✨ 074 硬盘同步 PIO

docs/01 系统引导/006 硬盘读写.md

@@ -37,7 +37,7 @@
 
 ## IDE / ATA PIO Mode
 
-Port Input Output 端口输出输出模式
+Programmed Input Output 编程输入输出模式
 
 端口是外部设备内部的寄存器；
 

src/include/onix/ide.h

@@ -0,0 +1,34 @@
+#ifndef ONIX_IDE_H
+#define ONIX_IDE_H
+
+#include <onix/types.h>
+#include <onix/mutex.h>
+
+#define SECTOR_SIZE 512 // 扇区大小
+
+#define IDE_CTRL_NR 2 // 控制器数量，固定为 2
+#define IDE_DISK_NR 2 // 每个控制器可挂磁盘数量，固定为 2
+
+// IDE 磁盘
+typedef struct ide_disk_t
+{
+    char name[8];            // 磁盘名称
+    struct ide_ctrl_t *ctrl; // 控制器指针
+    u8 selector;             // 磁盘选择
+    bool master;             // 主盘
+} ide_disk_t;
+
+// IDE 控制器
+typedef struct ide_ctrl_t
+{
+    char name[8];                  // 控制器名称
+    lock_t lock;                   // 控制器锁
+    u16 iobase;                    // IO 寄存器基址
+    ide_disk_t disks[IDE_DISK_NR]; // 磁盘
+    ide_disk_t *active;            // 当前选择的磁盘
+} ide_ctrl_t;
+
+int ide_pio_read(ide_disk_t *disk, void *buf, u8 count, idx_t lba);
+int ide_pio_write(ide_disk_t *disk, void *buf, u8 count, idx_t lba);
+
+#endif

src/kernel/ide.c

@@ -0,0 +1,275 @@
+#include <onix/ide.h>
+#include <onix/io.h>
+#include <onix/printk.h>
+#include <onix/stdio.h>
+#include <onix/memory.h>
+#include <onix/interrupt.h>
+#include <onix/task.h>
+#include <onix/string.h>
+#include <onix/assert.h>
+#include <onix/debug.h>
+
+#define LOGK(fmt, args...) DEBUGK(fmt, ##args)
+
+// IDE 寄存器基址
+#define IDE_IOBASE_PRIMARY 0x1F0   // 主通道基地址
+#define IDE_IOBASE_SECONDARY 0x170 // 从通道基地址
+
+// IDE 寄存器偏移
+#define IDE_DATA 0x0000       // 数据寄存器
+#define IDE_ERR 0x0001        // 错误寄存器
+#define IDE_FEATURE 0x0001    // 功能寄存器
+#define IDE_SECTOR 0x0002     // 扇区数量
+#define IDE_LBA_LOW 0x0003    // LBA 低字节
+#define IDE_LBA_MID 0x0004    // LBA 中字节
+#define IDE_LBA_HIGH 0x0005   // LBA 高字节
+#define IDE_HDDEVSEL 0x0006   // 磁盘选择寄存器
+#define IDE_STATUS 0x0007     // 状态寄存器
+#define IDE_COMMAND 0x0007    // 命令寄存器
+#define IDE_ALT_STATUS 0x0206 // 备用状态寄存器
+#define IDE_CONTROL 0x0206    // 设备控制寄存器
+#define IDE_DEVCTRL 0x0206    // 驱动器地址寄存器
+
+// IDE 命令
+
+#define IDE_CMD_READ 0x20     // 读命令
+#define IDE_CMD_WRITE 0x30    // 写命令
+#define IDE_CMD_IDENTIFY 0xEC // 识别命令
+
+// IDE 控制器状态寄存器
+#define IDE_SR_NULL 0x00 // NULL
+#define IDE_SR_ERR 0x01  // Error
+#define IDE_SR_IDX 0x02  // Index
+#define IDE_SR_CORR 0x04 // Corrected data
+#define IDE_SR_DRQ 0x08  // Data request
+#define IDE_SR_DSC 0x10  // Drive seek complete
+#define IDE_SR_DWF 0x20  // Drive write fault
+#define IDE_SR_DRDY 0x40 // Drive ready
+#define IDE_SR_BSY 0x80  // Controller busy
+
+// IDE 控制寄存器
+#define IDE_CTRL_HD15 0x00 // Use 4 bits for head (not used, was 0x08)
+#define IDE_CTRL_SRST 0x04 // Soft reset
+#define IDE_CTRL_NIEN 0x02 // Disable interrupts
+
+// IDE 错误寄存器
+#define IDE_ER_AMNF 0x01  // Address mark not found
+#define IDE_ER_TK0NF 0x02 // Track 0 not found
+#define IDE_ER_ABRT 0x04  // Abort
+#define IDE_ER_MCR 0x08   // Media change requested
+#define IDE_ER_IDNF 0x10  // Sector id not found
+#define IDE_ER_MC 0x20    // Media change
+#define IDE_ER_UNC 0x40   // Uncorrectable data error
+#define IDE_ER_BBK 0x80   // Bad block
+
+#define IDE_LBA_MASTER 0b11100000 // 主盘 LBA
+#define IDE_LBA_SLAVE 0b11110000  // 从盘 LBA
+
+ide_ctrl_t controllers[IDE_CTRL_NR];
+
+static u32 ide_error(ide_ctrl_t *ctrl)
+{
+    u8 error = inb(ctrl->iobase + IDE_ERR);
+    if (error & IDE_ER_BBK)
+        LOGK("bad block\n");
+    if (error & IDE_ER_UNC)
+        LOGK("uncorrectable data\n");
+    if (error & IDE_ER_MC)
+        LOGK("media change\n");
+    if (error & IDE_ER_IDNF)
+        LOGK("id not found\n");
+    if (error & IDE_ER_MCR)
+        LOGK("media change requested\n");
+    if (error & IDE_ER_ABRT)
+        LOGK("abort\n");
+    if (error & IDE_ER_TK0NF)
+        LOGK("track 0 not found\n");
+    if (error & IDE_ER_AMNF)
+        LOGK("address mark not found\n");
+}
+
+static u32 ide_busy_wait(ide_ctrl_t *ctrl, u8 mask)
+{
+    while (true)
+    {
+        // 从备用状态寄存器中读状态
+        u8 state = inb(ctrl->iobase + IDE_ALT_STATUS);
+        if (state & IDE_SR_ERR) // 有错误
+        {
+            ide_error(ctrl);
+        }
+        if (state & IDE_SR_BSY) // 驱动器忙
+        {
+            continue;
+        }
+        if ((state & mask) == mask) // 等待的状态完成
+            return 0;
+    }
+}
+
+// 选择磁盘
+static void ide_select_drive(ide_disk_t *disk)
+{
+    outb(disk->ctrl->iobase + IDE_HDDEVSEL, disk->selector);
+    disk->ctrl->active = disk;
+}
+
+// 选择扇区
+static void ide_select_sector(ide_disk_t *disk, u32 lba, u8 count)
+{
+    // 输出功能，可省略
+    outb(disk->ctrl->iobase + IDE_FEATURE, 0);
+
+    // 读写扇区数量
+    outb(disk->ctrl->iobase + IDE_SECTOR, count);
+
+    // LBA 低字节
+    outb(disk->ctrl->iobase + IDE_LBA_LOW, lba & 0xff);
+    // LBA 中字节
+    outb(disk->ctrl->iobase + IDE_LBA_MID, (lba >> 8) & 0xff);
+    // LBA 高字节
+    outb(disk->ctrl->iobase + IDE_LBA_HIGH, (lba >> 16) & 0xff);
+
+    // LBA 最高四位 + 磁盘选择
+    outb(disk->ctrl->iobase + IDE_HDDEVSEL, ((lba >> 24) & 0xf) | disk->selector);
+    disk->ctrl->active = disk;
+}
+
+// 从磁盘读取一个扇区到 buf
+static void ide_pio_read_sector(ide_disk_t *disk, u16 *buf)
+{
+    for (size_t i = 0; i < (SECTOR_SIZE / 2); i++)
+    {
+        buf[i] = inw(disk->ctrl->iobase + IDE_DATA);
+    }
+}
+
+// 从 buf 写入一个扇区到磁盘
+static void ide_pio_write_sector(ide_disk_t *disk, u16 *buf)
+{
+    for (size_t i = 0; i < (SECTOR_SIZE / 2); i++)
+    {
+        outw(disk->ctrl->iobase + IDE_DATA, buf[i]);
+    }
+}
+
+// PIO 方式读取磁盘
+int ide_pio_read(ide_disk_t *disk, void *buf, u8 count, idx_t lba)
+{
+    assert(count > 0);
+
+    ide_ctrl_t *ctrl = disk->ctrl;
+
+    lock_acquire(&ctrl->lock);
+
+    // 选择磁盘
+    ide_select_drive(disk);
+
+    // 等待就绪
+    ide_busy_wait(ctrl, IDE_SR_DRDY);
+
+    // 选择扇区
+    ide_select_sector(disk, lba, count);
+
+    // 发送读命令
+    outb(ctrl->iobase + IDE_COMMAND, IDE_CMD_READ);
+
+    for (size_t i = 0; i < count; i++)
+    {
+        ide_busy_wait(ctrl, IDE_SR_DRQ);
+        u32 offset = ((u32)buf + i * SECTOR_SIZE);
+        ide_pio_read_sector(disk, (u16 *)offset);
+    }
+
+    lock_release(&ctrl->lock);
+    return 0;
+}
+
+// PIO 方式写磁盘
+int ide_pio_write(ide_disk_t *disk, void *buf, u8 count, idx_t lba)
+{
+    assert(count > 0);
+
+    ide_ctrl_t *ctrl = disk->ctrl;
+
+    lock_acquire(&ctrl->lock);
+
+    LOGK("write lba 0x%x\n", lba);
+
+    // 选择磁盘
+    ide_select_drive(disk);
+
+    // 等待就绪
+    ide_busy_wait(ctrl, IDE_SR_DRDY);
+
+    // 选择扇区
+    ide_select_sector(disk, lba, count);
+
+    // 发送写命令
+    outb(ctrl->iobase + IDE_COMMAND, IDE_CMD_WRITE);
+
+    for (size_t i = 0; i < count; i++)
+    {
+        u32 offset = ((u32)buf + i * SECTOR_SIZE);
+        ide_pio_write_sector(disk, (u16 *)offset);
+
+        ide_busy_wait(ctrl, IDE_SR_NULL);
+    }
+
+    lock_release(&ctrl->lock);
+    return 0;
+}
+
+static void ide_ctrl_init()
+{
+    for (size_t cidx = 0; cidx < IDE_CTRL_NR; cidx++)
+    {
+        ide_ctrl_t *ctrl = &controllers[cidx];
+        sprintf(ctrl->name, "ide%u", cidx);
+        lock_init(&ctrl->lock);
+        ctrl->active = NULL;
+
+        if (cidx) // 从通道
+        {
+            ctrl->iobase = IDE_IOBASE_SECONDARY;
+        }
+        else // 主通道
+        {
+            ctrl->iobase = IDE_IOBASE_PRIMARY;
+        }
+
+        for (size_t didx = 0; didx < IDE_DISK_NR; didx++)
+        {
+            ide_disk_t *disk = &ctrl->disks[didx];
+            sprintf(disk->name, "hd%c", 'a' + cidx * 2 + didx);
+            disk->ctrl = ctrl;
+            if (didx) // 从盘
+            {
+                disk->master = false;
+                disk->selector = IDE_LBA_SLAVE;
+            }
+            else // 主盘
+            {
+                disk->master = true;
+                disk->selector = IDE_LBA_MASTER;
+            }
+        }
+    }
+}
+
+void ide_init()
+{
+    LOGK("ide init...\n");
+    ide_ctrl_init();
+
+    void *buf = (void *)alloc_kpage(1);
+    BMB;
+    LOGK("read buffer %x\n", buf);
+    ide_pio_read(&controllers[0].disks[0], buf, 1, 0);
+    BMB;
+    memset(buf, 0x5a, SECTOR_SIZE);
+    BMB;
+    ide_pio_write(&controllers[0].disks[0], buf, 1, 1);
+
+    free_kpage((u32)buf, 1);
+}

src/kernel/main.c

@@ -12,6 +12,7 @@ extern void clock_init();
 extern void time_init();
 extern void rtc_init();
 extern void keyboard_init();
+extern void ide_init();
 extern void task_init();
 extern void syscall_init();
 extern void tss_init();
@@ -29,6 +30,7 @@ void kernel_init()
     keyboard_init();
     time_init();
     // rtc_init();
+    ide_init();
 
     task_init();
     syscall_init();

src/kernel/thread.c

@@ -31,20 +31,20 @@ static void user_init_thread()
     while (true)
     {
         // test();
-        pid_t pid = fork();
+        // pid_t pid = fork();
 
-        if (pid)
-        {
-            printf("fork after parent %d, %d, %d\n", pid, getpid(), getppid());
-            pid_t child = waitpid(pid, &status);
-            printf("wait pid %d status %d %d\n", child, status, time());
-        }
-        else
-        {
-            printf("fork after child %d, %d, %d\n", pid, getpid(), getppid());
-            // sleep(1000);
-            exit(0);
-        }
+        // if (pid)
+        // {
+        //     printf("fork after parent %d, %d, %d\n", pid, getpid(), getppid());
+        //     pid_t child = waitpid(pid, &status);
+        //     printf("wait pid %d status %d %d\n", child, status, time());
+        // }
+        // else
+        // {
+        //     printf("fork after child %d, %d, %d\n", pid, getpid(), getppid());
+        //     // sleep(1000);
+        //     exit(0);
+        // }
         sleep(1000);
     }
 }

src/makefile

@@ -53,6 +53,7 @@ $(BUILD)/kernel.bin: \
 	$(BUILD)/kernel/clock.o \
 	$(BUILD)/kernel/time.o \
 	$(BUILD)/kernel/rtc.o \
+	$(BUILD)/kernel/ide.o \
 	$(BUILD)/kernel/memory.o \
 	$(BUILD)/kernel/arena.o \
 	$(BUILD)/kernel/keyboard.o \