Intel8086处理器使用NASM汇编语言实现操作系统10-硬盘读取(in/out)

本示例遇到的新汇编指令in，out

out 正确写法

out 0xf3,ax          ;将ax里的值放到0xf3端口，且只能是ax,al,eax
out dx,ax           ;第1操作数如果是寄存器，则必须使用dx

注意：我个人在写指令的时候，遇见一个奇怪的问题（求大神解答），某些8位端口使用ax会出现错误，比方说0x1f3端口，但是又有很多8位端口使用ax并不会出问题，这种问题非常难以调试，所以本人强烈建议多少位端口，就使用多少位寄存器，比如说端口是8位，那么最好使用al，端口是16位，最好使用ax

out 错误写法

out 0x01f3,ax        ;当直接使用地址时，只取1个字节，;所以本例编译之后，会变成0xf3，丢弃1
out cx,ax           ;不允许使用cx，必须使用dx
out dx,bx           ;不允许使用bx，只能使用al,ax,eax
out dx,0x01         ;不允许使用立即数，只能用al,ax,eax

in 正确写法

in ax,0xf0           ;如果直接使用地址，则只取1个字节
in ax,dx            ;dx中存放端口地址

in 错误写法

in ax,0x1f0          ;直接使用地址，只取1个字节，所以留f0，1被丢弃
in bx,0xf0          ;只能使用al,ah,ax来存放要写入的数据
in ax,cx            ;cx不可以存放端口地址，只能用dx

笔记：CHS模式的硬盘扇区从1开始，而LBA模式却是从0扇区开始

本文使用汇编语言，在LBA-28模式下进行硬盘读写，首先介绍一下LBA-28：使用32bit，其中28个bit位表示逻辑扇区号，4个bit表示状态，下面依次介绍这些端口

硬盘控制器有8个端口，端口号从0x01F0到0x01F7
1F0端口：16位数据端口，读数据或者写数据
1F1端口：错误原因
1F2端口：8位端口，表示要操作的扇区数量
1F3端口：8位端口，起始扇区编号，32bit中的低8位
1F4端口：8位端口，起始扇区编号，32bit中的中低8位
1F5端口：8位端口，起始扇区编号，32bit中的中高8位
1F6端口：8位端口，起始扇区编号，32bit中的高8位
1F7端口：8位端口，状态端口，命令端口，如果是读操作，则设置0x20

示例以及流程：假设我们要从硬盘第3个扇区读取2个扇区的内容（注意，读取多个扇区的时候，一定是连续的扇区），那么硬盘控制器（在南桥上）会首先会一次性读取1个扇区的内容，然后CPU再一个一个字节的从硬盘控制器中读取

首先应该先设置数量2

mov dx,0x01F2
mov al,0x2;注意此处如果写0，则表示要读取256个扇区，英特尔规定的
out dx,al

然后设置起始扇区号3，此处使用28bit位的数来表示起始扇区号，则扇区号的二进制是：XXXX0000 00000000 00000000 00000011，其中XXXX我们后文会说，先看如何设置3，如下图

端口0x01F6	端口0x01F5	端口0x01F4	端口0x01F3
XXXX0000	00000000	00000000	00000011
下面是将28位的bit设置成3，因为我们要从第3个扇区开始读取数据

;因为1f3-1f6四个端口加一起，才表示要从第几个扇区开始读，所以当要从第3个
;扇区开始读的时候，1f3端口设置成3就可以了，1f4,1f5,还有1f6的低4位都要
;设置成0
mov dx,0x01F3 ;1f3是8位端口
mov al,0x3
out dx,al     ;注意这个地方，很奇怪，如果使用ax，则从硬盘读的数据永远是0mov dx,0x01F4 ;将1f4端口设置成0
xor al,al
out dx,al     ;注意这个地方，就很奇怪，如果此处使用ax，毫无问题mov dx,0x01F5 ;将1f5端口设置成0
out dx,al;将1f6端口低4位设置成0，下面说

上面的代码没有对端口0x01F6进行设置，因为在设置之前，还需要了解0x01F6端口高4位代表什么

第32位	第31位	第30位	第29位
恒定1	0:CHS，1:LBA	恒定1	0:主硬盘，1:从硬盘
因为本文是从主硬盘读取数据，且使用LBA模式，所以0x01F6的值应该是
`1110 0000`，16进制是`0xE0`，补全上面代码，则需要添加

mov dx,0x01F6
mov al,0xE0
out dx,al

再设置是读，还是写，本示例是设置读取硬盘，通过写0x1F7（注意1f7读与写的区别），可以往1F7端口写如下值：

50h 格式化磁道
20h 尝试读取扇区
21h 无须验证扇区是否准备好而直接读扇区
22h 尝试读取长扇区(用于早期的硬盘,每扇可能不是512字节,而是128字节到1024之间的值)
23h 无须验证扇区是否准备好而直接读长扇区
30h 尝试写扇区
31h 无须验证扇区是否准备好而直接写扇区
32h 尝试写长扇区
33h 无须验证扇区是否准备好而直接写长扇区

mov dx,0x1F7;这是一个8位端口
mov al,0x20 ;因为我们是从硬盘读数据，所以往1f7端口写0x20
out dx,al

接下来判断是否可以读取，通过读0x1F7（注意1f7读与写的区别）

位7（BSY）	位6	位5	位4	位3（DRQ）	位2	位1	位0
1表示硬盘繁忙	无	无	无	1表示可以获取数据	无	1读0写	1表示有错误
1F7是命令端口，也是状态端口，所以发送完读命令之后，还要判断端口的返回状态，由表可以看出位7=0，位3=1的时候，才可以读取数据

mov dx,0x1F7
;无限轮询等待可以读取数据
waits:in al,dxand al,0x88;取位7和位3的值cmp al,0x08;如果位7=0，位3=1jnz waits
此处是读取数据的代码

最后是读取数据，读取数据从0x1F0读取数据，由于硬盘是块设备，所以读数据都是读取一个扇区，通常扇区都是512字节，且1F0是16位端口，所以要读取256次1F0端口

mov ax,0x1000
mov ds,ax       ;将数据读出存放到ds:si处，也就是内存地址0x10000处
xor si,si       ;一般首选bx，而不是si，毕竟都用ds和bx配合mov cx,256
mov dx,0x1F0
reads:in  ax,dxmov [si],axadd si,2loop reads

DMA模式（德玛西亚）

从最后一个代码可以看出，in和out指令，一次只读取一个字节，这样效率很低，所以出现了DMA模式，指的就是cpu指定一个起始位置，然后告知硬盘控制器，要读取哪的数据，然后DMA模块直接就将这里的数据，直接放到指定的内存位置，而不通过CPU

文章至此，介绍硬盘控制器的内容就已经结束了，下面使用上面的知识，实现一个读取硬盘LBA第0个扇区（主引导扇区）的内容，并显示到屏幕上

mov ax,0
mov ss,ax
mov sp,0
;设置将要操作的扇区个数是1
mov ax,1
mov dx,0x1f2
out dx,al
;设置将要从扇区0开始读数据，注意0x1f6端口，设置主硬盘，LBA方式
mov ax,0x00
mov dx,0x01f3
out dx,almov ax,0x00
mov dx,0x1f4
out dx,al               mov dx,0x1f5
out dx,al           mov ax,0xe0
mov dx,0x1f6
out dx,al               ;主硬盘，LBA方式;设置要执行的操作是读操作
mov ax,0x20
mov dx,0x1f7
out dx,al               ;开始读
waits:mov dx,0x1f7in  al,dxand al,0x88              ;取位7和位3cmp al,0x08          ;如果位7=0则表示不繁忙，位3=1则表示可以读取数据jne waitsmov cx,256D                ;准备循环256次，因为1f0是16位端口，所以每次读取;2字节，一共读取512字节，正好1个扇区大小
mov ax,0xb800           ;设置ds段寄存器b800，这是显存起始位置
mov ds,ax
read:mov dx,0x1f0           ;从1f0端口读数据，放到ax中，in指令只能放到ax中;注意1f0是16位端口而非8位in  ax,dx             ;此时要将AX拆分成4块，分别显示asicc;准备显示数据，因为nasm编译后在硬盘是小端法存储，所以先显示低字节，后显示高字节;处理次低4位             mov bx,ax               and bx,0x00f0           ;获取次低4位shr bx,0x4               ;右移4位，例如11110000->1111;此时bx次低4位的值已经跑到了bl低4位中cmp bl,0x0A               ;与10比较jb  show_number3      ;如果是0-9则显示数字，A-F则显示字母add bl,55D          ;显示字母，则内存中数字需要+55   jmp show_end3show_number3:          ;显示数字，则内存中数字需要+48add bl,48D         show_end3:call do_show;处理低4位mov bx,ax               and bx,0x0f             ;获取低4位cmp bl,0x0A               ;与10比较jb   show_number4     ;如果是0-9则显示数字，A-F则显示字母add bl,55D          ;显示字母，则内存中数字需要+55   jmp show_end4show_number4:          ;显示数字，则内存中数字需要+48add bl,48D         show_end4:call do_showcall show_space           ;显示1个字节之后，空格隔开;处理高4位mov bx,ax                and bx,0xf000           ;获取高4位shr bx,0xc                ;右移12位，例如11110000 00000000->1111;此时bx高4位的值已经跑到了bl低4位中cmp bl,0x0A              ;与10比较jb   show_number1     ;如果是0-9则显示数字，A-F则显示字母add bl,55D          ;显示字母，则内存中数字需要+55   jmp show_end1show_number1:          ;显示数字，则内存中数字需要+48add bl,48D         show_end1:call do_show;处理次高4位mov bx,ax              and bx,0x0f00           ;获取次高4位shr bx,0x8               ;右移8位，例如00001111 00000000->1111;此时bx次高4位的值已经跑到了bl低4位中cmp bl,0x0A              ;与10比较jb   show_number2     ;如果是0-9则显示数字，A-F则显示字母add bl,55D          ;显示字母，则内存中数字需要+55   jmp show_end2show_number2:          ;显示数字，则内存中数字需要+48add bl,48D         show_end2:call do_showcall show_space           ;显示1个字节之后，空格隔开loop read
show_space:mov byte [si],' '      ;空格隔开更好看inc simov byte [si],0x0binc siret
do_show:mov byte [si],bl        ;显示字母或数字inc simov byte [si],0x0binc siret
notstop: jmp notstop
times 510-($-$$) db 0
dw 0Xaa55

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