CPU处于保护模式时如何读/写硬盘？

Posted 2021-04-09

我正在进行操作系统实验。到目前为止，我的所有代码都使用实模式Bios中断来操作硬盘和软盘。但是，一旦我的代码启用保护模式，所有实模式BIOS中断服务程序将不可用。

我觉得我现在需要做一些硬件驱动程序。我对吗？这就是操作系统如此难以开发的原因吗？

我知道通过读取和写入某些控制或数据寄存器来控制硬件。例如，我知道硬盘的“命令块寄存器”范围从0x1F0到0x1F7。我想知道这么多不同硬件设备的寄存器地址在不同平台上是否一致？或者我必须在使用之前检测到它？我该怎么办？

由于我不确定如何在保护模式下读/写软盘或硬盘，因此在进入保护模式之前，我必须使用BIOS中断从软盘加载所有必需的内核文件。如果我的内核文件超过实际模式1M空间限制，我该怎么办？

当CPU处于保护模式时，如何读/写硬盘？

答案

你不一定要编写驱动程序。您可以退回到实模式以调用BIOS服务，然后在完成后跳回到保护模式。这基本上是DPMI DOS扩展器（DOS4GW，铜锣等）的工作原理。

Causeway DOS扩展程序的源代码是公共域，您可以查看它以供参考。 http://www.devoresoftware.com/freesource/cwsrc.htm

另一答案

安排ATA-PIO适度CASE Deep：cassex

软盘驱动器：http://wiki.osdev.org/ATA_PIO_Mode

我鼓励您在OSDEV论坛注册，社区非常有帮助和礼貌，即使是新手。

另一答案

我觉得我现在需要做一些硬件驱动程序。我对吗？

严格来说; （并且根据您的要求）“需要”可能太强 - 理论上您可以切换回实模式以使用BIOS功能，或使用virtual8086监视器，或者编写解释器来解释固件的指令而不是直接执行它们。

然而，BIOS很糟糕（设计用于“一次只能发生一件事”的环境，完全不适合现代系统，它预期所有设备能够同时做有用的工作），而BIOS则是不推荐使用（由UEFI取代），当它无法控制硬件时（因为固件仍然可以控制硬件），很难将操作系统称为操作系统。

请注意，如果您继续使用BIOS功能;各种硬件（中断控制器，各种设备的PCI配置空间，任何PCI桥，定时器等）的状态必须符合BIOS的期望。这意味着您将被迫接受巨大的限制（例如，永远无法正确使用IO APIC等），因为它会破坏其他预先存在的代码所使用的BIOS功能，或者您将被迫执行大量的工作让BIOS开心（模拟各种硬件，以便BIOS认为硬件仍处于预期的状态，即使它不是）。

换一种说法;如果你想要一个好的操作系统那么你需要编写驱动程序;但是如果你只想要一台在现代计算机（UEFI）上不起作用的操作系统，那么会出现严重的性能问题（“一次只能发生一件事”），难以改进，不支持任何设备BIOS不支持（例如声卡），并且不支持任何类型的“热插拔”（例如插入USB设备），那么您不需要编写驱动程序。

这就是操作系统如此难以开发的原因吗？

糟糕的操作系统很容易开发。例如，像MS-DOS一样可怕的东西（但与MS-DOS不兼容）可能会在1个月内被打成一片。

使操作系统难以开发的原因是使其变得更好。关心安全性，尝试获得可接受的性能，支持多CPU，提供容错，尝试使其更具未来性/可扩展性，提供良好的GUI，创建经过深思熟虑的标准（用于API等），和电源管理 - 这些使操作系统变得困难。

设备驱动程序增加了难度。在您编写驱动程序之前，您需要支持驱动程序所依赖的内容（内存管理，IRQ处理等 - 可能包括调度程序和某种通信）;然后自动检测设备的东西（例如扫描PCI配置空间）并尝试为检测到的任何东西启动驱动程序（可能/希望从文件系统或初始RAM磁盘，能够添加/卸载/替换驱动程序而无需重新启动） ;以及管理设备树的东西 - 例如这样您就知道当您将“父设备”置于睡眠状态时（或“父设备”出现硬件故障，或其驱动程序崩溃，或设备已拔下）时，将影响哪些“子设备”。当然，您需要编写设备驱动程序，其中难度取决于设备本身（例如，NVidia GPU的设备驱动程序可能比RS232串行端口控制器的设备驱动程序更难编写）。

对于存储设备本身（假设“80x86 PC”），大约有8个标准（ATA / ATAPI，AHCI和NVMe;然后是OHCI，UHCI，eHCI和xHCI用于USB控制器，然后是USB大容量存储设备规范）。然而，还有各种RAID控制器和/或SCSI控制器，其中没有标准（每个控制器都需要自己的驱动程序），以及一些过时的东西（软盘控制器，插入软盘控制器或并行端口的磁带驱动器，三个专有CD -ROM接口内置于声卡中）。

请理解支持所有这些不是目标。目标应该是提供设备驱动程序依赖的东西（如上所述），然后提供描述设备驱动程序接口的规范（可能/希望包括IO优先级和同步，以及设备/介质删除，错误处理等通知）以便其他人可以为您编写设备驱动程序。一旦完成，您可以自己实现一些特定的设备驱动程序（例如，最初可能只是AHCI - 其他所有内容都可以保留到很晚或直到其他人写入它）。