《真象还原》读书笔记——第三章完善MBR（3.5 硬盘）

news2024/11/24 9:36:18

3.5 硬盘介绍

3.5.2 硬盘工作原理

机械式硬盘示意图
柱面-磁头-扇区
磁道的编号从0 开始，相同编号的此道组成的管状区域就是柱面。
盘面和磁头一一对应，所以用磁头号表示盘面，磁头编号从上到下从0开始。
扇区编号与盘面和磁道不同，各磁道内的扇区都是以1为起始编号的，并且只限于本磁道内有效。所以各个磁道间的扇区编号都是相同的，下限都是0。

主板是如何支持硬盘的
硬盘控制器与硬盘的关系就像是显卡和显示器。
一开始：将硬盘和硬盘控制器整合一起，这个接口被称为集成设备电路（IDE）。习惯将硬盘称为IDE硬盘。后期出现硬盘串口接口（SATA）。所以之前的ATA接口只好称为并行ATA（PATA）。
以前一般主机支支持4个并口硬盘，串口硬盘出现后，支持多少取决于主板的能力。
硬盘的并行接口与串行接口
图3-30 左边的线IDE线。以前，主盘从盘分工，主盘装系统。系统兼容性好了，以至区分不是很明显了。
主板上还有2个 IDE 接口。这两个接口也是以0 为起始编号，IDE0,IDE1。不过这两个被称为通道，IDE0叫primary通道，IDE1 叫 Secondary通道。即使是SATA硬盘，他也兼容PATA的编程接口。兼容为王。
主盘 master，从盘slave。disk。
primary通道，secondary通道。通道是channel，每个通道上分别有主盘和从盘。

3.5.3 硬盘控制端口

硬盘控制器属于 IO接口。需要通过读写硬盘控制器的端口来使用硬盘。
端口就是位于 IO控制器的寄存器。
要想读写硬盘就要通过以下端口号。
硬盘控制器主要端口寄存器
端口分两种。

向硬盘驱动器中写入命令字
从硬盘控制器中获取硬盘状态。

一个通道的主从硬盘都用这些端口号。
对某个硬盘操作，需要指定。
通过 device 寄存器。0 主盘，1 从盘。
device 寄存器和 status 寄存器
端口
在使用硬盘的端口时需要注意的是，同一个端口，在读或写的时候作用可能会有所不同。
例如：0x1F1 端口号，在从中读取数据时，读出的是"读取失败时，存放的ERROR信息"。
向其中写入时，写入的数据是需要读取的扇区数。虽然用途不同，但是是同一个端口。
端口号以及位数读写时候的功能
硬盘扇区是通过“柱头-磁头-扇区”定位的（Cylinder Head Sector），简称 CHS。
还有一种寻址方式，只将扇区从0开始依次编号，不用考虑扇区的物理结构，称为逻辑块地址（Logical Block Address）LBA。
LBA 有 28 和 48 两种。是用28bit或是48bit来描述一个扇区的地址。
书中使用的是LBA24模式。

3.5.4 常用的硬盘操作方法

command 寄存器写入就开始工作了，所以留到最后写。

顺序：

选通道，写入要写入待操作的扇区数。
将LBA寄存器 0 - 27 位补充完整。
device中第6位置1 LBA 模式。第4位选择硬盘（master/slave）。
向command 寄存器存入写入命令。
读取该通道上status 寄存器，判断工作是否完成。
如果以上是读硬盘，则进入第7步。否则结束。
将硬盘数据读出。结束。

硬盘准备好数据后，采用什么方法获取数据？
主要是用：

查询传送方式。通过状态寄存器，获取状态，看是否能够获取数据。
中断传送方式。通过中断驱动I/O，当数据设备准备好后，发送中断通知取数据。

3.6 让 MBR 使用硬盘

3.6.1 改造 MBR

由于MBR 只有 512 字节。所以

初始化环境
加载内核
以上两个任务交给加载器——loader。
而MBR 负责将loader加载到内存中并运行。

书中的一些可以改变的位置设置：

mbr占据了第0 扇区（LBA起点0，CHS起点1）将loader放到硬盘第2扇区。
尽量写在内存地址低的位置上，书中选定 0x900。

MBR 代码：

%include "boot.inc"
section MBR vstart=0x7c00
	mov ax,cs
	mov ds,ax
	mov es,ax
	mov ss,ax
	mov fs,ax
	mov sp,0x7c00 
	mov ax,0xb800 
	mov gs,ax 

;使用 int 0x10 功能号 0x06 清屏
	mov ah,0x06
	mov al,0x00		;上卷行数 0->全部
	mov bl,0x00
	mov bh,0x07
	mov cx,0x0000 ;左上( 0, 0)
	mov dx,0x184f ;右下(80,25)
	int 0x10

; ---------- 在显存中输入信息 ---------
; 输出背景为 黄 色，前景 红 色，并且跳动的字符串 "HELLO WORLD"
	mov bx,0
	mov cx,14
	mov si,0
print:
	mov al,[s+si]
	mov [gs:bx],al
	inc bx
	mov byte [gs:bx],0x24
	inc bx
	add si,1
loop print
	
	mov eax, LOADER_START_SECTOR
	mov bx, LOADER_BASE_ADDR
	mov cx, 1

	call rd_disk_m_16
	jmp LOADER_BASE_ADDR

rd_disk_m_16:
	mov esi,eax
	mov di,cx

	;指定扇区数0x1f2 8bit
	mov dx,0x1f2
	mov al,cl 
	out dx,al

	mov eax,esi 
	;LBA 0-7 8bit
	mov dx,0x1f3
	out dx,al 
	;LBA 8-15 8bit
	mov cl,8
	shr eax,cl
	mov dx,0x1f4
	out dx,al
	;LBA 16-23
	shr eax,cl 
	mov dx,0x1f5
	out dx,al 
	;LBA Device | 24-27
	shr eax,cl 
	and al,0000_1111b
	or  al,1110_0000b ;LBA, DEV主盘
	mov dx,0x1f6
	out dx,al 

	;写入命令
	mov dx,0x1f7
	mov al,0x20
	out dx,al 

	;检测硬盘状态
.not_ready:
	nop ;相当于个停顿
	in al,dx 
	and al,1000_1000b ;忙/准备好
	cmp al,0000_1000b
jnz .not_ready

	;读数据
	mov ax,di
	mov dx,256 ;512/2
	mul dx 
	mov cx,ax ;一共ax个字节

	mov dx,0x1f0
.read_data:
	in ax,dx 
	mov [bx],ax 
	add bx,2
	loop .read_data
ret



s db "1 MBR_start!!!"
times 510 - ($-$$) db 0
db 0x55, 0xaa

boot.inc 代码

LOADER_BASE_ADDR    equ 0x900
LOADER_START_SECTOR equ 0x2

loader.asm 代码

%include "boot.inc"

section loader vstart=LOADER_BASE_ADDR
    mov byte [gs:160],'2'
    mov byte [gs:161],0x24
    mov byte [gs:162],' '
    mov byte [gs:163],0x24
    mov byte [gs:164],'L'
    mov byte [gs:165],0x24
    mov byte [gs:166],'o'
    mov byte [gs:167],0x24
    mov byte [gs:168],'a'
    mov byte [gs:169],0x24
    mov byte [gs:170],'d'
    mov byte [gs:171],0x24
    mov byte [gs:172],'e'
    mov byte [gs:173],0x24
    mov byte [gs:174],'r'
    mov byte [gs:175],0x24
jmp $

编译指令

nasm -I include/ -o loader.bin loader.asm
nasm -I include/ -o mbr.bin mbr.asm
dd if=mbr.bin of=hd60M.img bs=512 count=1 conv=notrunc
dd if=loader.bin of=hd60M.img bs=512 count=1 seek=2 conv=notrunc

mbr 将硬盘中的 loader 代码读到内存中并运行的结果：
mbr 将硬盘中的loader读入到内存中并运行
loader的最终任务是加载内核。