al,0x01 ;BIOS中断参数：输出方式
mov bh,0x0 ;BIOS中断参数：指定分页为0
mov bl,0x1F ;BIOS中断参数：显示属性，指定白色文字
int 0x10 ;调用BIOS中断操作显卡。输出字符串
ret
; ------------------------------------------------------------------------
;准备显示字符串
HelloMsg: db "hello in loader!",0
times 512-($-$$) db 0 ; 处理当前行$至结束(1FE)的填充
运行
创建Makefile文件，并执行make命令
# tools
PLATFORM=Linux
NASM=nasm
QEMU=qemu-system-x86_64
QEMU-IMG=qemu-img
BOCHS=bochs
BX-IMG=bximage
# args
boot=boot
build=build
target: prepare img
$(BOCHS) -f bochsrc.me
img: $(build)/ratsos.img
@echo "build img completed"
$(build)/ratsos.img:$(build)/boot.bin $(build)/loader.bin
$(BX-IMG) -hd -mode=flat -size=32 -q $(build)/ratsos.img
sleep 1
dd if=$(build)/boot.bin of=$(build)/ratsos.img bs=512 count=1 conv=notrunc
dd if=$(build)/loader.bin of=$(build)/ratsos.img bs=512 count=1 seek=1 conv=notrunc
$(build)/%.bin: $(boot)/%.asm
$(NASM) -f bin -o $(build)/$*.bin $(boot)/$*.asm
prepare: $(build)
@echo "prepare dir $(build)"
ifeq ($(build), $(wildcard $(build)))
@echo "build directory exist..."
else
mkdir -p $(build)
endif
clean:
@echo "clean dir $(build)"
rm -rf $(build)/*
platform:
@echo $(PLATFORM)
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