开发日志：磁盘读取技术详解——CHS模式的应用与解析

读取磁盘：CHS方式

Bios读取磁盘

读取磁盘也是调用BIOS：

中断命令: INT 13H

读取扇区的入口参数为

AH = 02H 功能参数，读取扇区

AL = 扇区数

CH = 柱面

CL = 扇区

DH = 磁头

DL = 驱动器号，00H~7FH：软盘驱动器号；80H~0FFH：硬盘驱动器号

ES:BX = 缓冲区的地址

出口参数

CF = 0: 操作成功，AH = 00H，AL = 传输的扇区数

否则，AH = 状态代码

定义磁盘读取函数

1. 读取一个扇区

; ------------------------------------------------------------------------
; 读取一个扇区函数:ReadDisk0
; ------------------------------------------------------------------------
; 参数:ES:BX 缓冲区地址，CH柱面，DH磁头，CL扇区
; ------------------------------------------------------------------------
ReadDisk0:
MOV SI,0 ;初始化读取失败次数，用于循环计数

;为了防止读取错误，循环读取5次
;调用BIOS读取一个扇区
ReadFiveLoop:
MOV AH,0x02 ;BIOS中断参数：读扇区
MOV AL,1 ;BIOS中断参数：读取扇区数
MOV BX,0
MOV DL,0x00 ;BIOS中断参数：设置读取驱动器为软盘
INT 0x13 ;调用BIOS中断操作磁盘：读取扇区
JNC ReadEnd ;条件跳转，操作成功进位标志=0。则跳转执行ReadNextSector

inc si ;循环读取次数递增+1
CMP SI,5 ;判断是否已经读取超过5次
JAE LoadError ;上面cmp判断(>=)结果为true则跳转到DisplayError

MOV AH,0x00 ;BIOS中断参数：磁盘系统复位
MOV DL,0x00 ;BIOS中断参数：设置读取驱动器为软盘
INT 0x13 ;调用BIOS中断操作磁盘：磁盘系统复位
JMP ReadFiveLoop
;扇区读取完成
ReadEnd:
RET

2. 读取多个扇区

读取时要根据 扇区<磁头<柱面 的方式来读取。继续添加代码，读取18个扇区：（即完整的读取了一个柱面）。

代码如下：

?

3. 读取多个柱面

继续添加代码，读取10个柱面。

?

然后调用函数

;读取磁盘初始化
MOV AX,DISC_ADDR/0x10 ;设置磁盘读取的缓冲区基本地址为ES=0x820。[ES:BX]=ES*0x10+BX
MOV ES,AX ;BIOS中断参数：ES:BX＝缓冲区的地址
MOV CH,0 ;设置柱面为0
MOV DH,0 ;设置磁头为0
MOV CL,2 ;设置扇区为2
ReadSectorLoop:
CALL ReadDisk0; ;读取一个扇区

转换LBA到CHS方式读取

; ==============================================
; 读取磁盘:Func_readCHS2LBA
; 参数:
; ebx 扇区逻辑号
; cx 读入的扇区数,8位
; es 读取到内存单元的地址
; ==============================================
.reset
MOV AH,0x00 ;BIOS中断参数：磁盘系统复位
MOV DL,0x00 ;BIOS中断参数：设置读取驱动器为软盘
INT 0x13 ;调用BIOS中断操作磁盘：磁盘系统复位
ret

.readdisk
;初始化读取失败次数，用于循环计数
push cx
MOV cx,5

;为了防止读取错误，循环读取5次
;调用BIOS读取一个扇区
ReadFiveLoop:
MOV AH,0x02 ;BIOS中断参数：读扇区
MOV AL,1 ;BIOS中断参数：读取扇区数
MOV BX,0
MOV DL,0x00 ;BIOS中断参数：设置读取驱动器为软盘
INT 0x13 ;调用BIOS中断操作磁盘：读取扇区
JNC .readok ;条件跳转，操作成功进位标志=0。则跳转执行ReadNextSector

inc si ;循环读取次数递增+1
CMP SI,5 ;判断是否已经读取超过5次
JAE .readfail ;上面cmp判断(>=)结果为true则跳转到DisplayError

call .reset
loop ReadFiveLoop

;准备下一个扇区
.readok:

MOV AX,ES
ADD AX,0x0020
MOV EX,AX ;内存单元基址后移0x20。[EX+0x20:]
ADD CL,1 ;读取扇区数递增+1
CMP CL,18 ;判断是否读取到18扇区
JBE readdisk ;上面cmp判断(<=)结果为true则跳转到DisplayError

.readxx
;读取另一面磁头。循环读取柱面
MOV CL,1 ;设置柱面为0
ADD DH,1 ;设置磁头递增+1:读取下一个磁头
CMP DH,2 ;判断磁头是否读取完毕
JB ReadSectorLoop ;上面cmp判断(<)结果为true则跳转到DisplayError
MOV DH,0 ;设置磁头为0
ADD CH,1 ;设置柱面递增+1;读取下一柱面
CMP CH,10 ;判断是否已经读取10个柱面
JB readdisk ;上面cmp判断(<)结果为true则跳转到DisplayError

完整代码

最后，完整的boot.asm文件代码如下：

;RATSBOOT
;TAB=4

;定义常量
DISC_ADDR EQU 0x8000 ;磁盘第一个扇区开始，加载到内存缓冲的地址
SECTOR_NUM EQU 18 ;读取扇区数
CYLINDER_NUM EQU 10 ;读取柱面数

ORG 0x7c00 ;指明程序的偏移的基地址

;以下这段是标准FAT32 格式软盘专用的代码

JMP Entry

DB 0x90 ;nop,0x02
DB "RATSBOOT" ;（8字节）启动区的名称可以是任意的字符串
DW 512 ;每个扇区（sector）的大小（必须为512 字节）
DB 8 ;簇（cluster ）的大小（每个簇为8个扇区）
DW 584 ;保留扇区数,包括启动扇区
DB 2 ;FAT的个数（必须为2）
DW 0 ;最大根目录条目个数
DW 0 ;总扇区数（如果是0，就使用偏移0x20处的4字节值）
DB 0x00f8 ;磁盘介质描述
DW 0 ;（FAT16）每个文件分配表的扇区
DW 63 ;每个磁道扇区数
dw 255 ;磁头数
dd 63 ;隐藏扇区
dd 3902913 ;磁盘大小，总共扇区数（如果超过65535，参见偏移0x13）
dd 3804 ;每个文件分配表的扇区，3804个扇区

dw 0 ;Flagss
dw 0 ;版本号
dd 2 ;根目录启始簇

dw 1 ;FSInfo扇区
dw 6 ;启动扇区备份
times 12 db 0 ;保留未使用

DW 0 ;操作系统自引导代码
db 0x80 ;BIOS设备代号
db 0 ;未使用
db 0x29 ;标记
DD 0xffffffff ;序列号
DB "HELLO-OS " ;(11字节)磁盘名称，卷标。字符串长度固定
DB "FAT32 " ;(8字节)FAT文件系统类型。 0x52

times 12 db 0

;程序核心内容
Entry:
MOV AX,0 ;初始化寄存器
MOV SS,AX
MOV SP,0x7c00
MOV DS,AX

MOV DI,StartMessage ;将Message1段的地址放入SI
CALL DisplayStr ;调用函数
MOV DI,BootMessage ;将Message1段的地址放入SI
ADD DH,1
CALL DisplayStr ;调用函数
;读取磁盘初始化
MOV AX,DISC_ADDR/0x10 ;设置磁盘读取的缓冲区基本地址为ES=0x820。[ES:BX]=ES*0x10+BX
MOV ES,AX ;BIOS中断参数：ES:BX＝缓冲区的地址

MOV CH,0 ;设置柱面为0
MOV DH,0 ;设置磁头为0
MOV CL,1 ;设置扇区为2

ReadSectorLoop:
CALL ReadDisk0; ;读取一个扇区

;准备下一个扇区
ReadNextSector:
MOV AX,ES
ADD AX,0x0020
MOV ES,AX ;内存单元基址后移0x20(512字节)。[ES+0x20:]
ADD CL,1 ;读取扇区数递增+1
CMP CL,SECTOR_NUM ;判断是否读取到18扇区
JBE ReadSectorLoop ;上面cmp判断(<=)结果为true则跳转到DisplayError

;读取另一面磁头。循环读取柱面
MOV CL,1 ;设置柱面为0
ADD DH,1 ;设置磁头递增+1:读取下一个磁头
CMP DH,2 ;判断磁头是否读取完毕
JB ReadSectorLoop ;上面cmp判断(<)结果为true则跳转到DisplayError

MOV DH,0 ;设置磁头为0
ADD CH,1 ;设置柱面递增+1;读取下一柱面
CMP CH,CYLINDER_NUM ;判断是否已经读取10个柱面
JB ReadSectorLoop ;上面cmp判断(<)结果为true则跳转到DisplayError

;LoadSuccess:
MOV DI,Succmsg
MOV DH,3
CALL DisplayStr ;此处必须注释掉，不能调用INT。原因不明。

;加载执行boot文件:
;MOV [0x0ff0],CH ;将总共读取的柱面数存储在内存单元中
;JMP 0xc200 ;跳转执行在内存单元0xc200的代码
GoLoader:
MOV [0x0ff0],CH ;将总共读取的柱面数存储在内存单元中
JMP 0xc200 ;跳转执行在内存单元0xc200的代码:DISC_ADDR-0x200+0x4200
;(启动扇区开始地址0x8000+软盘代码:boot文件开始0x4200)

LoadError:
MOV DI,Errormsg
MOV DH,3
CALL DisplayStr ;如果加载失败显示加载错误

;程序挂起
Fin:
HLT ;让CPU挂起，等待指令。
JMP Fin
; ------------------------------------------------------------------------
; 读取一个扇区函数:ReadDisk0
; ------------------------------------------------------------------------
; 参数:ES:BS 缓冲区地址，CH柱面，DH磁头，CL扇区，AL扇区数=1,DL驱动器=0x
; ------------------------------------------------------------------------
ReadDisk0:

MOV SI,0 ;初始化读取失败次数，用于循环计数

;为了防止读取错误，循环读取5次
;调用BIOS读取一个扇区
ReadFiveLoop:

MOV AH,0x02 ;BIOS中断参数：读扇区
MOV AL,1 ;BIOS中断参数：读取扇区数
MOV BX,0
MOV DL,0x00 ;BIOS中断参数：设置读取驱动器为软盘
INT 0x13 ;调用BIOS中断操作磁盘：读取扇区
JNC ReadEnd ;条件跳转，操作成功进位标志=0。则跳转执行ReadNextSector

ADD SI,1 ;循环读取次数递增+1
CMP SI,5 ;判断是否已经读取超过5次
JAE LoadError ;上面cmp判断(>=)结果为true则跳转到DisplayError

MOV AH,0x00 ;BIOS中断参数：磁盘系统复位
MOV DL,0x00 ;BIOS中断参数：设置读取驱动器为软盘
INT 0x13 ;调用BIOS中断操作磁盘：磁盘系统复位
JMP ReadFiveLoop
;扇区读取完成
ReadEnd:
RET

; ------------------------------------------------------------------------
; 显示字符串函数:DisplayStr
; ------------------------------------------------------------------------
; 参数:SI:字符串开始地址, DH为第N行
; ------------------------------------------------------------------------
DisplayStr:
MOV CX,0 ;BIOS中断参数：显示字符串长度
MOV BX,DI
.1:;获取字符串长度
MOV AL,[BX] ;读取1个字节。这里必须为AL
ADD BX,1 ;读取下个字节
CMP AL,0 ;是否以0结束
JE .2
ADD CX,1 ;计数器
JMP .1
.2:;显示字符串
MOV BX,DI
MOV BP,BX
MOV AX,DS
MOV ES,AX ;BIOS中断参数：计算[ES:BP]为显示字符串开始地址

MOV AH,0x13 ;BIOS中断参数：显示文字串
MOV AL,0x01 ;BIOS中断参数：文本输出方式(40×25 16色 文本)
MOV BH,0x0 ;BIOS中断参数：指定分页为0
MOV BL,0x0c ;BIOS中断参数：指定白色字体07
MOV DL,0 ;列号为0
INT 0x10 ;调用BIOS中断操作显卡。输出字符
RET

;数据初始化
StartMessage: DB "hello,rats os start",0
BootMessage: DB "booting............",0
Errormsg: DB "load error ",0
Succmsg: DB "load success",0

FillSector:
RESB 510-($-$$) ;处理当前行$至结束(1FE)的填充
DB 0x55, 0xaa

运行结果如下：

上面代码的作用

首先boot.asm会被加载到内存并且执行.后面开始读取磁盘的10个柱面(10*18个扇区).
读取的扇区数据复制到 内存 0x8000 开始的位置.
然后打印输出"hello,rats os start"