assembly - INT 13, 2 在尝试从软盘驱动器读取扇区时卡在 x86 实模式上

Question

我正在为学校项目编写 DOS 克隆，我正在尝试使用 BIOS INT 13, 2 从软盘驱动器(主要是 FAT12 文件系统的根目录，扇区 19)读取一些扇区。我设置了正确的参数- 或者至少我认为我这样做了 - 然后用 AH = 2 调用 INT 0x13。然后，虽然，系统挂起。我想不通为什么。

我正在使用以下代码来调用中断:

mov ah, 0x2   ;Read sectors function
mov al, 1     ;I want to read one sector
mov ch, 0     ;From track 0
mov cl, 2     ;Sector 2
mov dh, 1     ;Head 1
mov dl, [device_number] ;Obtained from BIOS during boot
mov bx, 0x7C0 ;Buffer located at 0x7C00:0x0000*
mov es, bx
mov bx, 0
stc           ;Set carry for older BIOSes that just unset it.
int 0x13      ;Call BIOS INT 0x13
jc .error     ;If there's an error, jump to the .error subroutine.

上面的磁盘读取代码在处理击键的键盘中断处理程序中运行。当中断处理程序找到它识别的命令(即 DIR )时，它会运行调用磁盘读取代码的例程。我的键盘处理程序看起来像:

; Keyboard ISR
; Installed to Real mode IVT @ 0x0000:0x0024 (IRQ1) replacing
;     original BIOS interrupt vector

isr_teclado:
    pusha
    in al, 0x60                             ; Get keystroke
    call check_pressed_key                  ; Process Character
    call fin_int_pic1                       ; Send EOI to Master PIC
    popa
    iret

; Routine to send EOI to master PIC.
fin_int_pic1:
    push ax
    mov al, 0x20                        ;PIC EOI signal
    out 0x20, al                        ;Send signal to PIC 1
    pop ax
    ret

我一直在用 QEMU 和 Virtual Box 进行测试。他们不会跳转到 .error中断被调用后子程序也不继续执行。我也用 Bochs 测试过，但 Bochs 确实会提升进位标志并跳转到 .error .真不知道为什么。

需要注意的是，我不是在编写引导加载程序。我的系统已经使用实际工作的类似过程加载到内存中(不是使用硬编码值，这些仅用于测试，但使用从其他 BIOS 功能获得的其他值似乎也不起作用)。同样的程序在这里也不起作用。此外，我的系统在 0x0500:0x0000 加载，堆栈段设置为 0x0780:0x0000，堆栈基址和堆栈指针都从 0x0780:0x0400 (1KiB) 开始。

我做错了什么吗？我的参数不正确，我错过了什么吗？我没有在这里发布任何有用的信息？

Answer 1

您的代码不起作用，因为 int 0x13 BIOS 调用返回 0x80 状态代码(超时)。这是因为您正在中断处理程序 (ISR) 内执行磁盘读取 BIOS 调用。

当 CPU 在实模式下将控制权转移给您的 ISR 时，它会清除 IF 标志。这会导致 CPU 忽略可屏蔽的外部中断。即使您要使用 STI 启用中断您不会再收到从优先级低于或等于当前中断的 PIC 发送的任何中断。本质上，IRQ0(比 IRQ1 更高优先级的中断)是您在发送 EOI 之前可以获得的唯一中断。您不会收到 BIOS 调用正确完成请求所需的软盘 Controller 中断。这很可能是超时的原因。

执行 ISR 的最佳想法是限制他们做最少的事情，并在尽可能短的时间内完成。除非您知道自己在做什么，否则您应该避免从 ISR 进行其他 BIOS 调用。

在键盘 ISR 中，您可以将击键读入缓冲区并将处理它们推迟到以后。 A ring buffer内核经常使用它来处理键盘数据。一旦字符被读入缓冲区，您就可以发送 EOI 并退出您的 ISR。更换 JMP $这是内核的主循环，带有一个循环，用于处理键盘 ISR 存储的键。然后，您可以采取任何适当的行动。您可以更换您的 JMP $像这样:

main_loop:
    hlt                 ; Halt processor until next interrupt occurs

    [check for characters in the keyboard buffer and process them as needed]
    ...
    jmp main_loop

由于这是在 ISR 之外完成的，因此您不会受到在 ISR 内运行的问题的限制。

下面显示了可以与一个消费者和生产者一起工作的中断安全无锁环形缓冲区的示例实现。该示例有一个键盘 ISR，如果缓冲区未满，它会获取每个扫描码并将其放入缓冲区。主循环检查每次迭代是否有可用的扫描码(缓冲区不为空)。如果可用，则将其转换为 ASCII 并打印到控制台。

KBD_BUFSIZE equ 32                 ; Keyboard Buffer length. **Must** be a power of 2
                                   ;     Maximum buffer size is 2^15 (32768)
KBD_IVT_OFFSET equ 0x0024          ; Base address of keyboard interrupt (IRQ) in IVT

bits 16
org 0x7c00

start:
    xor ax, ax
    mov ds, ax                     ; DS=0 since we use an ORG of 0x7c00.
                                   ;     0x0000<<4+0x7C00=0x07C00
    mov ss, ax
    mov sp, 0x7c00                 ; SS:SP stack pointer set below bootloader

    cli                            ; Don't want to be interrupted when updating IVT
    mov word [KBD_IVT_OFFSET], kbd_isr
                                   ; 0x0000:0x0024 = IRQ1 offset in IVT
    mov [KBD_IVT_OFFSET+2], ax     ; 0x0000:0x0026 = IRQ1 segment in IVT
    sti                            ; Enable interrupts

    mov ax, 0xb800
    mov es, ax                     ; Set ES to text mode segment (page 0)
    xor di, di                     ; DI screen offset = 0 (upper left)
    mov ah, 0x1F                   ; AH = White on Blue screen attribute
    mov bx, keyboard_map           ; BX = address of translate table used by XLAT
    cld                            ; String instructions set to forward direction

.main_loop:
    hlt                            ; Halt processor until next interrupt
    mov si, [kbd_read_pos]
    cmp si, [kbd_write_pos]
    je .main_loop                  ; If (read_pos == write_pos) then buffer empty and
                                   ;     we're finished

    lea cx, [si+1]                 ; Index of next read (tmp = read_pos + 1)
    and si, KBD_BUFSIZE-1          ; Normalize read_pos to be within 0 to KBD_BUFSIZE
    mov al, [kbd_buffer+si]        ; Get next scancode
    mov [kbd_read_pos], cx         ; read_pos++ (read_pos = tmp)
    test al, 0x80                  ; Is scancode a key up event?
    jne .main_loop                 ;     If so we are finished

    xlat                           ; Translate scancode to ASCII character
    test al, al
    je .main_loop                  ; If character to print is NUL we are finished
    stosw                          ; Display character on console in white on blue

    jmp .main_loop

; Keyboard ISR (IRQ1)
kbd_isr:
    push ax                        ; Save all registers we modify
    push si
    push cx

    in al, 0x60                    ; Get keystroke

    mov cx, [cs:kbd_write_pos]
    mov si, cx
    sub cx, [cs:kbd_read_pos]
    cmp cx, KBD_BUFSIZE            ; If (write_pos-read_pos)==KBD_BUFSIZE then buffer full
    je .end                        ;    If buffer full throw char away, we're finished

    lea cx, [si+1]                 ; Index of next write (tmp = write_pos + 1)
    and si, KBD_BUFSIZE-1          ; Normalize write_pos to be within 0 to KBD_BUFSIZE
    mov [cs:kbd_buffer+si], al     ; Save character to buffer
    mov [cs:kbd_write_pos], cx     ; write_pos++ (write_pos = tmp)

.end:
    mov al, 0x20
    out 0x20, al                   ; Send EOI to Master PIC

    pop cx                         ; Restore all registers modified
    pop si
    pop ax
    iret

align 2
kbd_read_pos:  dw 0
kbd_write_pos: dw 0
kbd_buffer:    times KBD_BUFSIZE db 0

; Scancode to ASCII character translation table
keyboard_map:
    db  0,  27, '1', '2', '3', '4', '5', '6', '7', '8'    ; 9
    db '9', '0', '-', '=', 0x08                           ; Backspace
    db 0x09                                               ; Tab
    db 'q', 'w', 'e', 'r'                                 ; 19
    db 't', 'y', 'u', 'i', 'o', 'p', '[', ']', 0x0a       ; Enter key
    db 0                                                  ; 29   - Control
    db 'a', 's', 'd', 'f', 'g', 'h', 'j', 'k', 'l', ';'   ; 39
    db "'", '`', 0                                        ; Left shift
    db "\", 'z', 'x', 'c', 'v', 'b', 'n'                  ; 49
    db 'm', ',', '.', '/', 0                              ; Right shift
    db '*'
    db 0                                                  ; Alt
    db ' '                                                ; Space bar
    db 0                                                  ; Caps lock
    db 0                                                  ; 59 - F1 key ... >
    db 0,   0,   0,   0,   0,   0,   0,   0
    db 0                                                  ; < ... F10
    db 0                                                  ; 69 - Num lock
    db 0                                                  ; Scroll Lock
    db 0                                                  ; Home key
    db 0                                                  ; Up Arrow
    db 0                                                  ; Page Up
    db '-'
    db 0                                                  ; Left Arrow
    db 0
    db 0                                                  ; Right Arrow
    db '+'
    db 0                                                  ; 79 - End key
    db 0                                                  ; Down Arrow
    db 0                                                  ; Page Down
    db 0                                                  ; Insert Key
    db 0                                                  ; Delete Key
    db 0,   0,   0
    db 0                                                  ; F11 Key
    db 0                                                  ; F12 Key
    times 128 - ($-keyboard_map) db 0                     ; All other keys are undefined

times 510 - ($-$$) db 0                                   ; Boot signature
dw 0xAA55

注意:此实现是一个演示。一个真正的操作系统可能会有一个主循环将检查的事件队列。 ISR 将事件插入队列，主循环将弹出每个事件并处理它们。该演示效率低下，因为它总是检查缓冲区中的扫描码是否发生了键盘事件。



该代码基于环形缓冲区实现，其伪代码如下所示:

buffer[BUFSIZE]; /* BUFSIZE has to be power of 2 and be <= 32768 */
uint16_t read_pos = 0;
uint16_t write_pos = 0;

normalize(val)   { return val & (BUFSIZE - 1); }
saveelement(val) { buffer[normalize(write_pos++)] = val; }
getelement()     { return buffer[normalize(read_pos++)]; }
numelements()    { return write_pos - read_pos; }
isfull()         { return numelements() == BUFSIZE; }
isempty()        { return write_pos == read_pos; }

使用前 saveelement您必须调用 isfull以确保缓冲区未满。使用前 getelement您必须调用 isempty以确保有可读取的值。