Введение

Данная курсовая работа представляет из себя драйвер символьного устройства. После инициализации в системе появляется новое устройство $rot13, на которое можно посылать данные, например:

copy file.txt $rot13

Драйвер шифрует данные, сдвигая каждую букву английского алфавита на 13 позиций, и выдает результат на экран.

Операционная система – MS DOS, Windows’95, 98.

Драйвер полностью написан на языке ассемблера.

Минимальные требования для работы: Процессор – 8086. Оперативная память – 64 Кб.

Компиляция проводилась пакетом MASM.

Пояснительная записка

Драйверы устройств - это часть операционной системы ПК, задача которой состоит в управлении устройствами и связью между ними. Они нахо­дятся в операционной системе на самом близком к аппаратным средствам уровне и обеспечивают аппаратно-независимую работу на других уровнях. Преимущества такого подхода проявляются при адаптации операционной систе­мы к различным компьютерам. Не требуется изменять всю систему, достаточно только изменить драйверы.

В первых операционных системах драйверы являлись составной частью кода этих систем. Это приводило к тому, что изменить или усовершенство­вать эти программы в соответствии с характеристиками новых устройств было очень трудно, а то и невозможно. Гибкая концепция драйверов устройств бы­ла введена в DOS версии 2.0. У пользователя появилась возможность адапти­ровать самые экзотические устройства, совместимые с ПК к работе с DOS.

Взаимодействие DOS и драйвера устройства осуществляется через срав­нительно простые функции и структуры данных, поэтому программист, пишущий на языке ассемблера, может самостоятельно разработать драйвер для работы устройства под управлением DOS. К сожалению, драйвер невозможно написать на языке более высокого уровня.

Работая над кодом драйвера, следует придерживаться тех же правил, что и при разработке COM-программ (нет прямого доступа к сегменту). Раз­ница состоит в том, что тело драйвера начинается со смещения 0h, а не 100h.

При загрузке DOS автоматически загружаются и приводятся в готов­ность драйверы NUL, CON, AUX, PRN, а также, если нужно, драйверы дисково­дов. Они располагаются в памяти последовательно и связаны друг с другом. Если пользователь хочет установить дополнительно еще какой-нибудь драй­вер, он должен проинформировать об этом DOS через файл CONFIG.SYS. Этот текстовый файл содержит информацию, которая нужна DOS для конфигурирова­ния системы. Содержимое файла CONFIG.SYS считывается и интерпретируется во время процесса загрузки после подключения стандартных драйверов. Если DOS обнаруживает команду DEVICE = , значит, нужно подключить еще один драйвер. Справа от знака равенства в этой команде указывается имя драйве­ра и, возможно, устройство и маршрут.

Например, подключение драйвера, написанного в этой курсовой работе, производится следующей строкой:

DEVICE=C:\ROT13.EXE

(здесь имеется в виду, что драйвер находится в корневом каталоге диска C:, то есть жесткого диска).

Новый драйвер добавляется в последовательность драйверов сразу за драйвером NUL (первым драйвером в цепочке).

Взаимодействие драйверов символьных устройств с клавиатурой, экра­ном, принтером, другими устройствами осуществляется посимвольно (побайт­но). Драйверы блочных устройств могут пересылать целые последовательности символов при каждом вызове функции (доступ к дискам, жестким дискам и т.д.). Эти две группы драйверов отличаются подходами к реализации различ­ных функций. В данной курсовой работе написан драйвер символьного устройства.

Несмотря на то, что драйверы могут существенно различаться по наз­начению, они имеют одинаковую структуру. Каждый драйвер имеет заголовок, подпрограмму стратегии и подпрограмму прерывания (имеется в виду не то прерывание, о котором вы читали до этого момента).

Заголовок. В начале каждого драйвера устройства размещается заголовок, который содержит информацию, необходимую DOS для установки драйвера.

Первые два поля указывают на следующий драйвер (это сегментный ад­рес и смещение) в цепочке драйверов устройств. Ячейки памяти под эти поля должны быть зарезервированы программистом, а заполнит их DOS при установ­ке драйвера в системе. Следующим полем в заголовке является слово-атри­бут. Атрибут описывает драйвер устройства и, среди прочего, сообщает DOS о том, какого типа этот драйвер - блочный или символьный.

Структура заголовка драйвера:

┌───┬────────────────────────────────────┬───────┐

│00h│Смещение следующего драйвера │1 слово│

├───┼────────────────────────────────────┼───────┤

│02h│Сегментный адрес следующего драйвера│1 слово│

├───┼────────────────────────────────────┼───────┤

│04h│Атрибут устройства │1 слово│

├───┼────────────────────────────────────┼───────┤

│06h│Смещение подпрограммы стратегии │1 слово│

├───┼────────────────────────────────────┼───────┤

│08h│Смещение подпрограммы прерываний │1 слово│

├───┼────────────────────────────────────┼───────┤

│0Ah│Имя драйвера, если символьный, или │8 байт │

│ │количество устройств, если блочный. │ │

└───┴────────────────────────────────────┴───────┘

Структура атрибута устройства:

15 14 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0

┌─┬─┬──┬──┬──┬──┬─┬─┬─┬─┬─┬─┬─┬─┬─┬─┐ бит

│ │ │ │ X│ │ X│X│X│X│X│X│X│ │ │ │ │ ──── 1=текущее стандартное

└┬┴┬┴┬─┴──┴┬─┴──┴─┴─┴─┴─┴─┴─┴┬┴┬┴┬┴─┘ устройство вывода

│ │ │ │ │ │ └──────── 1=текущее стандартное

│ │ │ │ │ │ устройство ввода

│ │ │ │ │ └────────── 1=текущее устройство "часы"

│ │ │ │ └──────────── 1=текущее устройство NUL

│ │ │ └────────────────────────────── 1=обнаружено изменение

│ │ │ носителя

│ │ │ ┌ 1=формат не IBM

│ │ │ │ (блочный драйвер)

│ │ └───────────────────────────────────┤

│ │ └ 1=вывод до команды

│ │ (символьный драйвер)

│ └────────────────────────────────────── 1=поддержка IOCTL

└──────────────────────────────────────── 0=блочный драйвер

1=символьный драйвер

Блочный драйвер использует биты только с 11-го по 15-й. Бит IOCTL сообщает DOS о том, поддерживает ли драйвер функцию IOCTL. Бит 11 является значащим начиная с DOS версии 3.0, а в ранних версиях должен быть равен нулю. Блочный драйвер сообщает также о том, распознается ли замена носителя (например, гибкого диска) в поддерживаемом устройстве. Если соответствующий бит равен 1, значит, драйвер должен поддерживать не­которые дополнительные функции.

Следующие два поля содержат смещение подпрограмм стратегии и преры­вания. Последнее поле содержит имя драйвера устройства. Если длина имени менее восьми символов, оставшиеся байты заполняются пробелами (ASCII-код 32). Если же этот драйвер блочного устройства, то первый байт этого поля содержит количество логических устройств, поддерживаемых драйвером. Остальные семь байт этого поля не используются и содержат значение 0.

Подпрограмма стратегии. DOS вызывает подпрограмму стратегии в первый раз при инициализации драйвера, а затем повторно перед каждым запросом на ввод/вывод, приходя­щим из подпрограммы прерывания. Адрес структуры данных, содержащей инфор­мацию об операции, которую следует выполнить, DOS передает подпрограмме стратегии в паре регистров ES:BX.

Указатель (двойное слово) на блок данных запоминается и управление сразу же возвращается DOS, которая вызывает подпрограмму прерывания драй­вера, чтобы выполнить операцию. Заголовок запроса, адрес которого переда­ется в подпрограмму стратегии, всегда состоит по меньшей мере из 13 байт и содержит информацию для драйвера о том, как выполнить предстоящую опе­рацию. В зависимости от выполненных операций в конец заголовка запроса может быть добавлена дополнительная информация.

Структура заголовка запроса:

┌─────┬─────────────────────────────────┬─────────┐

│ 00h │Длина блока данных в байтах │ 1 слово │

├─────┼─────────────────────────────────┼─────────┤

│ 01h │Номер устройства │ 1 слово │

├─────┼─────────────────────────────────┼─────────┤

│ 02h │Код команды │ 1 слово │

├─────┼─────────────────────────────────┼─────────┤

│ 05h │Зарезервировано │ 8 байт │

├─────┼─────────────────────────────────┼─────────┤

│ 0Dh │Дескриптор носителя │ 1 байт │

├─────┼─────────────────────────────────┼─────────┤

│ 0Eh │Смещение буфера │ 1 слово │

├─────┼─────────────────────────────────┼─────────┤

│ 10h │Сегментный адрес буфера │ 1 слово │

├─────┼─────────────────────────────────┼─────────┤

│ 12h │Номер │ 1 слово │

├─────┼─────────────────────────────────┼─────────┤

│ 14h │Начальный сектор │ 8 байт │

└─────┴─────────────────────────────────┴─────────┘

DOS вызывает подпрограмму прерывания сразу же после вызова подпрог­раммы стратегии. Ее первой задачей является запоминание в стеке содержи­мого регистров процессора, которое будет изменяться различными функциями драйвера. После этого она достает из поля 3 заголовка запроса код команды и вызывает процедуру, соответствующую этому коду. По окончании процедуры подпрограмма прерывания заполняет поле состояния в заголовке запроса и восстанавливает значения регистров процессора. Последним шагом является возврат управления вызывающей функции DOS.

Поле состояния. Значение поля состояния показывает, было ли выполнение функции нор­мальным, или же при выполнении была зафиксирована ошибка. По этой причине каждая функция драйвера должна устанавливать бит DONE ("сделано" - бит 8) в поле состояния. Этот бит DONE должен быть установлен даже тогда, когда функция ничего не делает.

15 14 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0

┌─┬─┬──┬──┬──┬──┬─┬─┬─┬─┬─┬─┬─┬─┬─┬─┐

│ │X│ X│ X│ X│ X│ │ │ │ │ │ │ │ │ │ │

└┬┴─┴──┴──┴──┴──┴┬┴┬┴┬┴─┴─┴─┴─┴─┴─┴┬┘

│ │ │ └──────┬──────┘

┌┴─────────────┐ │ │ │

│0 = нормальное│ │ │ ┌──────┴─────────────────────────────────────┐

│ завершение│ │ │ │Код ошибки, если бит 15 равен 1 │

│1 = ошибка │ │ │ ├────────────────────────────────────────────┤

└──────────────┘ │ │ │0 = носитель защищен от записи │

┌──────────────┐ │ │ │1 = неизвестное устройство │

│1 = готово ├─┘ │ │2 = дисковод не готов │

└──────────────┘ │ │3 = неизвестная команда │

│ │4 = ошибка чтения (CRC-) │

┌──────────────┐ │ │5 = неверна длина блока данных (параметров) │

│1 = занято ├───┘ │6 = ошибка поиска │

└──────────────┘ │7 = неизвестный носитель │

│8 = сектор не найден │

│9 = бумага не вставлена в принтер │

│10= ошибка записи │

│11= ошибка чтения │

│12= общая ошибка │

│13= недопустимое изменение носителя │

└────────────────────────────────────────────┘