Оглавление.

1. Введение.

1.1 Уровни программной поддержки защищенного режима.

1.1.1 Интерфейс BIOS.

1.1.2 интерфейс драйвера HIMEM.SYS.

1.1.3 интерфейс EMS/VCPI.

1.1.4 интерфейс DPMI.

1.1.5 расширители DOS (DOS-экстендеры). 3

1.2 Текущее положение дел в мире DOS-extender-ов.

2. Обоснование выбора средств.

3. Реализация работы программы в защищенном режиме процессора 80286.

3.1 Адресация защищенного режима процессора 80286.

3.2 Переход в защищенный режим процессора 80286

3.3 Возврат в реальный режим процессора.

3.4 Обработка прерываний в защищенном режиме.

3.5 Реализация мультизадачности.

3.5.1 Контекст задачи.

3.5.2 Переключение задач.

3.5.3 Разделение ресурсов.

3.5.4 Задачи.

4. Полные исходные тексты программы.

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

4.2 Файл TOS.H. Определение констант и структур для модулей, составленных на языке Си.

4.3 Файл TOS.H. Основной файл программы.

4.4 Файл TASKS.C. Содержит функции задач.

4.5 Файл SEMAPHOR.C. Содержит процедуры для работы с семафорами.

4.6 Файл TIMER.C. Процедуры для работы с таймером и диспетчер задач.

4.7 Файл EXCEPT.C. Обработка исключений.

4.8 Файл INTPROC.C. Заглушки для аппаратных прерываний.

4.9 Файл KEYB.C. Ввод символа с клавиатуры.

4.10 Файл KEYBOARD.ASM. Процедуры для работы с клавиатурой.

4.11 Файлы SCREEN.H и SCREEN.C – модуль для работы с видеоадаптером.

4.11.1 SCREEN.H

4.11.2 SCREEN.C

4.12 Файл TOSSYST.ASM. Процедуры для инициализации, перехода в защищённый режим и возврата в реальный режим, для загрузки регистра TR и переключения задач.

5. Выводы.

6. Литература.

1. Введение.

Операционная система MS DOS, не смотря на свое моральное устаревание, все еще довольно часто находит применение на парке старых ПК, а значит, все еще существует необходимость создания программ для нее.

К сожалению, написание программ в реальном режиме процессоров архитектуры Intel x86 осложнено отсутствием возможности использовать в программе оперативную память объемом свыше пресловутых 640 килобайт, а реально свыше 500-620 килобайт. Это ограничение к сожалению преследует MS DOS и аналогичные ей ОС других производителей, начиная с того момента, как горячо любимый в околокомпьютерных кругах Билл Гейтс заявил, что 640 килобайт достаточно для всех возможных задач ПК. Преодоление барьера 640 килобайт в новых версиях MS DOS усложнялось необходимостью совместимости с старыми программами, которые жизненно необходимо было поддерживать. Программирование защищенного режима процессора и расширенной памяти требовало от программистов недюжинных знаний архитектуры процессоров Intel и достаточно трудоемкого программирования.

1.1 Уровни программной поддержки защищенного режима.

Инженерная мысль не стоит на месте, особенно в такой области, как программирование. Задача программной поддержки защищённого режима и поддержки работы с расширенной памятью получила не одно, а сразу несколько решений. Этими решениями стали так называемые уровни программной поддержки защищённого режима и поддержки работы с расширенной памятью:

• интерфейс BIOS;
• интерфейс драйвера HIMEM.SYS;
• интерфейс EMS/VCPI;
• интерфейс DPMI;
• расширители DOS (DOS-экстендеры).

1.1.1 Интерфейс BIOS.

Интерфейсом самого низкого уровня является интерфейс BIOS, предоставляемый программам в виде нескольких функций прерывания BIOS INT 15h. Интерфейс BIOS позволяет программе перевести процессор из реального режима в защищённый, переслать блок памяти из стандартной памяти в расширенную или из расширенной в стандартную. Этим все его возможности и ограничиваются. Интерфейс BIOS используется для старта мультизадачных операционных систем защищённого режима (таких, как OS/2) или в старых программах, работающих с расширенной памятью в защищённом режиме (например, СУБД ORACLE версии 5.1).

1.1.2 интерфейс драйвера HIMEM.SYS.

С помощью функций, предоставляемых этим драйвером, программа может выполнять различные действия с блоками расширенной памяти, а также управлять адресной линией A20. Основное различие между способом работы с расширенной памятью драйвера HIMEM.SYS и интерфейсом прерывания BIOS INT 15h заключается в том, что первый выполняет выделение программе и внутренний учёт блоков расширенной памяти, а второй рассматривает всю расширенную память как один непрерывный участок. Однако драйвер HIMEM.SYS не открывает для программ доступ к защищённому режиму. Он полностью работает в реальном режиме, а для обращения к расширенной памяти использует либо недокументированную машинную команду LOADALL (если используется процессор 80286), либо возможности процессора 80386, который позволяет адресовать расширенную память в реальном режиме (при соответствующей инициализации системных регистров и таблиц).

1.1.3 интерфейс EMS/VCPI.

Используя трансляцию страниц, некоторые драйверы памяти (например, EMM386 или QEMM) могут эмулировать присутствие дополнительной памяти, используя расширенную память. При этом стандартный набор функций управления дополнительной памятью, реализованный в рамках прерывания INT 67h, дополнен еще несколькими функциями для работы в защищённом режиме процессора. Эти новые функции реализуют интерфейс виртуальной управляющей программы VCPI (Virtual Control Programm Interface). Они позволяют устанавливать защищённый и виртуальный режимы работы процессора, работать с расширенной памятью на уровне страниц и устанавливать специальные отладочные регистры процессора i80386. Интерфейс VCPI облегчает использование механизма трансляции страниц, освобождая программиста от необходимости работать с системными регистрами процессора.

1.1.4 интерфейс DPMI.

Интерфейс DPMI (DOS Protected Mode Interface - интерфейс защищённого режима для DOS) реализуется модулем, называющимся сервером DPMI. Этот интерфейс доступен для тех программ, которые работают на виртуальной машине WINDOWS или OS/2 версии 2.0 (позже мы обсудим некоторые детали, связанные с использованием интерфейса DPMI в WINDOWS). Интерфейс DPMI предоставляет полный набор функций для создания однозадачных программ, работающих в защищённом режиме. В этом интерфейсе имеются функции для переключения из реального режима в защищённый и обратно, для работы с локальной таблицей дескрипторов LDT, для работы с расширенной и стандартной памятью на уровне страниц, для работы с прерываниями (в том числе для вызова прерываний реального режима из защищённого режима), для работы с отладочными регистрами процессора i80386. Это наиболее развитый интерфейс из всех рассмотренных ранее.

1.1.5 расширители DOS (DOS-экстендеры).

Последний, самый высокий уровень программной поддержки защищённого режима - расширители DOS или DOS-экстендеры (DOS-extender). Они поставляются, как правило, вместе со средствами разработки программ (трансляторами) в виде библиотек и компонуются вместе с создаваемой программой в единый загрузочный модуль. DOS-экстендеры значительно облегчают использование защищённого режима и расширенной памяти в программах, предназначенных для запуска из среды MS-DOS. Программы, составленные с использованием DOS-экстендеров, внешне очень похожи на обычные программы MS-DOS, однако они получают управление, когда процессор уже находится в защищённом режиме. К формируемому с помощью DOS-экстендера загрузочному модулю добавляются процедуры, необходимые для инициализации защищённого режима. Эти процедуры первыми получают управление и выполняют начальную инициализацию таблиц GDT, LDT, IDT, содержат обработчики прерываний и исключений, систему управления виртуальной памятью и т.д.