一.概述

        前文（【操作系统】优化MBR程序：让MBR调用显存吧）中的MBR程序仅有512字节大小，完全不能将内核成功加载到内存并且运行，所以我们需要在另一个程序中完成初始化环境以及加载内核的任务，这个程序称之为Loader加载器，本文我们就将实现MBR与Loader的交接部分，从硬盘上把loader加载到内存，并且将接力棒交付给它。再次之前，我们需要明白怎么调用硬盘。

二.硬盘控制器端口概述

        想要调用硬盘，则需要通过读写硬盘控制器的端口（关于硬盘的相关硬件知识，可以参考之前学过的一篇文章：【计算机组成原理】磁盘的基本结构，不在此赘述。），硬盘控制器属于IO端口，端口是位于IO控制器上的寄存器。关于硬盘的端口有很多，以下仅列出部分需要用到的端口：

        首先端口被分为两组：

• Command Block registers:用于向硬盘驱动器写入命令或者从硬盘控制器中获取硬盘状态
• Control Block registers:用于控制硬盘工作状态

        其次图上表格已经将大部分的指令进行精减，下面重点介绍Command Block registers组的寄存器，在讲解前需要说明一点，“端口用途”处将“读操作”和“写操作”分成了两个，比如“0X1F1”在读操作时为“ERROR”，而在写操作时则为“Features”，这两个其实都是同一个寄存器，只不过在读写操作时作用也不同，所以分成了两个不同的名称，并不是说它们是两个寄存器的意思。

        （一）0X1F0和0X170为data寄存器，用于读取或者写入数据。在读取数据时，硬盘控制器将准备好的数据放入内部的数据缓冲区中，我们循环读取缓冲区数据即可。写入数据时，我们需要将数据循环存入数据缓冲区中，硬盘控制器监控到缓冲区有了数据，便将数据写入对应的扇区中去。

        （二）端口0X171和0X1F1在读数据失败时，会将错误信息保存在寄存器中，所以叫ERROR寄存器。在写数据时，有些命令需要额外的参数，这些参数就保存在Feature寄存器中。

        （三）端口0X1F2和0X172端口的Sector count寄存器用于指定待读取或写入的扇区数。每完成一个扇区，寄存器的值就会自减一，如果中间失败了，那么此时寄存器的值就是尚未完成的扇区。

        （四）端口0X1F3~0X1F5用于存放扇区的起始地址。在说明这几个寄存器之前，我们先来补充一些扇区地址的知识，用来描述扇区的起始地址有两种方法：

一种是使用扇区的实际物理结构“柱面-磁头-扇区”来定义，叫Cylinder Head Sector，简称CHS，也就是我们在使用前都要先算出扇区是哪个盘面、哪个柱面上的。

另外一种是扇区从0开始依次递增编号，不考虑扇区的实际物理结构，这是一种逻辑上为扇区编制的方法，叫Logical Block Address逻辑块地址，简称LBA。本篇文章我们使用LBA方法来定义扇区的起始地址。

        （五）LBA也有两种，一个是LBA28，另外一个是LBA48

LBA28用28bit来描述一个扇区的地址，所以最大的寻址范围是2的28次方，即268435456个扇区，按照每个扇区512个字节来计算。最大可以支持128GB。本篇文章我们使用LBA28方法来定义扇区的起始地址。

LBA48用48bit来描述一个扇区的地址，所以最大的寻址范围是2的48次方，即281474976710656个扇区，按照每个扇区512个字节来计算。最大可以支持131072TB，即128PB。

        （六）补充完以上知识，我们继续回来端口0X1F3~0X1F5，LBA寄存器分成了三个（low、mid、high），它们都是8位宽度的，所以LOW、MID和HIGH分别存储地址的0~7位、8~15位以及16~23位，但是距离28位还差4位，剩余的4位就存在下一个寄存器device寄存器中。

        （七）端口0X1F6为device寄存器，用以存储一些杂项数据，其中0~4位存储第六点中的LBA28的24~27位，其余的位数分别代表：

• 第4位用来指定通道上的主盘或从盘，0代表主盘，1代表从盘。
• 第6位设置是否启用LBA模式，1代表LBA模式，0代表CHS模式。
• 第5位和第7位默认为1，称之为MBS位，不用关注。

 

        （八）0X1F7和0X177端口的status寄存器在进行读硬盘时用于存储硬盘的硬件信息，详细用法参考以下表格，没有写出来的可以不用关注，暂时用不到：

        而在写硬盘时，command寄存器则用于存储让硬盘执行的命令，只要把命令写进此寄存器，硬盘就开始工作了，本篇文章中主要使用了三个命令：

• Identify:0xEC，即硬盘识别。
• Read sector:0x20，即读扇区。
• Write sector:0x30，即写扇区。

三.调用硬盘步骤

        有了以上的基础，我们就可以知道每个端口的作用了，但是知道作用还不行，我们在调用时还需要有一定的顺序步骤，不然乱调用的话可是会出大问题的，比如command寄存器就是要最后才写入数据，因为command寄存器一旦有了数据，硬盘就会立马开始干活，其他寄存器不管有没有数据也开始干活，有问题报错就好了。所以我们就按照以下的步骤进行，可以确保万无一失：

1. 选择通道，往该通道的sector count寄存器中写入代操作的扇区数。
2. 往三个LBA寄存器写入扇区起始地址的低24位。
3. 往device寄存器的低4位写入LBA的24~27位，设置第6位为1，设置第4位为实际操作的硬盘。
4. 往command寄存器写入操作命令。
5. 读取status寄存器，判断硬盘工作是否完成。
6. 如果以上步骤是读硬盘。进入下一个步骤，否则结束进程。
7. 将硬盘数据读出。

        有了以上的理论支撑，我们就可以开始敲代码了，下篇我们再继续说明MBR代码的优化以及loader加载器怎么写