DOS-extender для компилятора Borland C++ (стр. 3 из 7)

Регистр IDTR программа загружает перед переходом в защищённый режим, в функции protected_mode() модуля TOSSYST.ASM при помощи вызова функции set_int_ctrlr(), описанной в файле TOSSYST.ASM.

Для обработки особых ситуаций - исключений - разработчики процессора i80286 зарезервировали 31 номер прерывания. Каждому исключению соответствует одна из функций exception_XX() из модуля EXCEPT.C. Собственно, описав реакцию программы на каждое исключение можно обрабатывать любые ошибки защищенного режима. В моем случае достаточно завершать программу при возникновении любого исключения с выдачей на экран номера возникшего исключения. Поэтому функции exception_XX() просто вызывают prg_abort(), описанной там же, и передают ей номер возникшего исключения. Функция prg_abort() переключает процессор в реальный режим, выводит сообщение с данными возникшего исключения и завершает работу программы.

Теперь разберемся с аппаратными прерываниями, которые нас не интересуют в данной программе, однако это не мешает им происходить. Для этого в модуле INTPROC.C описаны две функции заглушки iret0() и iret1(), которые собственно ничего не делают кроме того, что выдают на контроллеры команды конца прерывания. Функция iret0() относится к первому контроллеру (Master), а вторая – ко второму (Slave).

Неплохо было бы включить в программу поддержку программного прерывания 30h, чтобы можно было получать данные с клавиатуры. Это реализовано в модуле KEYBOARD.ASM, в функции Int_30h_Entry(). В IDT помещается вентиль программного прерывания, который вызывает данную функцию в момент прерывания 30h.

После запуска программа переходит в защищённый режим и размаскирует прерывания от таймера и клавиатуры. Далее она вызывает в цикле прерывание int 30h (ввод символа с клавиатуры), и выводит на экран скан-код нажатой клавиши и состояние переключающих клавиш (таких, как CapsLock, Ins, и т.д.). Если окажется нажатой клавиша ESC, программа выходит из цикла.

Обработчик аппаратного прерывания клавиатуры - процедура с именем Keyb_int из модуля KEYBOARD.ASM. После прихода прерывания она выдаёт короткий звуковой сигнал (функция beep() из модуля TOSSYST.ASM), считывает и анализирует скан-код клавиши, вызвавшей прерывание. Скан-коды классифицируются на обычные и расширенные (для 101-клавишной клавиатуры). В отличие от прерывания BIOS INT 16h, мы для простоты не стали реализовывать очередь, а ограничились записью полученного скан-кода в глобальную ячейку памяти key_code. Причём прерывания, возникающие при отпускании клавиш, игнорируются.

Запись скан-кода в ячейку key_code выполняет процедура Keyb_PutQ() из модуля KEYBOARD.ASM. После записи эта процедура устанавливает признак того, что была нажата клавиша - записывает значение 0FFh в глобальную переменную key_flag.

Программное прерывание int 30h опрашивает состояние key_flag. Если этот флаг оказывается установленным, он сбрасывается, вслед за чем обработчик int 30h записывает в регистр AX скан-код нажатой клавиши, в регистр BX - состояние переключающих клавиш на момент нажатия клавиши, код которой передан в регистре AX.

Ну и последнее, требующееся прерывание – это аппаратное прерывание таймера. Обработка этого прерывания реализована в функции Timer_int() модуля TIMER.C. Эта функция служит для переключения процессора между задачами. Более подробно я рассмотрю ее работу в следующей главе курсового проекта.

Структура элемента дескрипторной таблицы прерываний IDT описана в файле tos.inc:

STRUC idtr_struc

idt_len dw 0

idt_low dw 0

idt_hi db 0

rsrv db 0

ENDS idtr_struc

3.5 Реализация мультизадачности.

Я пошел в данном курсовом проекте самым простым способом – реализации мультизадачности через аппаратный таймер компьютера. Реализация более сложных алгоритмов явно тянет на дипломный проект.

Как известно, таймер вырабатывает прерывание IRQ0 примерно 18,2 раза в секунду. Можно использовать данный факт для переключения между задачами, выделяя каждой квант времени. Я не буду здесь реализовывать механизм приоритетов задач. Все выполняемые задачи имеют равный приоритет.

Для реализации разделения ресурсов компьютера между задачами и их взаимодействию друг с другом и средой исполнения (можно даже ее назвать операционной системой), я реализовал механизм семафоров.

В моем случае семафор представляет собой ячейку памяти, отражающая текущее состояние ресурса - свободен или занят.

Я иду еще на одно упрощение - не создаю здесь таблицы LDT для каждой задачи. Все-таки это не настоящая ОС, а ее так скажем, модель.

Настоящие многозадачные ОС квантуют время не на уровне программы, а на уровне задачи, так как каждая программа может иметь несколько параллельно выполняющихся потоков. Я не буду здесь организовывать механизм потоков. Это, я думаю, простительно, так как он не реализован полностью даже в Linux. Буду исходить из предпосылки, что одна программа равна одной задаче.

3.5.1 Контекст задачи.

Для хранения контекста неактивной в настоящей момент задачи процессор i80286 использует специальную область памяти, называемую сегментом состояния задачи TSS (Task State Segment). Формат TSS представлен на рис. 4.

Рис. 4. Формат сегмента состояния задачи TSS.

Сегмент TSS адресуется процессором при помощи 16-битного регистра TR (Task Register), содержащего селектор дескриптора TSS, находящегося в глобальной таблице дескрипторов GDT (рис. 5).

Рис. 5. Дескриптор сегмента состояния задачи TSS.

Многозадачная операционная система для каждой задачи должна создавать свой TSS. Перед тем как переключиться на выполнение новой задачи, процессор сохраняет контекст старой задачи в её сегменте TSS.

Сегмент состояния задачи описан в файле tos.h:

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;

3.5.2 Переключение задач.

В качестве способа переключения между задачами выберем команду JMP. Неудобство в этом случае представляет то, что если, к примеру, задача 1 вызвала задачу 2, то вернуться к задаче 2 можно только вызвав снова команду JMP и передав ей TSS задачи 1.

Реализация альтернативного метода через команду CALL позволяет создавать механизм вложенных вызовов задач, но выглядит гораздо более трудоемким и требует организации вентилей вызова задач.

Функция переключения задач называется jump_to_task() и реализована в модуле TOSSYST.ASM:

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

Переключение задач происходит в функции Timer_int() из модуля TIMER.C. Эта функция вызывается по прерыванию таймера. Выбор какая задача получит процессор в данный момент решает диспетчер задач, организованный как функция dispatcher(), описанная в модуле TIMER.C. Диспетчер работает по самому простому алгоритму – по кругу переключает процессор между задачами.

3.5.3 Разделение ресурсов.

Разделение ресурсов для задач организовано в файле SEMAPHOR.C. Сам семафор представляет собой целое 2-х байтное число (int). В принципе можно было обойтись и одним битом, но это требует несколько более сложного кода.

Так как операционная система у меня получается ну очень крошечная, я думаю будет достаточно предположить, что максимальное количество семафоров в системе будет равно 5. Поэтому в файле SEMAPHOR.C задан статический массив из 5 семафоров:

word semaphore[5];

Работа задач с семафорами организуется при помощи 3-х функций:

sem_clear() – процедура сброса семафора,

sem_set() – процедура установки семафора,

sem_wait() – процедура ожидания семафора.

3.5.4 Задачи.

Исполняющиеся задачи организованы как просто функции, в модуле TASKS.C.

Задача task1() выполняется единократно, после чего передает управление операционной системе.

Задачи task2() и flipflop_task() работают в бесконечных циклах, рисуя на экране двигающиеся линии, тем самым обозначая свою работу. Задача flipflop_task() работает с меньшим периодом и только тогда, когда установлен семафор 1.

Задача keyb_task() вводит символы с клавиатуры и отображает скан-коды нажатых клавиш, а также состояние переключающих клавиш на экране. Если нажимается клавиша ESC, задача устанавливает семафор номер 0. Работающая параллельно главная задача ожидает установку этого семафора. Как только семафор 0 окажется установлен, главная задача завершает свою работу и программа возвращает процессор в реальный режим, затем передаёт управление MS-DOS.

4. Полные исходные тексты программы.

4.1 Файл TOS.INC. Определение констант и структур для модулей, составленных на языке ассемблера.

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