• Linux-0.11 kernel目录floppy.c详解
  • 模块简介
  • 函数详解
    • floppy_deselect
    • floppy_change
    • setup_DMA
    • output_byte
    • result
    • bad_flp_intr
    • rw_interrupt
    • setup_rw_floppy
    • seek_interrupt
    • transfer
    • recal_interrupt
    • unexpected_floppy_interrupt
    • recalibrate_floppy
    • reset_interrupt
    • reset_floppy
    • floppy_on_interrupt
    • do_fd_request
  • floppy_init

Linux-0.11 kernel目录floppy.c详解

模块简介

程序的开始定义了软盘的结构。软盘参数有：

• size：大小，扇区数
• sect：每磁道扇区数
• head：磁头数
• track： 磁道数/柱面数
• stretch: 对磁道是否要特殊处理
• gap：扇区间隙长度
• rate 数据传输速率，0表示500kbps， 1表示300kbps， 2表示250kbps。
• specl 参数(高4位步进速率，f=1ms， e=2ms， d=3ms。低4为磁头卸载时间， 1=16ms， 2=32ms)

static struct floppy_struct {
	unsigned int size, sect, head, track, stretch;
	unsigned char gap,rate,spec1;
} floppy_type[] = {
	{    0, 0,0, 0,0,0x00,0x00,0x00 },	/* no testing */
	{  720, 9,2,40,0,0x2A,0x02,0xDF },	/* 360kB PC diskettes */
	{ 2400,15,2,80,0,0x1B,0x00,0xDF },	/* 1.2 MB AT-diskettes */
	{  720, 9,2,40,1,0x2A,0x02,0xDF },	/* 360kB in 720kB drive */
	{ 1440, 9,2,80,0,0x2A,0x02,0xDF },	/* 3.5" 720kB diskette */
	{  720, 9,2,40,1,0x23,0x01,0xDF },	/* 360kB in 1.2MB drive */
	{ 1440, 9,2,80,0,0x23,0x01,0xDF },	/* 720kB in 1.2MB drive */
	{ 2880,18,2,80,0,0x1B,0x00,0xCF },	/* 1.44MB diskette */
};

这对应了不同类型的软驱类型，常用软驱类型如下所示：

类型	说明
0	不用
1	360KB PC 软驱
2	1.2MB AT软驱
3	360KB 在720KB 驱动器中使用
4	3.5 720KB 软盘
5	360KB在1.2MB驱动器中使用
6	720kb在1.2MB驱动器中使用
7	1.44MB软驱

软盘控制器的编程相对繁琐，在编程时需要访问4个端口，分别对应一个或多个寄存器。对于1.2MB的软盘控制器有以下一些端口：

I/O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
0x3f7	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)

数字输出端口DOR是一个8位寄存器，它控制驱动器马达开启、驱动器选择、启动/复位FDC以及允许/禁止DMA及中断请求。该寄存器各比特位的含义如下所示：

位	名称	说明
7	MOT_EN3	启动软驱D马达： 1-启动； 0-启动
6	MOT_EN2	启动软驱C马达： 1-启动； 0-启动
5	MOT_EN1	启动软驱B马达： 1-启动； 0-启动
4	MOT_EN0	启动软驱A马达： 1-启动； 0-启动
3	DMA_INT	允许DMA和中断请求；0-禁止DMA和中断请求
2	RESET	允许软盘控制器FDC工作；0-复位FDC
0-1	DRV_SEL	用于选择驱动器A-D

FDC主状态寄存器也是一个8位寄存器，用于反应软盘控制器FDC和软盘驱动器FDD的基本状态。通常，在CPU向FDC发送命令之前或从FDC获取操作结果之前，都要读取主状态寄存器的状态位，以判断当前FDC数据寄存器是否就绪，以及确定数据传输的方向，其定义如下：

位	名称	说明
7	RQM	数据口就绪：控制器FDC数据寄存器已准备就绪
6	DIO	传输方向：1： FDC CPU；0： CPU FDC
5	NDM	非DMA方式：1： 非DMA方式 0： DMA方式
4	CB	控制器忙： FDC处于命令执行忙碌状态
3	DDB	软驱D忙
2	DCB	软驱C忙
1	DBB	软驱B忙
0	DAB	软驱A忙

数据输入寄存器DIR只有位7对软盘有效，用来表示盘片的更换状态。其余7位用于硬盘控制器接口。

磁盘控制器DCR用于选择盘片在不同类型驱动器上使用的数据传输率。仅使用低2位D1D0，00表示500kbps，01表示300kbps，10表示250kbps。

函数详解

floppy_deselect

void floppy_deselect(unsigned int nr)

该函数的作用是取消指定软驱。

首先判断指定的软驱nr有没有被选中，如果没有被选中，则显示警告信息。

	if (nr != (current_DOR & 3))
		printk("floppy_deselect: drive not selected\n\r");

这里再回顾一下current_DOR的作用。

// 位7-4：分别控制驱动器D-A马达的启动。1-启动；0-关闭。
// 位3：1 - 允许DMA和中断请求；0 - 禁止DMA和中断请求。
// 位2：1 - 允许软盘控制器；0 - 复位软盘控制器。
// 位1-0：00-11，用于选择控制的软驱A-D。
unsigned char current_DOR = 0x0C;       // 允许DMA中断请求、启动FDC

接下来复位软驱已选定标志selected，并唤醒等待选择该软驱的任务。

	selected = 0;
	wake_up(&wait_on_floppy_select);

floppy_change

int floppy_change(unsigned int nr)

该方法用于检测指定软驱中软盘的更换情况。

首先启动等待指定软驱nr。

在软盘启动之后，我们来查看一下当前选择的软驱是不是函数参数指定的软驱nr，并且已经选定了其他软驱，则让当前任务进入可中断等待状态。

如果当前没有选择其他软驱或者其他软驱被取消选定而使当前任务被唤醒时，当前软驱仍然不是指定的软驱nr，则跳转到函数开始处重新循环等待。

repeat:
	floppy_on(nr);
	while ((current_DOR & 3) != nr && selected)
		interruptible_sleep_on(&wait_on_floppy_select);
	if ((current_DOR & 3) != nr)
		goto repeat;

选择软盘控制器已选定我们指定的软驱nr。于是取数字输入寄存器DIR的值。如果其最高位7置位，则表示软盘已经更换。

	if (inb(FD_DIR) & 0x80) {
		floppy_off(nr);
		return 1;
	}
	floppy_off(nr);
	return 0;

setup_DMA

static void setup_DMA(void)

该函数的作用是设置软盘的DMA通道。其调用关系如下所示：

├── setup_rw_floppy
  └── setup_DMA

软盘中数据读写操作是使用DMA进行的。因此，在每次进行数据传输之前需要设置DMA芯片上专门用于软驱的通道2。

首先检测请求项的缓冲区所在位置。如果缓冲区处于内存1MB以上的某个地方，则需要将DMA缓冲区设在临时缓冲区与tmp_floppy_area处。因为8237A芯片只能在1MB地址范围内寻址。

	long addr = (long) CURRENT->buffer;

	cli();
	if (addr >= 0x100000) {
		addr = (long) tmp_floppy_area;
		if (command == FD_WRITE)
			copy_buffer(CURRENT->buffer,tmp_floppy_area);
	}

接下俩开始设置DMA通道2。在开始设置之前需要先屏蔽该通道。单通道屏蔽寄存器端口为0x0A。位0-1指定DMA通道，位2：1表示屏蔽，0表示允许请求。

然后向DMA控制器端口12和11写入方式字，读盘是0x46，写盘则是0x4A。

再写入传输使用的缓冲区地址add如何需要传输的字节数0x3ff。最后复位对DMA通道2的屏蔽。开始DMA2请求DREQ信号。

/* mask DMA 2 */
	immoutb_p(4|2,10); //0x0A端口写入0000_0110
/* output command byte. I don't know why, but everyone (minix, */
/* sanches & canton) output this twice, first to 12 then to 11 */
 	__asm__("outb %%al,$12\n\tjmp 1f\n1:\tjmp 1f\n1:\t"
	"outb %%al,$11\n\tjmp 1f\n1:\tjmp 1f\n1:"::
	"a" ((char) ((command == FD_READ)?DMA_READ:DMA_WRITE))); // 向0xb 0xc写入方式字，读盘是0x46，写盘是0x4A。
/* 8 low bits of addr */
	immoutb_p(addr,4);// 写地址0-7位
	addr >>= 8;
/* bits 8-15 of addr */
	immoutb_p(addr,4);// 写地址8-15位
	addr >>= 8;
/* bits 16-19 of addr */
	immoutb_p(addr,0x81);// 地址16-19位放入页面寄存器0x81
/* low 8 bits of count-1 (1024-1=0x3ff) */
	immoutb_p(0xff,5);// 向DMA通道2写入当前计数器值
/* high 8 bits of count-1 */
	immoutb_p(3,5); 
/* activate DMA 2 */
	immoutb_p(0|2,10);//开启DMA通道2的请求
	sti();

output_byte

static void output_byte(char byte)

该方法的作用是向软驱控制器输出一个字节命令或参数。

这里循环读取主状态控制端口0x3f4的状态。如果所读状态是10xx_xxxx，即STATUS_READY为1，并且方向位STATUS_DIR为0(CPU->FDC) ，则向数据端口输出指定字节。

	for(counter = 0 ; counter < 10000 ; counter++) {
		status = inb_p(FD_STATUS) & (STATUS_READY | STATUS_DIR);
		if (status == STATUS_READY) {
			outb(byte,FD_DATA);
			return;
		}
	}

如果循环1万次结束，还不能发送，则置复位标志，并打印出错信息。

	reset = 1;
	printk("Unable to send byte to FDC\n\r");

result

static int result(void)

读取FDC的执行的结果信息。结果最多为7个字节，存放在reply_buffer数组中。返回读入的结果字节数，若返回值=-1，则表示出错。

	int i = 0, counter, status;

	if (reset)
		return -1;
	for (counter = 0 ; counter < 10000 ; counter++) {
		status = inb_p(FD_STATUS)&(STATUS_DIR|STATUS_READY|STATUS_BUSY);
		if (status == STATUS_READY) // 控制器状态是READY， 表示没有数据可取
			return i;
		if (status == (STATUS_DIR|STATUS_READY|STATUS_BUSY)) { //控制器状态是已经准备好，方向是CPU<-FDC，忙，表示有数据可读
			if (i >= MAX_REPLIES)
				break;
			reply_buffer[i++] = inb_p(FD_DATA);
		}
	}
	reset = 1;
	printk("Getstatus times out\n\r");
	return -1;
}

bad_flp_intr

static void bad_flp_intr(void)

软盘读写出错处理函数。

如果出错次数大于最大出错次数(8次)，则不再对当前请求项作进一步的操作尝试。如果读写出错次数超过MAX_ERRORS/2，则需要对软驱作复位处理，于是设置复位标志。否则只需要校正一下磁头位置。

	CURRENT->errors++;
	if (CURRENT->errors > MAX_ERRORS) {
		floppy_deselect(current_drive);
		end_request(0);
	}
	if (CURRENT->errors > MAX_ERRORS/2)
		reset = 1;
	else
		recalibrate = 1;

rw_interrupt

static void rw_interrupt(void)

软盘读写操作中断调用函数。

首先读取FDC的执行结果。如果返回结果字节数不是7，或者存在出错标志，则需要相应进行处理。

	if (result() != 7 || (ST0 & 0xf8) || (ST1 & 0xbf) || (ST2 & 0x73)) {
		if (ST1 & 0x02) {
			printk("Drive %d is write protected\n\r",current_drive);
			floppy_deselect(current_drive);
			end_request(0);
		} else
			bad_flp_intr();
		do_fd_request();
		return;
	}

如果当前请求项的缓冲区在1MB地址以上，则需要复制temp_floppy_area临时存放的内容到buffer中。

	if (command == FD_READ && (unsigned long)(CURRENT->buffer) >= 0x100000)
		copy_buffer(tmp_floppy_area,CURRENT->buffer);
	floppy_deselect(current_drive);
	end_request(1);
	do_fd_request();

setup_rw_floppy

inline void setup_rw_floppy(void)

该方法用于设置DMA通道2并向软盘控制器输出命令和参数。

	setup_DMA();
	do_floppy = rw_interrupt;
	output_byte(command);
	output_byte(head<<2 | current_drive);
	output_byte(track);
	output_byte(head);
	output_byte(sector);
	output_byte(2);		/* sector size = 512 */
	output_byte(floppy->sect);
	output_byte(floppy->gap);
	output_byte(0xFF);	/* sector size (0xff when n!=0 ?) */
	if (reset)
		do_fd_request();

seek_interrupt

static void seek_interrupt(void)

寻道处理结束后，中断过程中调用的c函数。

	output_byte(FD_SENSEI);
	if (result() != 2 || (ST0 & 0xF8) != 0x20 || ST1 != seek_track) {
		bad_flp_intr();
		do_fd_request();
		return;
	}
	current_track = ST1;
	setup_rw_floppy();

transfer

static void transfer(void)

该方法是读写数据传输函数。

如果当前驱动器参数不是指定的驱动器的参数，发送设置驱动器参数命令。然后判断当前数据传输速率是否与指定驱动器一致，若不是就发送指定软驱的速率到数据传输速率控制器FD_DCR。

	if (cur_spec1 != floppy->spec1) {
		cur_spec1 = floppy->spec1;
		output_byte(FD_SPECIFY);     // 设置驱动器参数命令
		output_byte(cur_spec1);		// 设置参数， 马达步进速率，磁头卸载方式
		output_byte(6);			    // 磁头加载时间，非DMA
	}
	if (cur_rate != floppy->rate)
		outb_p(cur_rate = floppy->rate,FD_DCR);

若上面任何一个output_byte操作执行错误，则复位标志reset就会被置位。因此我们需要检测一下reset标志。

	if (reset) {
		do_fd_request();
		return;
	}

如果不需要寻道，则设置DMA并向软盘控制器发送相应的操作命令。

	if (!seek) {
		setup_rw_floppy();
		return;
	}

否则就执行寻道处理。

寻道时，使用到了寻道命令0x0f，将磁头移动到指定的磁道。如果seek_track为0，则将磁头移动到0磁道。

	do_floppy = seek_interrupt;
	if (seek_track) {			// 起始磁道号不为0
		output_byte(FD_SEEK);   // 寻道命令，0x0f
		output_byte(head<<2 | current_drive);
		output_byte(seek_track);
	} else {
		// 否则移动到0
		output_byte(FD_RECALIBRATE);//发送重新校正命令
		output_byte(head<<2 | current_drive);
	}
	if (reset)
		do_fd_request();

recal_interrupt

static void recal_interrupt(void)

该函数重新校正中断调用函数。

	output_byte(FD_SENSEI); // 检测中断状态命令
	if (result()!=2 || (ST0 & 0xE0) == 0x60) // 返回结果数量不为2，或者命令异常结束，则进行复位。
		reset = 1;
	else
		recalibrate = 0; //否则将recalibrate置为0
	do_fd_request(); //处理软盘的请求。

unexpected_floppy_interrupt

void unexpected_floppy_interrupt(void)

意外软盘中断请求引发的软盘中断处理程序中调用的函数。

	output_byte(FD_SENSEI); // 检测中断状态命令
	if (result()!=2 || (ST0 & 0xE0) == 0x60)  // 返回结果数量不为2，或者命令异常结束，则进行复位。
		reset = 1;
	else
		recalibrate = 1; //否则进行复位校正

recalibrate_floppy

static void recalibrate_floppy(void)

该方法用于软盘重新校正, 即将指定的磁头退回到0磁道。

	recalibrate = 0;
	current_track = 0;
	do_floppy = recal_interrupt;
	output_byte(FD_RECALIBRATE); // 命令号 0x7 重新校正
	output_byte(head<<2 | current_drive); // 磁头号+当前驱动器号
	if (reset) // output_byte执行出错，则复位标志reset就会被置位。这里需要重新检查。
		do_fd_request();

当软盘控制器执行完重新校正命令，会设置软盘中断处理函数do_floppy为recal_interrupt。当软盘中断触发时，就会执行recal_interrupt。

reset_interrupt

static void reset_interrupt(void)

软盘控制器FDC复位中断调用函数。

	output_byte(FD_SENSEI);
	(void) result();
	output_byte(FD_SPECIFY);
	output_byte(cur_spec1);		/* hut etc */
	output_byte(6);			/* Head load time =6ms, DMA */
	do_fd_request();

reset_floppy

static void reset_floppy(void)

该方法的作用是复位软盘控制器。

该函数首先设置参数和标志，把复位标志清0，然后把软驱变量cur_spec1和cur_rate设置为无效。因为复位后，这两个参数就需要重新设置。接着设置重新校正标志。

	int i;

	reset = 0;
	cur_spec1 = -1;
	cur_rate = -1;
	recalibrate = 1;

接下来设置软盘中断处理函数为reset_interrupt，并设置FDC执行复位操作。

	printk("Reset-floppy called\n\r");
	cli();
	do_floppy = reset_interrupt;
	outb_p(current_DOR & ~0x04,FD_DOR);
	for (i=0 ; i<100 ; i++)
		__asm__("nop");
	outb(current_DOR,FD_DOR);
	sti();

floppy_on_interrupt

static void floppy_on_interrupt(void)

软驱启动定时中断调用函数。

如果当前驱动器号与数字输出寄存器中断DOR中的不同，则需要重新设置DOR。否则直接调用读写软盘传输函数transfer。

	selected = 1; //设置已经选定当前驱动器标志
	if (current_drive != (current_DOR & 3)) { 
		current_DOR &= 0xFC;
		current_DOR |= current_drive;
		outb(current_DOR,FD_DOR);
		add_timer(2,&transfer);
	} else
		transfer();

do_fd_request

void do_fd_request(void)

软盘读写请求项处理函数。

首先检查是否有复位标志或重新校正标志置位，若有，则仅执行相关标志的处理功能后就返回。如果复位标志已置位，则执行软盘复位操作并返回。如果重新校正标志已置位，则执行软盘重新校正操作并返回。

	unsigned int block;

	seek = 0;
	if (reset) {
		reset_floppy();
		return;
	}
	if (recalibrate) {
		recalibrate_floppy();
		return;
	}

这里再回顾一下将绝对的块号block转换为磁盘的(柱面C， 磁头H ，扇区S)公式。

其中， block与(C，H，S)的换算公式如下所示:

	block=C*总磁头数*每磁道扇区数+H*每磁道扇区数+S

因此：

• 扇区号 = block%每磁道扇区数
• 磁头号 = (block/每磁道扇区数)%磁头数
• 磁道号/柱面号 = (block/每磁道扇区数)/磁头数

	sector = block % floppy->sect;
	block /= floppy->sect;
	head = block % floppy->head;
	track = block / floppy->head;
	seek_track = track << floppy->stretch;

再看看是否还需要首先执行寻道操作。如果寻道号与当前磁头所在磁道号不同，则需要进行寻道操作。于是设置需要寻道标志seek。最后我们设置执行的软盘命令command。

	if (seek_track != current_track)
		seek = 1;
	sector++;
	if (CURRENT->cmd == READ)
		command = FD_READ;
	else if (CURRENT->cmd == WRITE)
		command = FD_WRITE;
	else
		panic("do_fd_request: unknown command");
	add_timer(ticks_to_floppy_on(current_drive),&floppy_on_interrupt);

floppy_init

void floppy_init(void)

该方法的作用是对软盘进行初始化。

首先设置了软盘块设备请求项处理函数为do_fd_request。

blk_dev[MAJOR_NR].request_fn = DEVICE_REQUEST; 

此外设置软盘中断(0x26)处理函数为floppy_interrupt。

outb(inb_p(0x21)&~0x40,0x21):

0x21是主片命令字OCW1的端口地址， ~0x40 = ~01000000 = 10111111， 即将主片IR6的位置复位， 主片的IR6用于接受软盘的中断，因此该语句的作用是允许软盘的中断。

set_trap_gate(0x26,&floppy_interrupt);              // 设置陷阱门描述符
outb(inb_p(0x21)&~0x40,0x21);                       // 复位软盘中断请求屏蔽位