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) |next |указатель на заголовок следующего драйвера. Если смещение адреса |
|4 | |следующего драйвера равно FFFF, это последний драйвер в цепочке |
|(+4)|attrib|атрибуты драйвера |
|2 | | |
|(+6)|strate|смещение программы стратегии драйвера |
|2 |g | |
|(+8)|interr|смещение программы обработки прерывания для драйвера |
|2 |upt | |
|(+10|dev_na|имя устройства для символьных устройств или количество обслуживаемых |
|) 8 |me |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; |
|7-1|Эти биты зарезервированы и должны быть равны 0 |
|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