Драйвер жесткого диска

ТЕХНИЧЕСКОЕ ЗАДАНИЕ


Разработать загружаемый драйвер жесткого диска

Содержание



#Cтр.

Техническое задание

1

Содержание

2

Введение

3

Основная часть


Структура загружаемого драйвера

3

Связь драйвера с операционной системой

6

Инициализация драйвера

8



Разметка диска

9

Контроллер жестких дисков для АТ-подобных ПЭВМ

11

Описание портов ввода-вывода

11

Система команд

12

Получение блока параметров BIOS

13



Подключение драйвера

15



Заключение

16

Список литературы

17

Приложения


Листинг программы

18



Введение


Фирмы-разработчики аппаратного обеспечения постоянно совершенствуют внешние устройства и другие узлы персонального компьютера. Постоянно появляются новая периферийная аппаратура и новые модификации уже существующих устройств. Старые устройства наделяются новыми возможностями, новые делают такое, о чем раньше не приходилось и мечтать.

Интуитивно ясно, что должна существовать какая-то программная прослойка между аппаратным и программным обеспечением, выполняющая "согласующие" и "унифицирующие" действия. Эта прослойка работает напрямую с аппаратурой, а прикладное (да и системное) программное обеспечение имеет дело только с этой интерфейсной прослойкой.

Операционная система MS-DOS, работающая на компьютерах фирмы IBM или совместимых с ними, тоже использует механизм драйверов.

Однако драйверы MS-DOS не всегда обращаются напрямую к аппаратуре. Обычно они вызывают функции BIOS, и уже BIOS выполняет все действия по вводу/выводу. Конечно, BIOS содержит программы обслуживания только стандартных устройств ввода/вывода, нестандартные устройства обслуживаются драйверами напрямую.

Использование BIOS как дополнительного интерфейса между драйверами стандартных устройств и аппаратурой резко повышает "живучесть" MS-DOS на не вполне совместимых с IBM персональных компьютерах. И это действительно так - самая распространенная на сегодняшний день операционная система MS-DOS версии 3.30 работает на всех компьютерах, хоть сколько-нибудь совместимых с IBM PC.

Это возможно благодаря тому, что производители совместимых компьютеров учитывают в программах BIOS все аппаратные особенности, и DOS "не видит" отличий. А прикладная программа - тем более.

Почему же этот способ не используется в операционных системах UNIX или OS/2? Дело в том, что к сожалению, программы BIOS не являются реентерабельными. Это не имеет значения для однозадачной MS-DOS, а мультизадачные операционные системы вынуждены сами организовывать обслуживание аппаратуры реентерабельным способом. (Существуют еще проблемы разделения ресурсов между параллельно выполняющимися процессами, которые тоже не решаются в рамках BIOS).

Таким образом, независимость аппаратного и программного обеспечения в DOS обеспечивается, с одной стороны, BIOS для стандартных устройств, с другой стороны - драйверами.

Пользователи могут легко дополнять операционную систему своими драйверами, составленными для нестандартных устройств. Возможна также замена стандартных драйверов, замена или расширение функций BIOS.


Структура загружаемого драйвера

Иногда говорят, что драйверы - это разновидность COM-программ, но это не так. Скорее способ получения загрузочного модуля драйвера похож на способ получения программы в формате COM. Есть еще одно сходство драйверов и программ в формате COM (которое как раз и появляется из-за одинакового способа их получения) - загрузочные модули этих программ являются точным отображением исходного текста на языке ассемблера без добавления каких-либо управляющих блоков в начало файла, как это происходит в программах формата EXE

Но, оказывается, управляющий блок в самом начале модуля драйвера имеется. Это так называемый заголовок драйвера. Только в отличие от программ формата EXE, этот заголовок создается не редактором связи, а самим программистом и должен быть помещен в самое начало исходного текста программы-драйвера.

При загрузке драйвера в память заголовок драйвера тоже помещается в оперативную память, и в нем операционная система производит некоторые изменения, о которых мы еще будем говорить.

Таким образом, можно говорить и о сходстве драйвера с программами в формате EXE, так как в начале загрузочного модуля драйвера имеется управляющий блок. Только этот управляющий блок в отличие от заголовка EXE-файла является принадлежностью самой программы и загружается вместе с ней в память. Заголовок EXE-программы используется при загрузке EXE-программы, но после загрузки операционная система убирает его из памяти.

Не стоит пытаться запускать драйвер как программу в формате COM, так как управление будет передано в область памяти, содержащую заголовок драйвера, а там нет правильных машинных команд. Поэтому обычно файлы драйверов имеют расширения имени, отличные от COM или EXE. Чаще всего используются расширения SYS, DRV, иногда BIN. На самом деле расширение имени можно задавать любое, так как при описании драйвера в файле CONFIG.SYS указывается его полное имя.

Для драйвера никогда не создается префикс программного сегмента PSP. В начале исходного текста программы-драйвера не ставится директива ORG 100H, как это делается для COM-программы, так как не надо резервировать место для PSP.

Что же представляет из себя загрузочный модуль драйвера?

Как уже было сказано, в начале модуля находится заголовок драйвера. Мы уже немного говорили о нем при описании векторной таблицы связи операционной системы. Приведем формат заголовка:

(0) 4

next

указатель на заголовок следующего драйвера. Если смещение адреса следующего драйвера равно FFFF, это последний драйвер в цепочке

(+4) 2

attrib

атрибуты драйвера

(+6) 2

strateg

смещение программы стратегии драйвера

(+8) 2

interrupt

смещение программы обработки прерывания для драйвера

(+10) 8

dev_name

имя устройства для символьных устройств или количество обслуживаемых устройств для блочных устройств.

Как уже было сказано, все драйверы связаны в цепочку. Самый первый драйвер находится сразу за векторной таблицей связи. Поле next заголовка драйвера указывает на следующий драйвер (на его заголовок). Это поле имеет формат DWORD-указателя и состоит из компоненты адреса сегмента и смещения. Признаком того, что данный драйвер последний в цепочке, служит значение 0FFFFh в компоненте смещения поля next.

Программист, когда он составляет программу-драйвер, заносит в это поле либо 0FFFFh:0FFFFh, если исходный текст содержит только один драйвер, либо адрес следующего драйвера (в виде дальней ссылки на метку заголовка следующего драйвера). Если исходный текст содержит несколько драйверов, то в заголовке последнего в поле next должно находиться значение 0FFFFh:0FFFFh.

При загрузке драйверов в память операционная система изменит содержимое поля next в заголовках драйверов для того, чтобы это поле указывало на заголовок следующего драйвера в цепочке. (Изменит в памяти, а не в файле драйвера!)

Обычно исходный текст программы содержит один драйвер, и поле next задается следующим образом:


next DD 0FFFFFFFFh


Следующее поле в заголовке драйвера - поле атрибутов драйвера atrib.

Это поле описывает устройство, обслуживаемое данным драйвером. Каждый бит слова отвечает за ту или иную особенность устройства. Прежде чем мы детально рассмотрим назначение всех битов этого слова, заметим, что бит 15 (самый старший бит) указывает, является ли это устройство символьным или блочным.

Для драйверов блочных устройств формат слова атрибутов:

Бит

Назначение

0

Зарезервировано, бит должен быть равен 0

1

1 - драйвер поддерживает 32-битовую адресацию сектора (для версий DOS, начиная с 4.00 и более поздних); если установлен этот бит, поле номера сектора всех запросов является двойным словом, добавляемым в конец заголовка запроса, старое поле номера сектора должно содержать -1);

0 - используется 16-битовая адресация сектора

2-5

Эти биты зарезервированы и должны быть равны 0

6

1 - поддерживаются логические устройства (используется блочными драйверами для управления "виртуальными" флоппи-дисками, создаваемые драйвером DRIVER.SYS в DOS версии 3.2 и более поздних версиях);

0 - логические устройства для блочных драйверов не поддерживаются;

7-10

Эти биты зарезервированы и должны быть равны 0

11

1 - единица в этом бите означает, что драйвер поддерживает функцию проверки замены носителя данных в устройстве (например, замены дискеты); используется для DOS версий 3.00 и более поздних;

0 - для блочных устройств функция проверки замены носителя данных не поддерживается

12

Зарезервировано, бит должен быть равен 0

13

1 - драйвер не использует стандартное IBM-устройство, и необходимо выдать запрос на построение блока параметров BIOSBIOS BPB;

0 - используется IBM-устройство

14

1 - поддерживаются функции IOCTL;

0 - функции IOCTL не поддерживаются

15

1 - символьное устройство;

0 - блочное устройство


После слова атрибутов драйвера находятся два очень важных поля: смещение программы стратегии драйвера strateg и смещение программы обработки прерывания interrupt.

Эти две программы используются DOS для организации обращения к драйверу. Для обращения к драйверу DOS формирует в своей области данных запрос, состоящий из заголовка стандартного формата и переменной части запроса, длина и формат которой зависят от типа запроса. После этого DOS считывает из заголовка драйвера значение смещения программы стратегии и передает ей управление, записав в регистры ES:BX адрес заголовка запроса.

Задача программы стратегии - запомнить этот адрес внутри тела драйвера для дальнейшего использования или организовать очередь запросов обслуживания.

Сразу после вызова программы стратегии DOS вызывает программу обработки прерываний, определив ее адрес из поля interrupt заголовка драйвера.

Программа обработки прерывания извлекает только что записанный программой стратегии адрес заголовка запроса и выполняет ту функцию, номер которой записан в запросе. Номер функции находится в заголовке запроса.

Результаты выполнения функции программа прерывания записывает в специально отведенные поля заголовка запроса, и на этом процедура обращения DOS к драйверу завершается.

Формат заголовка запроса будет приведен ниже, а сейчас покажем, как в заголовке драйвера задаются смещения программ стратегии и прерывания:


strateg DW strateg_proc

interrupt DW interrupt_proc


Последнее поле заголовка драйвера dev_name имеет различную интерпретацию для символьных и блочных устройств.

Для символьных устройств в этом поле должно располагаться выровненное по левому краю и дополненное до восьми символов пробелами имя устройства. Это имя будет использоваться для обращения к драйверу. Если Вы собираетесь заменить драйвер стандартного символьного устройства DOS на свой, Вы должны записать имя устройства заглавными буквами:


dev_name DB 'AUX '


Для блочных устройств первый байт поля dev_name содержит количество устройств, обслуживаемых данным драйвером, остальные семь байтов не используются:


dev_name DB 1

DB 7 dup(?)


Таким образом, мы выяснили, что драйвер содержит в самом начале заголовок, и где-то дальше должны располагаться программы стратегии и прерывания. (Не следует путать программу прерывания драйвера с программой обслуживания аппаратных или программных прерываний. Хотя программа прерывания драйвера немного похожа на обработчик программных прерываний, назначение этой программы и механизм ее использования совершенно другой).

Что еще может находиться в программе-драйвере?

Это могут быть области данных, используемые драйвером, и подпрограммы, вызываемые программами стратегии и прерывания. Иногда стандартные драйверы переназначают на себя некоторые вектора прерываний, и тогда они содержат в себе обработчики этих прерываний. В области памяти, отведенной операционной системой драйверу, может располагаться стек драйвера, если размер системного стека недостаточен.

На длину драйвера накладывается такое же ограничение, как и на длину COM-программ - 64 килобайта, то есть один сегмент.


Связь драйвера с операционной системой

Рассмотрим теперь более подробно механизм взаимодействия драйвера и операционной системы.

После загрузки драйвер становится как бы частью операционной системы. Все обращения к драйверу DOS выполняет с использованием заголовка драйвера. Для примера приведем вид заголовка символьного драйвера, выполняющего только простейшие функции:


next DD 0FFFFFFFFh

attrib DW 8000h

strateg DW strateg_proc

interrupt DW interrupt_proc

dev_name DB 'TESTDRV '


Это символьный драйвер (старший бит поля attrib равен 1), исходный текст содержит только один драйвер (поле next содержит значение 0FFFFFFFFh), имя устройства, которое нужно будет использовать при обращении к драйверу - TESTDRV. Имя устройства не должно совпадать с именем файла, содержащего символьный драйвер, иначе Вы не сможете обратиться к файлу, например, для его переименования - DOS будет работать не с файлом, а с устройством.

Как уже было сказано, перед обращением к драйверу DOS подготавливает заголовок запроса в своей области данных и вызывает программу стратегии, извлекая ее смещение из заголовка драйвера. Программа стратегии обычно очень проста, так как ее задача - запомнить адрес заголовка запроса в области памяти драйвера. Область для хранения адреса заголовка запроса может быть определена следующим образом:

req_off DW ?

req_seg DW ?


Тогда программа стратегии должна записать содержимое регистра ES в поле req_seg, а регистра BX - в поле req_off:


strateg_proc: mov cs:req_off,bx

mov cs:req_seg,es

ret


Драйвер состоит из одного сегмента кодов, поэтому для адресации данных используется сегментный регистр CS.

Запрос операционной системы к драйверу соcтоит из заголовка, имеющего фиксированный формат и длину 13 байт, и переменной части, размер и формат которой зависит от выполняемой функции.

Приведем формат заголовка запроса:

(0) 1

size

Длина запроса в байтах (длина заголовка запроса плюс длина переменной части запроса)

(+1) 1

unit

Номер устройства (используется для блочных устройств, указывает, с каким именно устройством, обслуживаемым драйвером, будет работать операционная система)

(+2) 1

cmd

Код команды, которую требуется выполнить (может иметь значение от 0 до 18h)

(+3) 2

status

Слово состояния устройства, заполняется драйвером перед возвратом управления операционной системе

(+5) 8

reserved

Зарезервировано

После вызова программы стратегии DOS передает управление программе прерывания (без параметров). Задача программы прерывания - выполнить команду, код которой находится в поле cmd заголовка запроса. Если драйвер блочного устройства обслуживает несколько логических устройств, то в поле unit находится номер устройства, для которого необходимо выполнить команду.

В зависимости от выполняемой команды запрос может содержать другую информацию, необходимую для выполнения команды.

Как результаты выполнения команды возвращаются DOS?

Данные (или адреса данных), полученные драйвером от физического устройства ввода/вывода, помещаются в область переменной части запроса. Кроме того, драйвер должен установить слово соcтояния устройства status в заголовке запроса в соответствии с результатами выполнения команды.

Приведем формат слова состояния устройства:

Бит

Назначение

0-7

Код ошибки устройства (если команда выполнена с ошибкой и драйвер установил признак ошибки (бит 15) в единицу, в это поле он должен записать код ошибки).

8

Команда выполнена. Этот бит всегда устанавливается драйвером перед тем, как он возвращает управление операционной системе.

9

Занято. Этот бит устанавливается обработчиком команды, когда физическое устройство занято выполнением предыдущей операции и поэтому не может выполнить требуемую команду. Этот бит используется также для передачи такой информации, как "буфер клавиатуры не пуст", "среда носителя данных заменяемая" (в команде проверки возможности замены среды носителя данных).

10-14

Зарезервировано.

15

Признак ошибки. Устанавливается драйвером, когда он не может обработать запрос или произошла физическая либо логическая ошибка при обработке правильного запроса. Биты 0-7 при этом должны содержать код ошибки.

Приведем таблицу возможных кодов ошибок:

Код

Описание

0

Нарушение защиты от записи. Была предпринята попытка записи информации на защищенное от записи устройство.

1

Неизвестное устройство.

2

Устройство не готово.

3

Неизвестная команда. Затребованная команда не поддерживается драйвером.

4

Ошибка CRC. При выполнении команды обнаружена ошибка циклического кода проверки.

5

Неправильная длина запроса. Поле длины в заголовке запроса содержит неверное значение.

6

Ошибка при поиске дорожки (дорожка не найдена).

7

Неизвестный носитель данных.

8

Сектор не найден.

9

Нет бумаги в принтере.

0Ah

Ошибка записи.

0Bh

Ошибка чтения.

0Ch

Общая ошибка.

0Dh

Зарезервировано.

0Eh

Зарезервировано.

0Fh

Неразрешенная замена диска (только для DOS версии 3.0 и более поздних версий).

Общая схема действий программы прерывания драйвера такова:

  • получив управление от операционной системы, программа прерывания сохраняет содержимое всех регистров процессора и считывает номер команды из заголовка запроса;

  • при необходимости программа считывает дополнительную информацию из области запроса;

  • затребованная команда выполняется (если она поддерживается драйвером);

  • если драйвер считывает какие-либо данные от обслуживаемого физического устройства для передачи их DOS, то сами данные или их адреса программа прерывания записывает в область запроса;

  • программа прерывания устанавливает слово состояния устройства в соответствии с результатами выполнения команды (если драйвер не поддерживает затребованную команду, в слове состояния устройства устанавливаются биты 15 и в биты 0-7 записывается код ошибки 3 - неизвестная команда);

  • восстанавливается содержимое регистров процессора, и управление возвращается операционной системе с помощью команды возврата из дальней процедуры.


Инициализация драйвера

Эта функция выполняется только один раз при загрузке драйвера и подключении его к операционной системе.

Функция инициализации должна поддерживаться любым драйвером, так как она сообщает операционной системе сведения, необходимые DOS для правильного подключения и использования драйвера.

Приведем формат запроса для команды инициализации:

(0) 13

header

Заголовок запроса.

(+13) 1

n_units

Количество устройств, обслуживаемых драйвером. Это поле заполняется только блочным драйвером.

(+14) 4

end_addr

Конечный FAR-адрес резидентной части кода драйвера. В это поле драйвер записывает адрес байта памяти, следующего за той частью кода драйвера, которая должна стать резидентной.

(+18) 4

parm

FAR-адрес строки параметров инициализации драйвера из файла CONFIG.SYS. Эта строка содержит все, что находится в строке файла после команды 'DEVICE=', она заканчивается символами перевода строки и возврата каретки 0Ah, 0Dh. При возврате драйвер блочного устройства должен записать в это поле адрес массива указателей на блоки параметров BIOSBIOS (BPB), по одному указателю на каждое устройство, обслуживаемое драйвером.

(+22) 1

drive

Номер устройства. Для версии DOS 3.0 и более поздних версий в это поле при загрузке драйвера операционная система заносит номер, назначенный устройству, обслуживаемому драйвером. Например, для устройства А: это 0, для B: - 1 и т.д.


При инициализации драйвер символьного устройства сохраняет в своей внутренней области данных параметры инициализации, используя адрес parm. Если параметры содержат числовые величины, программа инициализации может произвести их перекодировку и сохранить значения в двоичном формате.

Затем драйвер может выполнить инициализацию обслуживаемого физического устройства ввода/вывода, инициализацию своих внутренних переменных, вывести на экран какие-либо сообщения либо даже запросить у оператора дополнительные данные - функция инициализации может пользоваться для организации диалога с оператором и других действий функциями прерывания 21h с номерами от 01h до 0Ch, 25h, 30h, 35h и функциями BIOS.

Кроме этого, драйвер должен заполнить поле end_addr адресом конца резидентной части драйвера. Так как программа инициализации выполняется только один раз, обычно ее располагают в конце драйвера и для экономии памяти не оставляют резидентной.

Драйверы блочных устройств дополнительно должны возвратить DOS количество обслуживаемых устройств (в поле n_units) и указатель на массив указателей на блоки BPB (в поле parm).

Количество устройств используется DOS для определения логических имен устройств. Например, если Ваш драйвер обслуживает три логических устройства, и на момент его загрузки в системе имеются устройства A:, B: и C:, то устройства, обслуживаемые Вашим драйвером, получат имена D:, E: и F:. Количество устройств необходимо указывать также и в заголовке драйвера, в первом байте поля имени устройства dev_name.

Для каждого логического устройства драйвер должен содержать так называемый блок параметров BIOS (BIOS Parameter Block) BPB.

Блок BPB содержится в загрузочном секторе диска и содержит информацию, необходимую BIOS для работы с диском. Приведем формат BPB:

(0) 2

sect_siz

Количество байтов в одном секторе диска.

(+2) 1

clustsiz

Количество секторов в одном кластере.

(+3) 2

res_sect

Количество зарезервированных секторов.

(+5) 1

fat_cnt

Количество таблиц FAT.

(+6) 2

root_siz

Максимальное количество дескрипторов файлов, содержащихся в корневом каталоге диска.

(+8) 2

tot_sect

Общее количество секторов на носителе данных (в разделе DOS).

(+10) 1

media

Байт-описатель среды носителя данных.

(+11) 2

fat_size

Количество секторов, занимаемых одной копией FAT.

Приведем фрагмент исходного текста драйвера, возвращающего при инициализации указатель на массив BPB:


lea dx,bpb_ptr

mov es:[bx+18],dx

mov es:[bx+20],cs

. . . . . . . . . .


В этом примере предполагается, что ES:BX содержит адрес заголовка запроса.


Разметка диска


Данные на жесткий диск записываются в секторах. Сектора располагаются на дорожках. Нумерация дорожек начинается с внешней стороны пластины (там расположена нулевая дорожка). Количество пластин (дисков) и головок, так же как и максимальное число дорожек, могут колебаться в довольно широких пределах и зависят от типа конкретного накопителя. Дорожка обычно содержит от 8 до 26 секторов и для данного конкретного накопителя число секторов на дорожке постоянно. Начало дорожки определяется сигналом "индекс", который генерируется накопителем при каждом обороте диска. Далее следует первый сектор дорожки. Второй сектор будет отстоять от первого на число секторов, равное значению фактора чередования минус 1, третий еще на столько же и т. д. Таким образом при факторе

чередования равном 3, сектора на 17-секторной дорожке будут располагаться следующим образом:


ЪДДВДДВДДВДДВДДВДДВДДВДДВДДВДДВДДВДДВДДВДДВДДВДДВДДї

і 1і 7і13і2 і8 і14і3 і9 і15і4 і10і16і 5і11і17і 6і12і

ГДДБДДБДДБВДБДДБДДБВДБДДБДДБДДБДДБДДБДДБДДБДДБДДБДДґ

і і фактор і і

і ічер-ния і і

і<--индексі<------>і индекс --> і


Формат сектора приведен в таблице.

ЪДДДДДДДДДДДВДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДВДДДДДДї

іОбозначениеі Назначение іДлина і

і і і(байт)і

ГДДДДДДДДДДДЕДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДЕДДДДДДґ

і АМ і Адресный маркер і 4 і

і ИНТ1 і Интервал і 9-12 і

ГДДДДДДДДДДДЕДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДЕДДДДДДґ

і і Поле идентификации: і і

і СИНХ1 і Синхробайт

Если Вам нужна помощь с академической работой (курсовая, контрольная, диплом, реферат и т.д.), обратитесь к нашим специалистам. Более 90000 специалистов готовы Вам помочь.
Бесплатные корректировки и доработки. Бесплатная оценка стоимости работы.

Поможем написать работу на аналогичную тему

Получить выполненную работу или консультацию специалиста по вашему учебному проекту

Похожие рефераты: