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Funzioni interne legate all'hardware

bp() u0.1 cli() u0.2 con_char_read() u0.3 con_char_ready() u0.3 con_char_wait() u0.3 con_init() u0.3 con_putc() u0.3 con_scroll() u0.3 con_select() u0.3 cs() u0.1 ds() u0.1 dsk_chs_t u0.4 dsk_read_bytes() u0.4 dsk_read_sectors() u0.4 dsk_reset() u0.4 dsk_sector_to_chs() u0.4 dsk_setup() u0.4 dsk_t u0.4 dsk_write_bytes() u0.4 dsk_write_sectors() u0.4 es() u0.1 ibm_i86.h u172 int10_00() u0.2 int10_02() u0.2 int10_05() u0.2 int12() u0.2 int13_00() u0.2 int13_02() u0.2 int13_03() u0.2 int16_00() u0.2 int16_01() u0.2 int16_02() u0.2 in_16() u0.2 in_8() u0.2 irq_off() u0.2 irq_on() u0.2 os16.h u0.1 out_16() u0.2 out_8() u0.2 ram_copy() u0.2 seg_d() u0.1 seg_i() u0.1 sp() u0.1 ss() u0.1 sti() u0.2 _bp() u0.1 _cs() u0.1 _ds() u0.1 _es() u0.1 _int10_00() u0.2 _int10_02() u0.2 _int10_05() u0.2 _int12() u0.2 _int13_00() u0.2 _int13_02() u0.2 _int13_03() u0.2 _int16_00() u0.2 _int16_01() u0.2 _int16_02() u0.2 _in_16() u0.2 _in_8() u0.2 _out_16() u0.2 _out_8() u0.2 _ram_copy() u0.2 _seg_d() u0.1 _seg_i() u0.1 _sp() u0.1 _ss() u0.1

Il file kernel/ibm_i86.h e quelli contenuti nella directory kernel/ibm_i86/, raccolgono il codice del kernel che è legato strettamente all'hardware; a questi file vanno anche aggiunti lib/sys/os16.h e la directory lib/sys/os16/, della libreria, utilizzati anche dalle applicazioni, a vario titolo. In generale si può osservare la presenza di funzioni che si avvalgono direttamente di alcune interruzioni del BIOS (fondamentalmente per la gestione del video e per l'accesso ai dischi); funzioni che permettono di leggere il valore di alcuni registri; funzioni per leggere e scrivere la memoria, in posizioni arbitrarie; funzioni per facilitare la lettura e la scrittura nei dischi, anche a livello di byte.

Salvo poche eccezioni, le funzioni scritte in linguaggio assemblatore hanno nomi che iniziano con un trattino basso, ma a fianco di queste sono anche disponibili delle macroistruzioni, con nomi equivalenti, senza il trattino basso iniziale, per garantire che gli argomenti della chiamata abbiano il tipo corretto, restituendo un valore intero «normale», quando qualcosa deve essere restituito.

Libreria: «lib/sys/os16.h» e «lib/sys/os16/...»

Listato u0.12 e successivi.

Nel file lib/sys/os16.h e in quelli della directory lib/sys/os16/ si raccolgono, tra le altre, delle funzioni di basso livello che possono essere utili per il kernel e per le applicazioni. Si tratta di _seg_i() e _seg_d() (ovvero le macroistruzioni seg_i() e seg_d()), con cui si ottiene, rispettivamente, il numero del segmento codice (istruzioni) e il numero del segmento dati. Inoltre, per poter verificare gli altri registri di segmento e i registri di gestione della pila, si aggiungono le funzioni _cs(), _ds(), _ss(), _es(), _sp() e _bp(); le quali, rispettivamente, consentono di leggere il valore dei registri CS, DS, SS, ES, SP e BP (le macroistruzioni equivalenti sono cs(), ds(), ss(), es(), sp() e bp()).

Tabella u172.1. Funzioni e macroistruzioni legate strettamente all'hardware, dichiarate nel file di intestazione lib/sys/os16.h. Tali funzioni e macroistruzioni possono essere utilizzate sia dal kernel, sia dalle applicazioni.

Funzione o macroistruzione Descrizione 
uint16_t _seg_i (void);

unsigned int seg_i (void);
Restituisce il numero del segmento codice (instruction).
Listati u0.12 e i189.12.6. 
uint16_t _seg_d (void);

unsigned int seg_d (void);
Restituisce il numero del segmento dati.
Listati u0.12 e i189.12.5. 
uint16_t _cs (void);

unsigned int cs (void);
Restituisce il valore del registro CS.
Listati u0.12 e i189.12.2. 
uint16_t _ds (void);

unsigned int ds (void);
Restituisce il valore del registro DS.
Listati u0.12 e i189.12.3. 
uint16_t _ss (void);

unsigned int ss (void);
Restituisce il valore del registro SS.
Listati u0.12 e i189.12.8. 
uint16_t _es (void);

unsigned int es (void);
Restituisce il valore del registro ES.
Listati u0.12 e i189.12.4. 
uint16_t _sp (void);

unsigned int sp (void);
Restituisce il valore del registro SP. Il valore che si ottiene si riferisce allo stato del registro, prima di chiamare la funzione.
Listati u0.12 e i189.12.7. 
uint16_t _bp (void);

unsigned int bp (void);
Restituisce il valore del registro BP. Il valore che si ottiene si riferisce allo stato del registro, prima di chiamare la funzione.
Listati u0.12 e i189.12.1.

Funzioni di basso livello dei file «kernel/ibm_i86/*»

Listato u0.5 e successivi.

Le funzioni con nomi che iniziano per _intnn...(), dove nn è un numero di due cifre, in base sedici, consentono l'accesso all'interruzione nn del BIOS dal codice in linguaggio C.

Le funzioni con nomi del tipo _in_n() e _out_n() consentono di leggere e di scrivere un valore di n bit in una certa porta.

La funzione cli() disabilita le interruzioni hardware, mentre sti() le riabilita. Queste due funzioni vengono usate pochissimo nel codice del kernel. A loro si aggiungono le funzioni irq_on() e irq_off(), per abilitare o escludere selettivamente un tipo di interruzione hardware. Queste funzioni vengono usate in una sola occasione, quando si predispone la tabella IVT e poi si abilitano esclusivamente le interruzioni utili.

La funzione _ram_copy() si occupa di copiare una quantità stabilita di byte da una posizione della memoria a un'altra, entrambe indicate con segmento e scostamento (la funzione mem_copy() elencata in kernel/memory.h si avvale in pratica di questa).

Per agevolare l'uso di queste funzioni, senza costringere a convertire i valori numerici, sono disponibili diverse macroistruzioni con nomi equivalenti, ma privi del trattino basso iniziale.

Tabella u172.2. Funzioni e macroistruzioni di basso livello, dichiarate nel file di intestazione kernel/ibm_i86.h e descritte nei file della directory kernel/ibm_i860/. Le macroistruzioni hanno argomenti di tipo numerico non precisato, purché in grado di rappresentare il valore necessario.

Funzione o macroistruzione Descrizione 
void _int10_00 (uint16_t video_mode);

void int10_00 (video_mode);
Imposta la modalità video della console.
Questa funzione viene usata solo da con_init(), per inizializzare la console; la modalità video è stabilita dalla macro-variabile IBM_I86_VIDEO_MODE, dichiarata nel file kernel/ibm_i86.h. 
void _int10_02 (uint16_t page,

                uint16_t position);

void int10_02 (page, position);
Colloca il cursore in una posizione determinata dello schermo, relativo a una certa pagina video.
Questa funzione viene usata solo da con_putc(). 
void _int10_05 (uint16_t page);

void int10_05 (page);
Seleziona la pagina attiva del video.
Questa funzione viene usata solo da con_init() e con_select(). 
void _int12 (void);

void int12 (void);
Restituisce la quantità di memoria disponibile, in multipli di 1 024 byte. 
void _int13_00 (uint16_t drive);

void int13_00 (drive);
Azzera lo stato dell'unità a disco indicata, rappresentata da un numero secondo le convenzioni del BIOS.
Viene usata solo dalle funzioni dsk_...() che si occupano dell'accesso alle unità a disco. 
uint16_t _int13_02 (uint16_t drive,

                    uint16_t sectors,

                    uint16_t cylinder,

                    uint16_t head,

                    uint16_t sector,

                    void *buffer);

void int13_02 (drive, sectors,

               cylinder, head,

               sector, buffer);
Legge dei settori da un'unità a disco.
Questa funzione viene usata soltanto da dsk_read_sectors(). 
uint16_t _int13_03 (uint16_t drive,

                    uint16_t sectors,

                    uint16_t cylinder,

                    uint16_t head,

                    uint16_t sector,

                    void *buffer);

void int13_03 (drive, sectors,

               cylinder, head,

               sector, buffer);
Scrive dei settori in un'unità a disco.
Questa funzione viene usata solo da dsk_write_sectors(). 
uint16_t _int16_00 (void);

void int16_00 (void);
Legge un carattere dalla tastiera, rimuovendolo dalla memoria tampone relativa. Viene usata solo in alcune funzioni di controllo della console, denominate con_...(). 
uint16_t _int16_01 (void);

void int16_01 (void);
Verifica se è disponibile un carattere dalla tastiera: se c'è ne restituisce il valore, ma senza rimuoverlo dalla memoria tampone relativa, altrimenti restituisce zero. Viene usata solo dalle funzioni di gestione della console, denominate con_...(). 
void _int16_02 (void);

void int16_02 (void);
Restituisce un valore con cui è possibile determinare quali funzioni speciali della tastiera risultano inserite (inserimento, fissa-maiuscole, blocco numerico, ecc.). Al momento la funzione non viene usata. 
uint16_t _in_8 (uint16_t port);

void in_8 (port);
Legge un byte dalla porta di I/O indicata. Questa funzione viene usata da irq_on(), irq_off() e dev_mem(). 
uint16_t _in_16 (uint16_t port);

void in_16 (port);
Legge un valore a 16 bit dalla porta di I/O indicata. Questa funzione viene usata solo da dev_mem(). 
void _out_8 (uint16_t port,

             uint16_t value);

void out_8 (port, value);
Scrive un byte nella porta di I/O indicata. Questa funzione viene usata da irq_on(), irq_off() e dev_mem(). 
void _out_16 (uint16_t port,

              uint16_t value);

void out_16 (port, value);
Scrive un valore a 16 bit nella porta indicata. Questa funzione viene usata solo da dev_mem(). 
void cli (void);
Azzera l'indicatore delle interruzioni, nel registro FLAGS. La funzione serve a permettere l'uso dell'istruzione CLI dal codice in linguaggio C, ma in questa veste, viene usata solo dalla funzione proc_init(). 
void sti (void);
Attiva l'indicatore delle interruzioni, nel registro FLAGS. La funzione serve a permettere l'uso dell'istruzione STI dal codice in linguaggio C, ma in questa veste, viene usata solo dalla funzione proc_init(). 
void irq_on (unsigned int irq);
Abilita l'interruzione hardware indicata. Questa funzione viene usata solo da proc_init(). 
void irq_off (unsigned int irq);
Disabilita l'interruzione hardware indicata. Questa funzione viene usata solo da proc_init(). 
void _ram_copy (segment_t org_seg,

                offset_t org_off,

                segment_t dst_seg,

                offset_t dst_off,

                uint16_t size);

void ram_copy (org_seg,

               org_off,

               dst_seg,

               dst_off,

               size);
Copia una certa quantità di byte, da una posizione di memoria all'altra, specificando segmento e scostamento di origine e destinazione. Viene usata solo dalle funzioni mem_...().

Gestione della console

Listato u0.5 e successivi.

La console offre solo funzionalità elementari, dove è possibile scrivere o leggere un carattere alla volta, sequenzialmente. Ci sono al massimo quattro console virtuali, selezionabili attraverso le combinazioni di tasti [Ctrl q], [Ctrl r], [Ctrl s] e [Ctrl t] (ma nella configurazione predefinita vengono attivate solo le prime due) e non è possibile controllare i colori o la posizione del testo che si va a esporre; in pratica si opera come su una telescrivente. Le funzioni di livello più basso, relative alla console hanno nomi che iniziano per con_...().

Nel codice del kernel si vede usata frequentemente la funzione k_printf(), la quale va a utilizzare la funzione k_vprintf(), dove poi, attraverso altri passaggi, si arriva a utilizzare la funzione con_putc().

Tabella u172.3. Funzioni per l'accesso alla console, dichiarate nel file di intestazione kernel/ibm_i86.h e descritte nei file contenuti nella directory kernel/ibm_i86/.

Funzione Descrizione 
int con_char_read (void);
Legge un carattere dalla console, se questo è disponibile, altrimenti restituisce il valore zero. Questa funzione viene usata solo da proc_sch_terminals(). 
int con_char_wait (void);
Legge un carattere dalla console, ma se questo non è ancora disponibile, rimane in attesa, bloccando tutto il sistema operativo. Questa funzione non è utilizzata. 
int con_char_ready (void);
Verifica se è disponibile un carattere dalla console: se è così, restituisce un valore diverso da zero, corrispondente al carattere in attesa di essere prelevato. Questa funzione viene usata solo da proc_sch_terminals(). 
void con_init (void);
Inizializza la gestione della console. Questa funzione viene usata solo da tty_init(). 
void con_select (int console);
Seleziona la console desiderata, dove la prima si individua con lo zero. Questa funzione viene usata solo da tty_console(). 
void con_putc (int console,

               int c);
Visualizza il carattere indicato sullo schermo della console specificata, sulla posizione in cui si trova il cursore, facendolo avanzare di conseguenza e facendo scorrere il testo in alto, se necessario. Questa funzione viene usata solo da tty_write(). 
void con_scroll (int console);
Fa avanzare in alto il testo della console selezionata. Viene usata internamente, solo dalla funzione con_putc().

Nella figura successiva si vede l'interdipendenza tra le funzioni relative alla gestione di basso livello della console. In un altro capitolo si descrivono le funzioni tty_...(), con le quali si gestiscono i terminali in forma più astratta. Nello schema successivo si può vedere che la funzione con_scroll() si avvale di funzioni per la gestione della memoria: infatti, lo scorrimento del testo dello schermo si ottiene intervenendo direttamente nella memoria utilizzata per la rappresentazione del testo sullo schermo.

Figura u172.4. Interdipendenza tra le funzioni relative alla gestione della console.

funzioni di gestione della console

Gestione dei dischi

Listato u0.5 e successivi.

Nel file ibm_i86.h vengono definiti due tipi derivati: dsk_t per annotare le caratteristiche di un disco; dsk_chs_t per annotare simultaneamente le coordinate di accesso a un disco, formate dal numero del cilindro, della testina e del settore.

dsk_t e dsk_chs_t

Le funzioni con nomi del tipo dsk_...() riguardano l'accesso ai dischi, a livello di settore o di byte, e utilizzano le informazioni annotate nell'array dsk_table[], composto da elementi di tipo dsk_t. In pratica, l'array dsk_table[] viene creato con DSK_MAX elementi (pertanto solo quattro), uno per ogni disco che si intende gestire. Quando le funzioni dsk_...() richiedono l'indicazione di un numero di unità (drive), si riferiscono all'indice dell'array dsk_table[] (al contrario, le funzioni _int13_...() hanno come riferimento il codice usato dal BIOS).

La funzione dsk_setup() compila l'array dsk_table[] con i dati relativi ai dischi che si utilizzano; la funzione dsk_reset() azzera la funzionalità di una certa unità; la funzione dsk_sector_to_chs() converte il numero assoluto di un settore nelle coordinate corrispondenti (cilindro, testina e settore).

Le funzioni dsk_read_sectors() e dsk_write_sectors() servono a leggere o scrivere una quantità stabilita di settori, usando come appoggio un'area di memoria individuata da un puntatore generico. Le funzioni dsk_read_bytes() e dsk_write_bytes() svolgono un compito equivalente, ma usando come riferimento il byte; in questo caso, restituiscono la quantità di byte letti o scritti rispettivamente.

Tabella u172.6. Funzioni per l'accesso ai dischi, dichiarate nel file di intestazione kernel/ibm_i86.h.

Funzione Descrizione 
void dsk_setup (void);
Predispone il contenuto dell'array dsk_table[]. Questa funzione viene usata soltanto da main(). 
int dsk_reset (int drive);
Azzera lo stato dell'unità corrispondente a dsk_table[drive].bios_drive. Viene usata solo internamente, dalle altre funzioni dsk_...(). 
void dsk_sector_to_chs

         (int drive,

          unsigned int sector,

          dsk_chs_t *chs);
Modifica le coordinate della variabile strutturata a cui punta l'ultimo parametro, con le coordinate corrispondenti al numero di settore fornito. Viene usata solo internamente, dalle altre funzioni dsk_...(). 
int dsk_read_sectors

         (int drive,

          unsigned int start_sector,

          void *buffer,

          unsigned int n_sectors);
Legge una sequenza di settori da un disco, mettendo i dati in memoria, a partire dalla posizione espressa da un puntatore generico. La funzione è ricorsiva, ma oltre che da se stessa, viene usata internamente da dsk_read_bytes() e da dsk_write_bytes(). 
int dsk_write_sectors

         (int drive,

          unsigned int start_sector,

          void *buffer,

          unsigned int n_sectors);
Scrive una sequenza di settori in un disco, traendo i dati da un puntatore a una certa posizione della memoria. La funzione è ricorsiva, ma oltre che da se stessa, viene usata solo internamente da dsk_write_bytes(). 
size_t dsk_read_bytes

         (int drive,

          off_t offset,

          void *buffer,

          size_t count);
Legge da una certa unità a disco una quantità specificata di byte, a partire dallo scostamento indicato (nel disco), il quale deve essere un valore positivo. Questa funzione viene usata solo da dev_dsk(). 
size_t dsk_write_bytes

         (int drive,

          off_t offset,

          void *buffer,

          size_t count);
Scrive su una certa unità a disco una quantità specificata di byte, a partire dallo scostamento indicato (nel disco), il quale deve essere un valore positivo. Questa funzione viene usata solo da dev_dsk().

Figura u172.7. Interdipendenza tra le funzioni relative all'accesso ai dischi.

funzioni di accesso ai dischi

«a2» 2013.11.11 --- Copyright © Daniele Giacomini -- appunti2@gmail.com http://informaticalibera.net