ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 19.06.2021
Просмотров: 185
Скачиваний: 1
Традиционный сервис BIOS
Традиционный дисковый сервис работает в 16-разрядном режиме процессора, все параметры вызова передаются через регистры процессора. Адрес сектора задается в системе CHS и размещен весьма специфично. Сервис вызывается программным прерыванием Int 13h, при вызове принимаются следующие соглашения:
номер функции задается в регистре АН и не должен превышать 3Fh;
логический номер диска задается в регистре DL (бит 7 = 0 — признак обращения к НГМД);
номер цилиндра (0-1023) задается в регистре СН (младшие8бит)иСL [7:6] (старшие 2 бита);
номер головки (0-255) задается в регистре DH;
номер начального сектора (1-63) задается в регистре CL [ 5 :0];
количество секторов, участвующих в операции, 8 бит — в регистре AL (0-255);
указатель на начало буфера оперативной памяти для считываемых и записываемых данных (address of buffer) — в регистрах Е S: ВХ;
результат выполнения операции определяется по флагу переноса: С F = 0 —успешное выполнение операции, CF = 1 — обнаружены ошибки (код состояния возвращается в регистре АН, код завершения последней операции с дискетами хранится по адресу 40:4lh, с жесткими дисками — 40:74h);
таблица параметров диска для дискет (DPT) задана указателем в памяти по адресу 0:78h, для жестких дисков (HDPT) — 0:104h или 0:118h.
Список функций традиционного сервиса приведен в табл. 4,. Устройства могут не поддерживать некоторые функции, о чем драйверы должны «честно сообщить» кодом возврата 01h.
Таблица 4
Функции дискового сервиса
Формально традиционный сервис позволяет работать с дисками, имеющими до 1024 х 256 х 63 = 16 515 072 секторов (около 8,4 Гбайт). Ряд операционных систем имеет ошибку, не позволяющую использовать полный объем, допустимый данным сервисом. Для дисков объемом более 15 481 935 секторов следует пользоваться только функциями расширенного сервиса. Однако при работе с устройствами АТА имеется еще и барьер в 528 Мбайт. Дело в том, что контроллер жесткого диска АТА, на который ориентированы драйверы Int 13h, имеет только 4-битный регистр номера головки (а в BIOS — 6 бит). Правда, этот же контроллер способен принимать 16-битный номер цилиндра (в BIOS — 10 бит). Понятно, что непосредственно без искажений через эти два фильтра (формат вызова и формат регистров контроллера) может пройти только вызов с самыми жесткими ограничениями по каждой координате. Тогда ограничение, полученное тем же перемножением диапазонов координат, получается около 528 миллионов байт:
(210 = 1024 цилиндра) х (24 -16 головок) (26 - 1 = 63 сектора) 512 байт =528 482 304 байт.
Для преодоления 528-мегабайтного барьера дисков АТА, не трогая программного интерфейса, в BIOS ввели расширение традиционного дискового сервиса. Интерфейс АТА в трехмерной геометрии позволяет реализовать довольно большой (но уже не запредельный) объем диска:
(216 = 65 536 цилиндров) х (24 = 16 головок) х (28 - 1 = 255 сектора) х 512 байт = 136,9 Гбайт.
Чтобы достичь хотя бы интерфейсного ограничения BIOS (8,4 Гбайт), стали применять трансляцию параметров вызова функций Int 13h, которые будем теперь называть логическими, в физические параметры, передаваемые контроллерам АТА-дисков. В функции, которая сообщает параметры диска (функция 8), производится обратная трансляция, так что на стороне вызова программного интерфейса Int 13h присутствуют только логические параметры. Естественно, логический объем диска не может превышать физического:
С Н S)ЛОГ ≤(С Н 8)ФИЗ.
Расширенный сервис BIOS
Чтобы получить возможность работы через BIOS с дисками объема более 8,4 Гбайт, потребовалось ввести новые функции дискового сервиса.
Расширенный дисковый сервис BIOS, Enhanced Disk Drive Services (EDD), продвигаемый фирмой Phoenix Technologies LTD, реализуется многими разработчиками BIOS и устройств массовой памяти. Он позволяет работать с устройствами, имеющими объем до 264 секторов, эффективно используя архитектуру процессоров IA-32 и IA-64. Сервис оперирует линейным логическим адресом сектора (LBA). Вместо традиционных таблиц параметров дисков в нем используются новые, дающие исчерпывающую информацию об устройствах, их физической организации и интерфейсе. Устройства могут иметь сменные носители и сами быть съемными в процессе работы компьютера (например, подключенные к шине USB или IEEE1394), так что понятие «сменяемость носителя» несколько размывается. Такие устройства должны поддерживать механизм уведомления о смене носителя и программное блокирование смены носителя. По прогнозам емкости данного интерфейса должно хватить на 15-20 лет.
Расширения BIOS Int 13h используют ОС Windows. Правда, это использование ограничено лишь начальной загрузкой и процессом установки (FDISK, FORMAT), поскольку в регулярной работе применяются собственные 32-разрядные драйверы.
В настоящее время определены три набора функций:
доступ к фиксированным дискам (fixed disk access subset) — функции 41-44h, 47h и 48h;
блокировка и смена носителя (device locking and ej ecting subset) — функции 41h, 45h, 46h, 48h и 49h;
поддержка расширенных дисков (enhanced disk drive (EDD) support subset) —функции 41h и 48h.
Расширенный сервис, как и традиционный, вызывается программным прерыванием I n t 13 h с номерами функций свыше 3Fh (регистр АН); номер устройства (регистр DL) допустим в диапазоне 80h-FFh. Основные параметры вызова — начальный адрес блока, число секторов для передачи и адрес буфера — передаются через адресный пакет (device address packet). Формат пакета в сравнении с передачей параметров традиционного сервиса через регистры процессора довольно просторный.
Поскольку расширение BIOS может и отсутствовать, имеется функция проверки его наличия (номер 41h). Расширение может действовать избирательно (не для всех устройств), так что проверку надо производить для конкретного устройства, интересующего программу. Проверка дает номер версии расширения и карту поддерживаемых наборов функций. Функции расширенного чтения, записи, верификации и поиска (42h, 43h, 44h и 47h) по смыслу не отличаются от их аналогов из традиционного сервиса. Для работы со сменными носителями введены функции отпирания/запирания, извлечения и проверки факта смены носителя (45h, 46h и 49h). От идеологии традиционного сервиса сильно отличается функция получения параметров устройства (48h). Она возвращает в ОЗУ буфер с набором параметров и детальным описанием устройства, позволяющим ОС и приложениям работать с ним, минуя BIOS. Функция установка аппаратной конфигурации (4Eh) позволяет управлять режимом передачи (PIO, DMA), а также предварительной выборкой (поиском).
Для эмуляции дисков на загружаемых CD-ROM к сервисам BIOS Int 13h добавляется несколько новых функций:
начать/завершить эмуляцию диска (4Ah/4Bh), начать эмуляцию диска и выполнить загрузку (4Ch);
прочитать секторы загрузочного каталога (4Dh); функции 41-48h позволяют обращаться к любым логическим секторам CD-ROM (в режиме LBA с размером сектора 2048 байт), когда для данного привода включена эмуляция.
Int 14h — поддержка СОМ-портов
СОМ-порты поддерживаются сервисом BIOS Int 14h, который обеспечивает описанные ниже функции.
00Н — инициализация (установка скорости обмена и формата посылок, заданных регистром AL; запрет источников прерываний). На сигналы DTR и RTS влияния не оказывает (после аппаратного сброса они пассивны).
01h — вывод символа из регистра AL (без аппаратных прерываний). Активируются сигналы DTR и RTS, и после освобождения регистра THR в него помещается выводимый символ. Если за заданное время регистр не освобождается, фиксируется ошибка тайм-аута и функция завершается.
02h — ввод символа (без аппаратных прерываний). Активируется только сигнал DTR (RTS переходит в пассивное состояние), и ожидается готовность принятых данных, принятый символ помещается в регистр AL. Если за заданное время данные не получены, функция завершается с ошибкой тайм-аута.
03h — опрос состояния модема и линии (чтение регистров МSRиLSR). Эту гарантированно быструю функцию обычно вызывают перед функциями ввода-вывода во избежание риска ожидания тайм-аута.
При вызове I n t 14h номер функции задается в регистре АН, номер порта (0-3) — в регистре DX (0 — СОМ1, 1 — COM2...). При возврате из функций 0,1 и 3 регистр АН содержит байт состояния линии (регистр LSR), AL — байт состояния модема (MSR). При возврате из функции 2 нулевое значение бита 7 регистра АН указывает на наличие принятого символа в регистре AL; ненулевое значение бита 7 — на ошибку приема, которую можно уточнить функцией 3. Байт состояния линии (регистр АН) имеет следующий формат:
бит 7 — ошибка тайм-аута (после вызова функции 2 — признак любой ошибки);
бит 6 — регистр сдвига передатчика пуст (пауза передачи);
бит 5 — промежуточный регистр передатчика пуст (готов принять символ для передачи);
бит 4 — обнаружен обрыв линии;
бит 3 — ошибка кадра (отсутствие стоп-бита);
бит 2 — ошибка паритета принятого символа;
бит 1 — переполнение (потеря символа);
бит 0 — регистр данных содержит принятый символ.
Байт состояния модема (регистр AL при возврате из функций 0,1,3) имеет следующий формат:
бит 7 — состояние линии DCD;
бит 6 — состояние линии RI;
бит 5 — состояние линии DSR;
бит 4 — состояние линии CTS;
бит 3 — изменение состояния DCD;
бит 2 — изменение огибающей RI;
бит 1 — изменение состояния DSR;
бит 0 — изменение состояния CTS.
При инициализации порта биты регистра AL имеют следующее назначение:
биты [7:5] — скорость обмена:
000=110; 100=1200; 001=150; 101=2400;
010=300; 110=4800;011=600; 111=9600 бит/с;
биты [4:3] — контроль паритета:
01 — число единиц нечетное;
11 — четное;
0 и 10 — без контроля;
бит 2 — количество стоп-бит: 0 — 1 бит, 1 — 2 бита (на скорости ПО бит/с —1,5 стоп-бит);
биты [1:0] — длина посылки: 00 — 5 бит, 01 — 6 бит, 10 — 7 бит, 11 — 8 бит.
В процессе начального тестирования POST BIOS проверяет наличие последовательных портов (регистров UART 8250 или совместимых) по стандартным адресам и помещает базовые адреса обнаруженных портов в ячейки BIOS Data Area 0:0400, 0402, 0404, 0406. Эти ячейки хранят адреса портов с логическими именами СОМ1-СОМ4. Нулевое значение адреса является признаком отсутствия порта с данным номером. В ячейки 0:047С, 047D, 047Е, 047F заносятся константы, задающие тайм-аут для портов.
Обнаруженные порты инициализируются на скорость обмена 2400 бит/с, 7 бит данных с контролем на четность (even), 1 стоп-бит. Управляющие сигналы интерфейса DTR и RTS переводятся в исходное состояние («выключено» — положительное напряжение).
12.8.5. Int17 h — поддержка принтера
Сервисы BIOS I n t 17 h: обеспечивают инициализацию, вывод байта данных и опрос состояния принтера, подключенного к LPT-порту. При вызове функция задается в регистре АН, номер LPT-порта — в регистре DX.
АН = 00Н — вывод байта из регистра AL по протоколу Centronics (без аппаратных прерываний). Данные помещаются в выходной регистр, и, дождавшись готовности принтера (снятия сигнала Busy), формируется строб.
АН = 01h — инициализация интерфейса и принтера (установка исходных уровней управляющих сигналов, формирование импульса lnit#, запрет аппаратных прерываний и переключение на вывод двунаправленного интерфейса).
АН = 02h — опрос состояния принтера (чтение регистра состояния порта).
При возврате регистр АН содержит байт состояния, который собирается из бит регистра состояния SR [7:3] и программно формируемого флага тайм-аута. Биты 6 и 3 относительно байта, считанного из регистра состояния, инвертированы. Назначение бит байта состояния:
бит 7 — не занято (сигнал Busy); нулевое значение означает, что принтер занят (буфер полон или состояние Off-Line, или ошибка);
бит 6 — подтверждение (сигнал Ack#); единичное значение означает, что принтер подключен;
бит 5 — конец бумаги (сигнал PaperEnd);
бит 4 — принтер готов (сигнал Select); нулевое значение означает, что принтер в состоянии Off-Line;
бит 3 — ошибка принтера (сигнал Error*); единичное значение соответствует ошибке;
биты 2:1=00 (не используются);
бит 0 — флаг тайм-аута, устанавливается при неудачной попытке вывода символа, если сигнал Busy не снимается в течение времени, определенного для данного порта в ячейках тайм-аута (в BIOS Data Area); в этом случае согласно протоколу Centronics строб данных не вырабатывается.
Перехват прерывания Int 17h является удобным способом внедрения собственных драйверов принтера. Потребность в них может возникать при подключении к порту принтера с интерфейсом ИPNP или необходимости перекодировки символов. Если разрабатываемый драйвер предназначен не только для перекодировки, но и изменения протокола (через Int 17h можно организовать вывод через LPT-порт по протоколу ИPNP и даже через СОМ-порт), следует внимательно отнестись к битам возвращаемого байта состояния. При их неправильном формировании попытки вывода на печать могут приводить к ошибочным сообщениям.
Int 1Ah и Int 15h—поддержка таймеров
Сервисы BIOS Int I Ah позволяют считывать и модифицировать значения системного таймера, даты и времени, а также установки будильника часов реального времени CMOS RTC. Перечисленные ниже номера функций указываются при вызове в регистре АН.
АН=0 — чтение системного таймера (двойного слова по адресу 40:006Eh в BIOS Data Area, инкрементируемого по прерываниям от канала 0 счетчика-таймера 8253/8254 примерно раз в 55 мс. Таймер обнуляется при выполнении тестаPOST после аппаратного сброса). Возвращает значение таймера, в СХ — старшую часть, в DX — младшую. А1_=0, если за последние 24 часа не было переполнения таймера. В современных версиях сброс AL возвращает счетчик переполнений таймера, хранящийся в ячейке 40:0070h (в старых версиях это был флаг).
АН=1 — установка системного таймера (СХ — старшая часть, в DX — младшая) и сброс флага (счетчика) переполнения таймера в ячейке 40:0070h. В случае ошибки устанавливается флаг CF=1.
АН=2 — чтение времени из RTC. Возвращает в упакованном BCD-формате час (в регистре СН), минуту (CL), секунду (DH) и признак коррекции летнего/зимнего времени (DL=1 — коррекция используется, DL=0 — нет). Признаком успешной операции является флаг CF=0. Во избежание ошибок некоторых BIOS привызове флаг CF должен быть сброшен.
АН=3 — установка времени в RTC, назначение регистров и признак результата аналогичен функции 2.
АН=4 — чтение даты из RTC. Возвращает в упакованном BCD-формате век (в регистре СН), две старшие цифры года (CL), месяц (DH) и день (DL). Признаком успешной операции является флаг CF=0. Во избежание ошибок некоторых BIOS при вызове флаг CF должен быть сброшен.
АН=5 — установка даты в RTC, назначение регистров и признак результата аналогичен функции 4.
АН=6 — установка времени срабатывания будильника RTC. Возвращает в упакованном BCD-формате час (в регистре СН), минуту (CL) и секунду (DH). Если будильник уже установлен, переустановка не производится и возвращается флаг CF-1. При срабатывании будильник вызывает прерывание Int 4Ah.
АН=7 — отмена установки будильника.
Функции BIOS Int 15h позволяют программировать таймер CMOS RTC — вводить задержку или запускать таймер установки флага, указывая время в микросекундах (СХ — старшее слово, DX — младшее). Нулевое значение интервала не вызывает никаких действий. Достижимое разрешение в зависимости от производительности ПК может достигать единиц миллисекунд, максимальная выдержка — около 70 часов. Перечисленные ниже номера функций указываются при вызове в регистре АН или АХ.
AH=86h — задержка на заданное время. Управление будет возвращено вызвавшему процессу только через указанный интервал. По окончании задержки будет установлен бит 7 в ячейке BDA 0040:00А0. Таймер может оказаться занятым, тогда вызов сразу возвратит флаг CF=1 (при успехе CF=0, а в AL окажется маска, записанная в 8259А#2).
10. AX=8300h — запуск таймера, устанавливающего флаг после указанной задержке бит 7 в ячейке, заданной регистрами ES: ВХ. При успешном запуске CF=0; если таймер занят (он один) — CF=1 и AL=0. Управление возвращается процессу сразу, а флаг будет установлен через заданное время. Перед завершением программа, запускавшая таймер, должна его сбросить функцией 830lh (во-первых, чтобы освободить; во-вторых, чтобы снять «адскую машинку», которая неожиданно сама может изменить значение ячейки памяти, вполне возможно уже задействованную другим, ничего не «подозревающим» процессом).