![]() |
|
|
Для того, чтобы вы могли почувствовать мультизадачность, мы подготовили пример программы, реализующей параллельную работу нескольких задач в режиме разделения времени. Эта программа состоит из нескольких модулей, составленных на языках ассемблера и Си. Первые два файла
предназначены для определения
используемых констант и структур данных. Листинг 4. Определение констант и структур для модулей,
составленных на языке ассемблера.Файл tos.inc
-----------------------------------------------------------
CMOS_PORT equ 70h
PORT_6845 equ 63h
COLOR_PORT equ 3d4h
MONO_PORT equ 3b4h
STATUS_PORT equ 64h
SHUT_DOWN equ 0feh
INT_MASK_PORT equ 21h
VIRTUAL_MODE equ 0001
A20_PORT equ 0d1h
A20_ON equ 0dfh
A20_OFF equ 0ddh
EOI equ 20h
MASTER8259A equ 20h
SLAVE8259A equ 0a0h
KBD_PORT_A equ 60h
KBD_PORT_B equ 61h
L_SHIFT equ 0000000000000001b
NL_SHIFT equ 1111111111111110b
R_SHIFT equ 0000000000000010b
NR_SHIFT equ 1111111111111101b
L_CTRL equ 0000000000000100b
NL_CTRL equ 1111111111111011b
R_CTRL equ 0000000000001000b
NR_CTRL equ 1111111111110111b
L_ALT equ 0000000000010000b
NL_ALT equ 1111111111101111b
R_ALT equ 0000000000100000b
NR_ALT equ 1111111111011111b
CAPS_LOCK equ 0000000001000000b
SCR_LOCK equ 0000000010000000b
NUM_LOCK equ 0000000100000000b
INSERT equ 0000001000000000b
STRUC idtr_struc
idt_len dw 0
idt_low dw 0
idt_hi db 0
rsrv db 0
ENDS idtr_struc
Листинг 5. Определение констант и структур для модулей,
составленных на языке Си.Файл tos.h
-----------------------------------------------------------
#define word unsigned int // Селекторы, определённые в GDT
#define CODE_SELECTOR 0x08 //сегмент кода
#define DATA_SELECTOR 0x10 //сегмент данных
#define TASK_1_SELECTOR 0x18 //задача TASK_1
#define TASK_2_SELECTOR 0x20 //задача TASK_2
#define MAIN_TASK_SELECTOR 0x28 //главная задача
#define VID_MEM_SELECTOR 0x30 //сегмент видеопамяти
#define IDT_SELECTOR 0x38 //таблица IDT
#define KEYBIN_TASK_SELECTOR 0x40 //задача ввода с клавиатуры
#define KEYB_TASK_SELECTOR 0x48 //задача обработки
//клавиатурного прерывания
#define FLIP_TASK_SELECTOR 0x50 //задача FLIP_TASK// Байт доступа
typedef struct
{
unsigned accessed : 1;
unsigned read_write : 1;
unsigned conf_exp : 1;
unsigned code : 1;
unsigned xsystem : 1;
unsigned dpl : 2;
unsigned present : 1;
}
ACCESS;// Структура дескриптора
typedef struct descriptor
{
word limit;
word base_lo;
unsigned char base_hi;
unsigned char type_dpl;
unsigned reserved;
}
descriptor;
// Структура вентиля вызова, задачи, прерывания,
// исключения
typedef struct gate
{
word offset;
word selector;
unsigned char count;
unsigned char type_dpl;
word reserved;
}
gate;// Структура сегмента состояния задачи TSS
typedef struct tss
{
word link; // поле обратной связи
word sp0; // указатель стека кольца 0
word ss0;
word sp1; // указатель стека кольца 1
word ss1;
word sp2; // указатель стека кольца 1
word ss2;
word ip; // регистры процессора
word flags;
word ax;
word cx;
word dx;
word bx;
word sp;
word bp;
word si;
word di;
word es;
word cs;
word ss;
word ds;
word ldtr;
}
tss;
// Размеры сегментов и структур
#define TSS_SIZE (sizeof(tss))
#define DESCRIPTOR_SIZE (sizeof(descriptor))
#define GATE_SIZE (sizeof(gate))
#define IDT_SIZE (sizeof(idt))
// Физические адреса видеопамяти для цветного
// и монохромного видеоадаптеров
#define COLOR_VID_MEM 0xb8000L
#define MONO_VID_MEM 0xb0000L
// Видеоржеимы
#define MONO_MODE 0x07 // монохромный
#define BW_80_MODE 0x02 // моно, 80 символов
#define COLOR_80_MODE 0x03 // цвет, 80 символов
// Значения для поля доступа
#define TYPE_CODE_DESCR 0x18
#define TYPE_DATA_DESCR 0x10
#define TYPE_TSS_DESCR 0x01
#define TYPE_CALL_GATE 0x04
#define TYPE_TASK_GATE 0x85
#define TYPE_INTERRUPT_GATE 0x86
#define TYPE_TRAP_GATE 0x87
#define SEG_WRITABLE 0x02
#define SEG_READABLE 0x02
#define SEG_PRESENT_BIT 0x80
// Константы для обработки аппаратных
// прерываний
#define EOI 0x20
#define MASTER8259A 0x20
#define SLAVE8259A 0xa0
// Макро для формирования физического
// адреса из компонент сегментного адреса
// и смещения
#define MK_LIN_ADDR(seg,off)
(((unsigned long)(seg))<<4)+(word)(off)
// Тип указателя на функцию типа void без параметров
typedef void (func_ptr)(void);
Файл tos.c (листинг 6) содержит основную программу, которая инициализирует процессор для работы в защищённом режиме и запускает все задачи. С помощью функции с названием Init_And_Protected_Mode_Entry() мы попадаем в защищённый режим и выводим сообщение на экран о том, что в главной задаче установлен защищённый режим. Регистр TR загружается селектором главной задачи при помощи функции load_task_register(). Сразу после этого программа переключается на выполнение задачи TASK_1. Эта задача просто выводит сообщение о своём запуске на экран и возвращает управление главной задаче. Цель этой процедуры - продемонстрировать процесс переключения задач с помощью команды JMP. После возврата в главную задачу программа размаскирует прерывания от клавиатуры и таймера. Как только начинают поступать и обрабатываться прерывания таймера, оживают остальные задачи, определённые при инициализации системы. Начиная с этого момента главная задача разделяет процессорное время наравне с остальными задачами. Что же она делает? Главная задача сбрасывает семафор с номером 0, вслед за чем ожидает его установку. Этот семафор устанавливается задачей, которая занимается вводом символов с клавиатуры и выводит на экран скан-коды клавиш, а также состояние переключающих клавиш. Как только окажется нажатой клавиша ESC, задача ввода символов с клавиатуры устанавливает семафор 0, что и приводит к завершению работы главной задачи. Перед тем, как завершить работу, главная задача устанавливает реальный режим работы процессора, стирает экран и возвращает управление операционной системе. Листинг
6. Программа мультизадачного монитора.Файл
tos.c Файл tasks.c содержит тексты программ, которые будут работать в режиме разделения времени (кроме задачи TASK_1, эта задача запускается только один раз). Задача TASK_1 (процедура task1) выдаёт сообщение о своём запуске и передаёт управление главной задаче. Задача TASK_2 (процедура task2) попеременно выводит на экран строки "FLIP" и "FLOP", переключая попутно семафор с номером 1. Задача FLIP_TASK (процедура flipflop_task) также попеременно выводит на экран строки "FLIP" и "FLOP", но только тогда, когда семафор с номером 1 установлен. Таким образом, задача TASK_2 управляет работой задачи FLIP_TASK. Задача KEYB_TASK (процедура keyb_task) вводит символы с клавиатуры и выводит скан-коды нажатых клавиш, а также состояние переключающих клавиш. Как только оказывается нажатой клавиша ESC, задача устанавливает семафор с номером 0, что приводит к завершению работы главной задачи (ожидающей установки этого семафора). Лиasm %1.asm
/l /zi Файл semaphor.c содержит исходные тексты процедур сброса семафора, установки семафора и ожидания семафора. В массиве semaphore[5] определено пять семафоров. Разумеется, что когда вы будете экспериментировать с программой, вы можете изменить количество доступных семафоров. Листинг 8. Процедуры для работы с семафорами. Файл semaphor.c ---------------------------------------------- #include Файл timer.c содержит обработчик аппаратного прерывания таймера, который периодически выдаёт звуковой сигнал и инициирует работу диспетчера задач. Диспетчер задач циклически перебирает селекторы TSS задач, участвующих в процессе разделения времени, возвращая селектор той задачи, которая должна стать активной. В самом конце обработки аппаратного прерывания таймера происходит переключение именно на эту задачу. Листинг 9. Процедуры для работы с таймером и
диспетчер задач.
Файл timer.c
---------------------------------------------
#include
Для сокращения объёма и без того сложной программы мы не стали делать функционально полную обработку исключений, ограничившись простым аварийным завершением работы программы с выдачей номера исключения. Исходные тексты обработчиков исключений находятся в файле except.c. Листинг 10. Обработка исключений. Файл except.c ----------------------------------------- #include В файле intproc.c расположены заглушки для тех аппаратных прерываний, обработка которых сводится к простой посылке кода конца прерывания в соответствующий контроллер прерывания. Листинг 11. Заглушки для аппаратных прерываний. Файл intproc.c ----------------------------------------------- #include Файл keyb.c содержит простой интерфейс для вызова программного прерывания int 30h, обеспечивающего ввод с клавиатуры. Листинг 12. Ввод символа с клавиатуры. Файл keyb.c -------------------------------------- #include Обработчик аппаратного прерывания клавиатуры мы взяли практически без изменений из программы, представленной в предыдущей главе. Исходные тексты находятся в файле keyboard.asm. Листинг 13. Процедуры для работы с клавиатурой. Файл keyboard.asm ----------------------------------------------- IDEALMODEL SMALL RADIX 16P286include "tos.inc" ; ------------------------------------------ ; Модуль обслуживания клавиатуры ; ------------------------------------------ PUBLIC _Keyb_int, _Int_30h_Entry, _key_code, _keyb_status EXTRN _beep :PROC DATASEG _key_flag db 0 _key_code dw 0 ext_scan db 0 _keyb_status dw 0 CODESEG PROC _Keyb_int NEAR cli call _beep push ax mov al, [ext_scan] cmp al, 0 jz normal_scan1 cmp al, 0e1h jz pause_key in al, 60h cmp al, 2ah jz intkeyb_exit_1 cmp al, 0aah jz intkeyb_exit_1 mov ah, [ext_scan] call Keyb_PutQ mov al, 0 mov [ext_scan], al jmp intkeyb_exit pause_key: in al, 60h cmp al, 0c5h jz pause_key1 cmp al, 45h jz pause_key1 jmp intkeyb_exit pause_key1: mov ah, [ext_scan] call Keyb_PutQ mov al, 0 mov [ext_scan], al jmp intkeyb_exit normal_scan1: in al, 60h cmp al, 0feh jz intkeyb_exit cmp al, 0e1h jz ext_key cmp al, 0e0h jnz normal_sca next_key: mov [ext_scan], al jmp intkeyb_exit intkeyb_exit_1: mov al, 0 mov [ext_scan], al jmp intkeyb_exit normal_scan: mov ah, 0 call Keyb_PutQ intkeyb_exit: in al, 61h mov ah, al or al, 80h out 61h, al xchg ah, al out 61h, al mov al,EOI out MASTER8259A,al pop ax sti iret jmp _Keyb_int ENDP _Keyb_int PROC Keyb_PutQ NEAR push ax cmp ax, 002ah ; L_SHIFT down jnz @@kb1 mov ax, [_keyb_status] or ax, L_SHIFT mov [_keyb_status], ax jmp keyb_putq_exit @@kb1: cmp ax, 00aah ; L_SHIFT up jnz @@kb2 mov ax, [_keyb_status] and ax, NL_SHIFT mov [_keyb_status], ax jmp keyb_putq_exit @@kb2: cmp ax, 0036h ; R_SHIFT down jnz @@kb3 mov ax, [_keyb_status] or ax, R_SHIFT mov [_keyb_status], ax jmp keyb_putq_exit @@kb3: cmp ax, 00b6h ; R_SHIFT up jnz @@kb4 mov ax, [_keyb_status] and ax, NR_SHIFT mov [_keyb_status], ax jmp keyb_putq_exit @@kb4: cmp ax, 001dh ; L_CTRL down jnz @@kb5 mov ax, [_keyb_status] or ax, L_CTRL mov [_keyb_status], ax jmp keyb_putq_exit @@kb5: cmp ax, 009dh ; L_CTRL up jnz @@kb6 mov ax, [_keyb_status] and ax, NL_CTRL mov [_keyb_status], ax jmp keyb_putq_exit @@kb6: cmp ax, 0e01dh ; R_CTRL down jnz @@kb7 mov ax, [_keyb_status] or ax, R_CTRL mov [_keyb_status], ax jmp keyb_putq_exit @@kb7: cmp ax, 0e09dh ; R_CTRL up jnz @@kb8 mov ax, [_keyb_status] and ax, NR_CTRL mov [_keyb_status], ax jmp keyb_putq_exit @@kb8: cmp ax, 0038h ; L_ALT down jnz @@kb9 mov ax, [_keyb_status] or ax, L_ALT mov [_keyb_status], ax jmp keyb_putq_exit @@kb9: cmp ax, 00b8h ; L_ALT up jnz @@kb10 mov ax, [_keyb_status] and ax, NL_ALT mov [_keyb_status], ax jmp keyb_putq_exit @@kb10: cmp ax, 0e038h ; R_ALT down jnz @@kb11 mov ax, [_keyb_status] or ax, R_ALT mov [_keyb_status], ax jmp keyb_putq_exit @@kb11: cmp ax, 0e0b8h ; R_ALT up jnz @@kb12 mov ax, [_keyb_status] and ax, NR_ALT mov [_keyb_status], ax jmp keyb_putq_exit @@kb12: cmp ax, 003ah ; CAPS_LOCK up jnz @@kb13 mov ax, [_keyb_status] xor ax, CAPS_LOCK mov [_keyb_status], ax jmp keyb_putq_exit @@kb13: cmp ax, 00bah ; CAPS_LOCK down jnz @@kb14 jmp keyb_putq_exit @@kb14: cmp ax, 0046h ; SCR_LOCK up jnz @@kb15 mov ax, [_keyb_status] xor ax, SCR_LOCK mov [_keyb_status], ax jmp keyb_putq_exit @@kb15: cmp ax, 00c6h ; SCR_LOCK down jnz @@kb16 jmp keyb_putq_exit @@kb16: cmp ax, 0045h ; NUM_LOCK up jnz @@kb17 mov ax, [_keyb_status] xor ax, NUM_LOCK mov [_keyb_status], ax jmp keyb_putq_exit @@kb17: cmp ax, 00c5h ; NUM_LOCK down jnz @@kb18 jmp keyb_putq_exit @@kb18: cmp ax, 0e052h ; INSERT up jnz @@kb19 mov ax, [_keyb_status] xor ax, INSERT mov [_keyb_status], ax jmp keyb_putq_exit @@kb19: cmp ax, 0e0d2h ; INSERT down jnz @@kb20 jmp keyb_putq_exit @@kb20: test ax, 0080h jnz keyb_putq_exit mov [_key_code], ax mov al, 0ffh mov [_key_flag], al keyb_putq_exit: pop ax ret ENDP Keyb_PutQ ; Обработчик программного прерывания ; для ввода с клавиатуры. По своим функциям ; напоминает прерывание INT 16 реального ; режима. PROC _Int_30h_Entry NEAR push ax dx ; Ожидаем прерывание от клавиатуры keyb_int_wait: sti nop nop cli ; Проверяем флаг, который устанавливается ; обработчиком аппаратного прерывания клавиатуры mov al, [_key_flag] cmp al, 0 jz keyb_int_wait ; Сбрасываем флаг после прихода прерывания mov al, 0 mov [_key_flag], al sti pop dx ax iret ENDP _Int_30h_EntryEND Обработчик аппаратного прерывания клавиатуры мы взяли практически без изменений из программы, представленной в предыдущей главе. Исходные тексты находятся в файле keyboard.asm. Листинг 14. Процедуры для работы с видеоадаптером. Файл screen.c -------------------------------------------------- #include Последний файл - tossyst.asm - содержит уже знакомые вам процедуры для входа в защищённый режим и возврата обратно в реальный режим. Обратите внимание на процедуры _load_task_register и _jump_to_task, выполняющие загрузку регистра задачи TR и переключение на другую задачу соответственно. Листинг 15. Процедуры для инициализации, перехода в
защищённый режим и возврата в реальный режим,
для загрузки регистра TR и переключения задач.
Файл tossyst.asm
------------------------------------------------------
IDEAL
MODEL SMALL
RADIX 16
P286
DATASEG
include "tos.inc"
PUBLIC _beep
; Область памяти для инициализации IDTR
idtr idtr_struc <,,,0>
; Область памяти для инициализации GDTR
gdt_ptr dw (8*15)-1 ;размер GDT, 15 элементов
gdt_ptr2 dw ?
gdt_ptr4 dw ?
; Область памяти для записи селектора задачи,
; на которую будет происходить переключение
new_task dw 00h
new_select dw 00h
; Область памяти для хранения регистров,
; используется для возврата в реальный режим
real_ss dw ?
real_sp dw ?
real_es dw ?
protect_sel dw ?
init_tss dw ?
CODESEG
PUBLIC _real_mode,_protected_mode,_jump_to_task
PUBLIC _load_task_register, _load_idtr, _enable_interrupt
;-----------------------------------------------------------------
;Процедура для переключения в защищённый режим.
;Прототип для вызова:
; void protected_mode(unsigned long gdt_ptr,unsigned int gdt_size,
; unsigned int cseg, unsigned int dseg)
;-----------------------------------------------------------------
PROC _protected_mode NEAR
push bp
mov bp,sp
; Параметр gdt_ptr
mov ax,[bp+4] ; мл. слово адреса GDT
mov dx,[bp+6] ; ст. слово адреса GDT
mov [gdt_ptr4],dx ; запоминаем адрес GDT
mov [gdt_ptr2],ax
; Параметр gdt_size
mov ax,[bp+8] ; получаем размер GDT
mov [gdt_ptr],ax ; и запоминаем его
; Параметры cseg и dseg
mov ax,[bp+10d] ; получаем селектор сегмента кода
mov dx,[bp+12d] ; получаем селектор сегмента данных
mov [cs:p_mode_select], ax ; запоминаем для команды
mov [protect_sel], dx ; перехода far jmp
; Подготовка к возврату в реальный режим
push ds ; готовим адрес возврата
mov ax,40h ; из защищённого режима
mov ds,ax
mov [WORD 67h],OFFSET shutdown_return
mov [WORD 69h],cs
pop ds
; Запрещаем и маскируем все прерывания
cli
in al, INT_MASK_PORT
and al, 0ffh
out INT_MASK_PORT, al
; Записываем код возврата в CMOS-память
mov al,8f
out CMOS_PORT,al
jmp delay1
delay1:
mov al,5
out CMOS_PORT+1,al
call enable_a20 ; открываем линию A20
mov [real_ss],ss; запоминаем регистры SS и ES
mov [real_es],es
; Перепрограммируем контроллер прерываний
; для работы в защищённом режиме
mov dx,MASTER8259A
mov ah,20
call set_int_ctrlr
mov dx,SLAVE8259A
mov ah,28
call set_int_ctrlr
; Загружаем регистры IDTR и GDTR
lidt [FWORD idtr]
lgdt [QWORD gdt_ptr]
mov ax, 0001h ; переключаем процессор
lmsw ax ; в защищённый режим
; jmp far flush
db 0eah
dw OFFSET flush
p_mode_select dw ?
LABEL flush FAR
mov dx, [protect_sel]
mov ss, dx
mov ds, dx
mov es, dx
; Обнуляем содержимое регистра LDTR
mov ax, 0
lldt ax
pop bp
ret
ENDP _protected_mode
; --------------------------
; Возврат в реальный режим.
; Прототип для вызова
; void real_mode();
; --------------------------
PROC _real_mode NEAR
; Сброс процессора
cli
mov [real_sp], sp
mov al, SHUT_DOWN
out STATUS_PORT, al
rmode_wait:
hlt
jmp rmode_wait
LABEL shutdown_return FAR
; Вернулись в реальный режим
mov ax, DGROUP
mov ds, ax
assume ds:DGROUP
mov ss,[real_ss]
mov sp,[real_sp]
in al, INT_MASK_PORT
and al, 0
out INT_MASK_PORT, al
call disable_a20
mov ax, DGROUP
mov ds, ax
mov ss, ax
mov es, ax
mov ax,000dh
out CMOS_PORT,al
sti
ret
ENDP _real_mode
; -----------------------------------------------------
; Загрузка регистра TR.
; Прототип для вызова:
; void load_task_register(unsigned int tss_selector);
; -----------------------------------------------------
PROC _load_task_register NEAR
push bp
mov bp,sp
ltr [bp+4] ; селектор для текущей задачи
pop bp
ret
ENDP _load_task_register
; ------------------------------------------------
; Переключение на задачу.
; Прототип для вызова:
; void jump_to_task(unsigned int tss_selector);
; ------------------------------------------------
PROC _jump_to_task NEAR
push bp
mov bp,sp
mov ax,[bp+4] ; получаем селектор
; новой задачи
mov [new_select],ax ; запоминаем его
jmp [DWORD new_task] ; переключаемся на
; новую задачу
pop bp
ret
ENDP _jump_to_task
; ------------------------------
; Открываем линию A20
; ------------------------------
PROC enable_a20 NEAR
push ax
mov al, A20_PORT
out STATUS_PORT, al
mov al, A20_ON
out KBD_PORT_A, al
pop ax
ret
ENDP enable_a20
; ------------------------------
; Закрываем линию A20
; ------------------------------
PROC disable_a20 NEAR
push ax
mov al, A20_PORT
out STATUS_PORT, al
mov al ,A20_OFF
out KBD_PORT_A, al
pop ax
ret
ENDP disable_a20
; ----------------------------------------------------
; Готовим структуру для загрузки регистра IDTR
; Прототип для вызова функции:
; void load_idtr(unsigned long idt_ptr,word idt_size);
; ----------------------------------------------------
PROC _load_idtr NEAR
push bp
mov bp,sp
mov ax,[bp+4] ; мл. слово адреса IDT
mov dx,[bp+6] ; ст. слово адреса IDT
mov bx, OFFSET idtr
; Запоминаем адрес IDTR в структуре
mov [(idtr_struc bx).idt_low], ax
mov [(idtr_struc bx).idt_hi], dl
; Получаем предел IDT и запоминаем его в структуре
mov ax, [bp+8]
mov [(idtr_struc bx).idt_len], ax
pop bp
ret
ENDP _load_idtr
; ----------------------------------
; Установка контроллера прерываний
; ----------------------------------
PROC set_int_ctrlr NEAR
mov al, 11
out dx, al
jmp SHORT $+2
mov al, ah
inc dx
out dx, al
jmp SHORT $+2
mov al, 4
out dx, al
jmp SHORT $+2
mov al, 1
out dx, al
jmp SHORT $+2
mov al, 0ffh
out dx, al
dec dx
ret
ENDP set_int_ctrlr
; --------------------------
; Выдача звукового сигнала
; --------------------------
PROC _beep NEAR
push ax bx cx
in al,KBD_PORT_B
push ax
mov cx,80
beep0:
push cx
and al,11111100b
out KBD_PORT_B,al
mov cx,60
idle1:
loop idle1
or al,00000010b
out KBD_PORT_B,al
mov cx,60
idle2:
loop idle2
pop cx
loop beep0
pop ax
out KBD_PORT_B,al
pop cx bx ax
ret
ENDP _beep
; -------------------------------
; Задержка выполнения программы
; -------------------------------
PROC _pause NEAR
push cx
mov cx,10
ploop0:
push cx
xor cx,cx
ploop1:
loop ploop1
pop cx
loop ploop0
pop cx
ret
ENDP _pause
; -----------------------
; Размаскирование прерываний
; -----------------------
PROC _enable_interrupt NEAR
in al, INT_MASK_PORT
and al, 0fch
out INT_MASK_PORT, al
sti
ret
ENDP _enable_interrupt
end
|
|
|