https://www.dafei.me/tags/%E9%A9%B1%E5%8A%A8/ Recent content in 驱动 on 大飞的博客 Hugo zh-cn Wed, 06 May 2026 14:00:00 +0000 https://www.dafei.me/posts/os-14-ata/ Wed, 06 May 2026 14:00:00 +0000 https://www.dafei.me/posts/os-14-ata/ <p>前面的文件系统都是存在内存里的——重启数据就没了。要读真实磁盘，得先搞清楚操作系统怎么和磁盘&quot;说话&quot;。这一章做 ATA 磁盘驱动。</p> <hr> <h2 id="磁盘和内核怎么通信">磁盘和内核怎么通信</h2> <p>硬盘插在主板上，操作系统通过 <strong>ATA 协议</strong>和它通信。ATA 协议规定了一组固定的 x86 I/O 端口，内核用 <code>in</code>/<code>out</code> 指令直接操作这些端口，就能控制磁盘。</p> <p>这叫 <strong>PIO 模式</strong>（Programmed I/O）——CPU 亲自一个字搬一个字地读数据。慢，但实现只需要几十行代码，是学习的最佳起点。</p> <p>真实生产内核用 DMA（磁盘直接写内存，CPU 不搬数据），那是后话。</p> <hr> <h2 id="磁盘的最小单位扇区">磁盘的最小单位：扇区</h2> <p>磁盘被切成 512 字节的<strong>扇区</strong>，每个扇区有一个编号，叫 <strong>LBA</strong>（Logical Block Address），从 0 开始数。</p> <pre tabindex="0"><code>LBA=0 → 前 512 字节（Boot Sector） LBA=1 → 512~1023 字节 LBA=2 → 1024~1535 字节（ext2 Superblock 就在这里） ... </code></pre><p>要读文件系统里偏移 1024 字节的内容，就是读 <code>LBA = 1024 / 512 = 2</code>。</p> <hr> <h2 id="ata-端口">ATA 端口</h2> <p>ATA 协议设计于 1980 年代，把控制磁盘的所有操作映射到一组固定的 I/O 端口号上——这是当时 PC 硬件的惯例，如今这些端口号已经写死在无数设备里，成了不能改的&quot;历史遗产&quot;。</p> <p>Primary ATA 控制器的端口：</p> <table> <thead> <tr> <th>端口</th> <th>用途</th> </tr> </thead> <tbody> <tr> <td><code>0x1F0</code></td> <td>数据（读写 16-bit）</td> </tr> <tr> <td><code>0x1F2</code></td> <td>要读几个扇区</td> </tr> <tr> <td><code>0x1F3</code></td> <td>LBA[7:0]</td> </tr> <tr> <td><code>0x1F4</code></td> <td>LBA[15:8]</td> </tr> <tr> <td><code>0x1F5</code></td> <td>LBA[23:16]</td> </tr> <tr> <td><code>0x1F6</code></td> <td>选盘 + LBA[27:24]</td> </tr> <tr> <td><code>0x1F7</code></td> <td>命令（写）/ 状态（读）</td> </tr> </tbody> </table> <p>状态寄存器的两个关键位：</p>