From a63e45d57ef63b754516c8011cd702d341d1cff6 Mon Sep 17 00:00:00 2001 From: Liu Aleaxander Date: Sat, 20 Mar 2010 00:35:32 +0800 Subject: [PATCH] Add a new chapter -- chapter 6 drivers Signed-off-by: Liu Aleaxander --- doc/Chapter6-Driver | 235 ++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++ 1 file changed, 235 insertions(+) create mode 100644 doc/Chapter6-Driver diff --git a/doc/Chapter6-Driver b/doc/Chapter6-Driver new file mode 100644 index 0000000..71b08ab --- /dev/null +++ b/doc/Chapter6-Driver @@ -0,0 +1,235 @@ +Chapter 6 基本驱动的实现 + +在这章节中， 将先后介绍键盘--典型的输入系统， 软盘--存储设备及典型的输入输出系统， 时钟三个驱动的实现。 + +6.1 键盘驱动的实现 +键盘驱动的实现相对比较简单， 其过程也很清晰： 捕捉键盘控制器的数据， 做出处理， 输出结果到屏幕上。 因此对于键盘驱动的实现， 我就主要以这三个步骤来写。 + +6.1.1 捕捉键盘的数据 +这个小标题把事情说的复杂了些， 但其实问题很简单： 假如我在键盘上按一个字母 a , 键盘控制器就会把其相应的扫描码(这是一种键盘控制器内部识别的编码系统， 有点类似于ASCII， 给每个字符编上相对应的码， 之后便可用这个码来对应于其字符， 但不是ASCII， 具体的字母所对应的编码可查询相关的表）到特定的端口（0x60), 所以， 我们只要读取该端口，就能得知我们刚按下键的扫描码， 代码如下： + scancode = inb(0x60); + +6.1.2 处理 +就如上面所示， 要得到一个键所对应的扫描码一条语句就可以解决。 但在对其处理之前， 有必要讲下什么是扫描码， 以及按键与松键时所对应的扫描码又是如何。 扫描码分两种， make以及break。 当一个键按下时， 就会产生一个make码， 当一个键松开时便会得到一个break码。 通常来说， 一个扫描码用前七位来表示， 第八位刚表示其状态， 1表示break， 0表示make。 所以， 一个简单的处理程序是这样的： + + if (scancode & 0x80）｛ + / It's a break code; it's useless for us, so just skip it. */ + return; + ｝else { + /* It's make code */ + printf("%c", scancode_table[scancode]); + } + +其中， scancode_table是一张表（或者说是个字符数组）， index就是扫描码的值， 而scancode_table[index]就是其所对应的字符了（注， 此时是ASCII）。 如一个简单的scancode_table可以是这样： + + +#defien NO 0x0 + +static unsigned char scancode_table[] = +{ + NO, 0x1B, '1', '2', '3', '4', '5', '6', // 0x00 + '7', '8', '9', '0', '-', '=', '\b', '\t', + 'q', 'w', 'e', 'r', 't', 'y', 'u', 'i', // 0x10 + 'o', 'p', '[', ']', '\n', NO, 'a', 's', + 'd', 'f', 'g', 'h', 'j', 'k', 'l', ';', // 0x20 + '\'', '`', NO, '\\', 'z', 'x', 'c', 'v', + 'b', 'n', 'm', ',', '.', '/', NO, '*', // 0x30 + .... +} +从这里可以看出， 数字1所对应的扫描码是2， 也就是说当我们按下1时， scancode的值便为2， 而scancode_table[2]所对应的字符就是1了， 这便是一个键盘驱动处理的大概过程。 + +这是一个很简单的处理程序， 但可以处理绝大多数的按键， 最起码那些可打印字符之类的都可以正确处理。 +注意， 我们这里并没有对break码做出任何处理， 这很正常， 因为我们通常不期望松开键会发生什么事情。 + +6. 1. 3 输出 +其实上面已经包含了一部分的输出， 如查询扫描码所对应的字符， 并用printf打印其值。 但是， 现实比上面的更复杂些， 如上面没有处理好大写字母， 多个键按下（组合键）没也没处理。 有的单个键甚至会产生多个make码， 以及多个break码。 再者， 有些甚至是非打印字符（如shift， fn键）， 又该如何处理。 有没发现， 其实我们现在所讲的还是处理， 因为输出 ， 其实一句话就可以解决。 + +先说第一问题， 大写字母。 这个问题可以用两张表来解决， 一张是normal_map, 另一张是shift_map， 分别对应普通情况下与大写情况下所对应的扫描码表。 +static unsigned char normal_map[256] = +{ + NO, 0x1B, '1', '2', '3', '4', '5', '6', // 0x00 + '7', '8', '9', '0', '-', '=', '\b', '\t', + 'q', 'w', 'e', 'r', 't', 'y', 'u', 'i', // 0x10 + 'o', 'p', '[', ']', '\n', NO, 'a', 's', + 'd', 'f', 'g', 'h', 'j', 'k', 'l', ';', // 0x20 + '\'', '`', NO, '\\', 'z', 'x', 'c', 'v', + 'b', 'n', 'm', ',', '.', '/', NO, '*', // 0x30 + .... + .... +} + +static unsigned char shift_map[256] = { + NO, 033, '!', '@', '#', '$', '%', '^', // 0x00 + '&', '*', '(', ')', '_', '+', '\b', '\t', + 'Q', 'W', 'E', 'R', 'T', 'Y', 'U', 'I', // 0x10 + 'O', 'P', '{', '}', '\n', NO, 'A', 'S', + 'D', 'F', 'G', 'H', 'J', 'K', 'L', ':', // 0x20 + '"', '~', NO, '|', 'Z', 'X', 'C', 'V', + 'B', 'N', 'M', '<', '>', '?', NO, '*', // 0x30 + NO, ' ', NO, NO, NO, NO, NO, NO, + ... + ... +} + + +也就是说， 普通情况下， 我们用第一张表的映射， 若是Caps Lock开着或是Shift按下时， 我们就用第二张表。 那如何知道Caps是开着还是关着呢？ 因为Caps Lock也是个按键， 所以必有一个扫描码与其对应，不过和之前所讲的不同的是， Caps Lock按下去之后， 它就将会保持一种状态（都大写或都小写）， 除非再次按下Caps Lock, 它的状态又将改变， 所以， 我们得用一个全局变量保持这种状态。因此， 简要代码可以是这样： + int caps_lock_status = 0; + + switch () ｛ + case CAPS_LOCK: + caps_lock_status ^= 1; /* 置返 */ + break; + case .... + /* Handle other special scancodes here */ + break; + default: + printf("%c", get_right_map()[scancode]); + break; + } +此处中的get_right_map会根据caps lock是否开着而返回一个正确的map。 代码简写如下： + +static inline unsigned char *get_right_map() +{ + if (caps_lock_status) + return shift_map + else + return normal_map +} + +好的， 大小写的问题也能处理了。 至于组合键与shift， 及多个扫描码的处理， 因稍较复杂， 这里就不详究。 + +6.2 软盘驱动 +软盘的驱动实现相对比键盘驱动复杂多了， 因为这会涉及到更多的端口读与写使命（而键盘我们比较关注的只有一个）。 编程端口如下： + 软盘控制器端口 +----------------------------------------------------- + 端口 读写性 寄存器名称 +----------------------------------------------------- +0x3f2 只写 数字输出寄存器(DOR)(数字控制寄存器) +----------------------------------------------------- +0x3f4 只读 FDC 主状态寄存器(STATUS) +----------------------------------------------------- +0x3f5 读/写 FDC 数据寄存器(DATA) +----------------------------------------------------- + 只读 数字输入寄存器(DIR) +0x3f7 + 只写 磁盘控制寄存器(DCR)(传输率控制) +----------------------------------------------------- + +首先讲解几个helper函数， send_byte 与 get_byte。 + +/* + * send a byte to FD_DATA register + */ +static void send_byte (unsigned char byte) +{ + volatile int msr; + int counter; + + for (counter = 0; counter < 1000; counter++) { + msr = inb_p(FD_STATUS) & (STATUS_READY | STATUS_DIR); + /* + * msr 为 读取状态寄存器之后值， 我们仅当STATUS_READY成立之后， + * 并且是DOR(数据从cpu到控制器）， 才发送数据。 + */ + if (msr == STATUS_READY) { + outb(byte,FD_DATA); + return ; + } + } + printk("Unable to send byte to FDC\n"); +} +/* + * get *ONE* byte of results from FD_DATA register then return what + * it get, or retrun -1 if faile. + */ +static int get_byte() +{ + volatile int msr; + int counter; + + for (counter = 0; counter < 1000; counter ++) { + sleep(1); /* delay 10ms */ + msr = inb_p(FD_STATUS) & (STATUS_DIR|STATUS_READY|STATUS_BUSY); + if (msr == (STATUS_DIR|STATUS_READY|STATUS_BUSY)) + return inb_p(FD_DATA); + } + printk("get_byte: get status times out!\n"); + return -1; +} + + +6.2.1 中断的处理 +cpu发送命令至软盘控制器， 控制器便开始执行命令（如读写数据， seek， 等）， 若这一操作完成了， 便会产生一个中断， 告诉CPU， 你要我做的事情已经做好了。 接着CPU便会做下善后的工作， 如检查其状态， 置位一些flag变量等等。 对于软盘中断的处理，很简单， 只是置位一全局变量， 告知， 中断已完成。 简要代码如下： +static void floppy_interrupt(void) +{ + done = 1; + outb(0x20, 0x20); /* End of Interrupt， 这是一部必要的操作, 告知中断已完成 */ +} + + + +6.2.2 seek 操作 +对于一个磁盘设备来说， 自然少不了磁头的seek操作。软盘的seek操作可以通过如下命令操作： + +#define FD_SEEK 0x0F /* seek track */ + + send_byte(FD_SEEK); /* 发送 seek 命令 */ + send_byte(0); /* 发送参数:磁头号+当前软驱号 */ + send_byte(track); /* 发送参数:磁道号 */ + + sleep_a_while(); /* 等待中断完成 */ + if (!done) + return -1; /* seek error */ + + +6.2.3 数据的读写 + 数据读或写操作需要分几步来完成。首先驱动器马达需要开启,然后把磁头定位到正确的磁道上, 最后发送数据读或写命令。 开始马达可用如下命令： + outb(0x1c, FD_DOR); +而关于seek操作可以用上面的代码。 在读写之前， 必需把LBA形式的扇区数改为CHS计数方式 ， 如下： + +static void block_to_hts(struct floppy *floppy, int sector_number, int *head, int *track, int *sector) +{ + *sector = sector_number % floppy->sector; + sector_number /= floppy->sector; + *head = sector_number % floppy->head; + *track = sector_number / floppy->head; +} + + + +6.3 时钟中断 +时钟驱动总的来说很简单， 代码如下： + +void timer_init(int hz) +{ + /* hz 指向的是频率， 假如hz为100， 并表示1秒内会有一百个时钟中断发生 */ + unsigned int divisor = 1193180 / hz; + outb(0x36, 0x43); /* 发送命令字到0x43端口 */ + outb(divisor&0xff, 0x40); /* 写入低8字节 */ + outb(divisor>>8, 0x40); /* 写入高8字节 */ + + set_idt_entry(0x20, timer_interrupt); /* 最后别忘了设好IDT项 */ + outb(inb(0x21)&0xfe, 0x21); /* 以及开中断 */ +} + +正如你所想， timer_interrupt将会是很简单： + +unsigned long long timer_ticks = 0; /* 全局变量 ， 记录着开机以来的滴答数 */ + +static void timer_interrupt(void) +{ + timer_ticks++; +} + +好的， 时钟中断有了， 因此我们就可以实现诸如sleep, sleep_a_while之类的了。 简单的sleep实现如下： +void sleep(unsigned long sleep_value) +{ + unsigned long long now_ticks = timer_ticks; + + do{ + ; + }while ( timer_ticks < now_ticks + sleep_value); + +} + + -- 2.11.4.GIT