使用PCI IDE Controller读写硬盘 - 0

MiniKernel

前言

依稀记得我一年半以前曾经写过一篇关于PIO读硬盘数据的文章,当时就提到了读写硬盘操作很复杂,完全可以拿来做一个系列来写。当时也是真有写出一个系列的冲动,不过不巧的是,由于那段时间换工作,新的工作和底层的关系不太大,也就没时间继续读相关文档来把这个系列写下来。我现在还很清楚的记得当时有关使用IDE接口读写硬盘的中文资料特别的少,虽然英文资料倒是挺全面,但是对于英语不好的我来说,看起来还是挺吃力的。一年半后,我又好奇的搜索的这方面的中文资料,结果依旧令人失望。于是,我就决定我把知道的IDE方面的知识写出来,一方面算是自己的一个学习笔记,另一方面也算是一种分享。我将这个系列定位为学习笔记,就是说,文章的很多地方都是自己的理解,不能保证所提到的知识都是正确的。所以如果这篇文章有幸被你看见,并且发现了问题,请使用email联系我。

IDE介绍

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IDE是Integrated Drive Electronics的简称,wiki上翻译的中文是“集成驱动电子设备”。我们可以认为它是一种接口,可以管理控制IDE的驱动器,比如硬盘,光驱等等。事实上,现在所谓的ATA/ATAPI接口的第一个版本的名称就叫做IDE,所以现在人们通常认为IDE就是PATA。如果现在去买主板,我们会发现集成PATA/IDE的主板已经消失了,现在主流主板都是使用的SATA,这是一套新的接口。那么,我们干嘛要学习一个已经淘汰的技术呢?其实不然,虽然硬件的接口被淘汰了,但是IDE的驱动器的控制模式还是存在的。现在的BIOS设置中,通常有一种叫做“legacy mode”或者“IDE”的选项,开启这个选项,系统就能如同操作IDE/PATA一样操作SATA了。而对于我这有写迷你内核的人来说,学习IDE是非常好的,因为虚拟机bochs模拟的硬盘设备就是IDE/PATA的,另一方面,把迷你内核拿到真机上做实验的时候,开启“legacy mode”或者“IDE”也能够很顺利的进行实验。

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IDE通道以及通道寄存器地址

IDE有2个通道,可以管理4个驱动器,分别是:
通道1:
第一主驱动器
第一从驱动器
通道2:
第二主驱动器
第二从驱动器

每个通道都有两套用于控制其主从驱动器的寄存器,他们分别是 Control Block Registers 和 Command Block Registers。这些寄存器首先是有一个基础地址,然后通过按顺序可以获得整套寄存器地址,而寄存器的基础地址可以通过PCI Configuration Space来获得,更多情况下,我们不妨直接使用下面这张表来配置寄存器的基础地址。

2013-08-18_142953

事实上,这个基础地址是根据PCI IDE Controller模式不同而确定的。Compatibility模式下,寄存器的基础地址是固定的,但是在Native-PCI模式下,这个就需要读取具体的配置信息了。不过,大部分情况下,用上述地址不会有什么问题,所以这里就略过读取PCI Configuration Space的步骤了。

现在既然知道了寄存器的Base Address,那么下一步就是获得每个寄存器的地址了,其实这也非常简单。

Command Block Registers
1F0 (170)(读取和写入):数据寄存器
1F1 (171)(读):错误寄存器
1F1 (171)(写入):特性寄存器
1F2 (172)(读取和写入):扇区数寄存器
1F3 (173)(读取和写入):低LBA寄存器
1F4 (174)(读取和写入):中LBA寄存器
1F5 (175)(读取和写入):高LBA寄存器
1F6 (176)(读取和写入):驱动器/磁头寄存器
1F7 (177)(读):状态寄存器
1F7 (177)(写入):命令寄存器

Control Block Registers
3F6 (376)(读取):备用状态寄存器
3F6 (376)(写入):设备控制寄存器

另外还有一组寄存器叫做Bus Master IDE Register,我们使用DMA进行数据传输的时候会用到这类寄存器。现在就不去了解了,以免东西太多,造成不必要的混乱。

判断驱动器类型

前面说了很多的理论上的东西,现在我们看看怎么运用它们判断驱动器类型,比如是PATA还是SATA。当然,在做判断它们的类型之前,我们需要检测驱动器是否存在。判断方法很简单,先选择驱动器,对扇区数寄存器(1F2)和低LBA寄存器(1F3)写两个非0的数字,然后进行读取。如果读出的内容和写入的相同,那么我们可以认为驱动存在。就拿第一主驱动器举个例子:
mov dx, 1f6h ; 驱动器寄存器
xor al, al ; 选择驱动器,如果al第4位是0,那么选择0号设备,否则选择1号设备
out dx, al

mov dx, 1f2h
mov al, 55h ; 随意写一个数
out dx, al

mov dx, 1f3h
mov al, aah
out dx, al

mov dx, 1f2h
in al, dx ; 读取后比较
cmp al, 55h
jnz not_exist

mov dx, 1f3h
in al, dx
cmp al, aah
jnz not_exist

我用bochs测试的结果是,如果驱动器不存在,读出的数字总是0。接下来就可以获得驱动器的类型了,步骤是:1.选择驱动器(前面的操作以及做完这步了)2.软件复位驱动器。3.读取高LBA寄存器和中LBA寄存器。

mov dx, 3f6h ; 选择设备控制寄存器
mov al, 4h ; 设置第二位,表示软件复位
out dx, al

mov dx, 3f6h ; 选择设备控制寄存器
mov al, 0h
out dx, al

mov dx, 1f4h
in al, dx
mov id1, al

mov dx, 1f5h
in al, dx
mov id2, al

当ID1和ID2为不同的数值的时候,表示的设备不同,如下表所示
20130818152800
我在bochs实验的得到的结果是PATA,虽然模拟的设备比较老,但是这正是我想要的。

这样,我们读写硬盘的第一步,环境检测已经完成了。这个系列的下一篇文章,我们就来了解下通过PIO的方式读写硬盘。

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  2. IDE介绍
  3. IDE通道以及通道寄存器地址