BIOS INT 13H问题（从驱动器读取扇区）

Question

说明：

为了创建一个简单的独立程序，我在第一部分编写了一个简单的引导加载程序。其目的是将程序加载到内存中。为此，我使用AH = 2的INT 13h。代码是：

disk_load:
  push dx           ; Store DX on stack so later we can recall how many sectors were requested to be read,
                    ; even if it is altered in the meantime.
  mov ah, 0x02        ; BIOS read sector.
  mov al, dh          ; Read DH sectors.
  mov ch, 0x00        ; Select cylinder 0.
  mov dh, 0x00        ; Select head 0.
  mov cl, 0x02        ; Start reading from second sector (i.e. after the boot sector).
  int 0x13            ; BIOS interrupt.
                      ;  <!----here
  pop dx
  ret

load_software:
  mov bx, 0x7e0
  mov es, bx
  xor bx, bx
  mov dh, 66
  mov dl, [BOOT_DRIVE]
  call disk_load

我在VirtualBox 5.2.8中进行了所有练习，效果很好。将所有内容移动到具有VirtualBox 6.0.14的第二台计算机上均无法通过实验。中断在CF置1时结束，指示失败。

阅读Boot loader doesn't jump to kernel code中的出色答案，我已解决了未指定DS值可能引起问题的潜在问题。如果在int 0x13调用之前停止并转储CPU状态，则两个VirtualBox上的状态都将保持一致：

00：00：05.930849 eax = 00000280 ebx = 00007e00 ecx = 00000002 edx = 00000000 esi = 00000000 edi = 0000fff0

00：00：05.930857 eip = 00007cc8 esp = 00007bf9 ebp = 00007bff iopl = 0 nv up ei plnz na po nc

00：00：05.930864 cs = {0000 base = 0000000000000000限制= 0000ffff标志= 0000009b} dr0 = 00000000 dr1 = 00000000

00：00：05.930877 ds = {0000 base = 0000000000000000限制= 0000ffff标志= 00000093} dr2 = 00000000 dr3 = 00000000

00：00：05.930884 es = {0000 base = 0000000000000000限制= 0000ffff标志= 00000093} dr4 = 00000000 dr5 = 00000000

00：00：05.930891 fs = {0000 base = 0000000000000000限制= 0000ffff标志= 00000093} dr6 = ffff0ff0 dr7 = 00000400

00：00：05.930898 gs = {0000 base = 0000000000000000限制= 0000ffff标志= 00000093} cr0 = 00000010 cr2 = 00000000

00：00：05.930904 ss = {0000 base = 0000000000000000限制= 0000ffff标志= 00000093} cr3 = 00000000 cr4 = 00000000

00：00：05.930910 gdtr = 00000000000fe89f：0047 idtr = 0000000000000000：ffff eflags = 00200246

解析所有值，我只能得出结论，该中断的所有输入参数均已正确设置。转储后的状态已设置CF和错误代码：

00：00：08.984877 eax = 00000900 ebx = 00000000 ecx = 00000002 edx = 00000000 esi = 00000000 edi = 0000fff0

00：00：08.984887 eip = 00007cca esp = 00007bf9 ebp = 00007bff iopl = 0 nv up ei pl nz na po cy

00：00：08.984896 cs = {0000 base = 0000000000000000限制= 0000ffff标志= 0000009b} dr0 = 00000000 dr1 = 00000000

00：00：08.984909 ds = {0000 base = 0000000000000000限制= 0000ffff标志= 00000093} dr2 = 00000000 dr3 = 00000000

00：00：08.984917 es = {07e0 base = 0000000000007e00限制= 0000ffff标志= 00000093} dr4 = 00000000 dr5 = 00000000

00：00：08.984925 fs = {0000 base = 0000000000000000限制= 0000ffff标志= 00000093} dr6 = ffff0ff0 dr7 = 00000400

00：00：08.984934 gs = {0000 base = 0000000000000000限制= 0000ffff标志= 00000093} cr0 = 00000010 cr2 = 00000000

00：00：08.984941 ss = {0000 base = 0000000000000000限制= 0000ffff标志= 00000093} cr3 = 00000000 cr4 = 00000000

00：00：08.984948 gdtr = 00000000000fe89f：0047 idtr = 0000000000000000：ffff eflags = 00200247

[注意错误代码AH=9 数据边界错误（在64K边界或> 80h扇区上尝试的DMA）使我进入https://en.wikipedia.org/wiki/INT_13H，在此声明：

缓冲区的寻址应保证完整的缓冲区位于给定的段内，即（BX + size_of_buffer）<= 10000h。

这将解释我的最初问题，因此我进行了另一项修复以设置es=0x7e0和bx=0。这是上面显示的代码的状态。但是，即使该代码在上述状态下也会失败。

进一步的测试表明，我最多可以成功读取65个扇区，但失败66个或更多。由于它是一个怪异的数字，我计算出第65个扇区的结尾：0xffff。因此问题变得更加混乱。

问题：

我的es=0x7e0和bx=0解决方案是否应避免段交叉（据我所知）？

如果这样做，为什么在跨越线性地址时似乎是问题所在？

或者一个人可以穿过该段，但不能穿过线性地址中的0xffff标记吗？

谢谢您的帮助。

Answer 1

问题是您“尝试在64K边界上尝试DMA”。这是事实，您的目标缓冲区的范围从物理地址0x07E00到0x17E00，跨越了0x10000的64K边界。 （这与段边界无关，因此，使用哪个段和偏移值到达0x07E00物理地址都没有关系。）

这样做的原因在于如何以便宜的价格设计原始的IBM PC。他们没有使用带有16位总线和16位支持芯片的16位8086，而是使用了带有8位总线的便宜16位8088 CPU，可以与便宜的8位支持芯片一起使用。特别是the DMA controller they chose仅能寻址64K存储器，这是DMA控制器设计用于8位CPU的典型寻址限制。他们通过使用单独的芯片来提供DMA地址的高四位来使其工作，从而允许对8088的完整1024K地址空间进行寻址。 （在IBM PC AT上，它已扩展为提供高8位，以便可以访问整个80286 16M地址空间。）

[不幸的是，这意味着在DMA操作期间DMA地址的高四位是固定的，这实际上将1024K地址空间划分为十六个64K页。任何跨越64K边界执行从一页到另一页的DMA操作的尝试都将环绕到页面的开头。尽管BIOS可以通过将读取分为两个单独的读取来解决此问题，每个64K页面一个，但它仅返回错误。

注意，由于硬盘接口通常不使用IBM PC DMA控制器，因此通常这只是软盘访问的问题。

由于跨轨道和圆柱边界时也存在类似的潜在边界问题，因此解决此问题的最佳方法是一次只读取一个扇区，如Jester和Michael Petch在评论中所述。作为一个简单的解决方法，您可以移动缓冲区，使其从物理地址0x10000开始，但是您可能会发现在现实世界的系统中，您只能读取轨道上的其余扇区。