Writing drivers for KolibriOS/ru: Difference between revisions

= Пишем драйвер для КолибриОС =

'''Предупреждение 1.''' Прежде чем писать драйвер, хорошо подумайте, нельзя ли обойтись средствами прикладных [http://ru.wikipedia.org/wiki/API API], в частности, функций работы с оборудованием 41-46 и 62. Во-первых, от ошибки в кривом приложении пострадает только это кривое приложение, а кривой драйвер способен без особого труда обрушить всю систему. Во-вторых, для приложений можно вылавливать баги в отладчике <tt>mtdbg</tt>, обладающем определёнными возможностями, а для драйверов этот путь закрыт (разве что встроенный отладчик эмулятора [http://ru.wikipedia.org/wiki/Bochs Bochs], но он заведомо непригоден для отладки с реальным железом), так что единственным средством остаётся отладочный вывод на доску отладки <tt>board</tt> со всеми недостатками.

'''Предупреждение 2.''' Драйвера, естественно, тесно связаны с ядром. А в ядро КолибриОС вносятся изменения несколько раз в неделю. Разумеется, большинство изменений никак не касается драйверной подсистемы, но иногда добавляются/исчезают/изменяются важные системные функции, экспортируемые драйверам. Поэтому если вы возьмёте и скомпилируете прилагаемый к статье код, то, возможно, он прямо в таком виде работать не будет. Так что внимательно читайте текст - я постараюсь выделить по возможности все причины неработоспособности в будущем и требуемые модификации. Прилагаемый к статье код рассчитан на ревизию svn.450, последнюю на момент написания этих строк (в дистрибутиве 0.6.5.0 работать в таком виде не будет).

Специально для желающих написать свой драйвер предоставляется каркас драйвера. Он находится в svn-репозитории вместе с ядром, точнее, в папке [svn://kolibrios.org/kernel/trunk/drivers svn://kolibrios.org/kernel/trunk/drivers]. В исходниках дистрибутива 0.6.5.0 этот путь соответствует папке <tt>kernel/drivers</tt>. Ну что же, давайте посмотрим (<tt>sceletone.asm</tt> из svn.450):

<asm>

format MS COFF

include 'imports.inc'

</asm>

Ну, "[http://ru.wikipedia.org/wiki/Copyright Copyright]" - он и есть копирайт, комментарий в следующей строке извещает нас, куда же мы собственно попали, это неинтересно. Дальше мы должны известить компилятор, какой формат мы хотим получить. Драйвера должны иметь формат объектных файлов [http://en.wikipedia.org/wiki/COFF COFF]. Вот это и сказано. Матерное (для кого-то) слово посередине всего лишь означает (не подумайте ничего плохого!), что используется расширение формата [http://en.wikipedia.org/wiki/COFF COFF], введённое [http://ru.wikipedia.org/wiki/Microsoft Microsoft] и позволяющее указывать у секций атрибуты типа "writeable". В общем, так должно быть для всех драйверов. Дальше идёт включение вспомогательных файлов. <tt>proc32.inc</tt> содержит макросы для определения и вызова стандартных процедур (<tt>proc/endp</tt>, <tt>stdcall/ccall/invoke/cinvoke</tt>, <tt>local</tt> для создания локальных переменных) и находится в той же папке, что и <tt>sceletone.asm</tt>. Его можно включать или не включать, макросы оттуда можно использовать или не использовать, в этой статье они используются, чтобы не усложнять восприятие (вообще говоря, при стремлении к максимальной эффективности использование макросов может повредить, но это тема отдельных жарких споров). <tt>imports.inc</tt> содержит объявления для всех экспортируемых функций ядра. Загляните туда, ничего сложного там нет, просто куча стереотипных конструкций. На самом деле (в смысле того, как разрешается импорт при загрузке драйвера) список всех экспортируемых функций и данных ядра находится в файле <tt>core/exports.inc</tt> (метка <tt>kernel_export</tt>), так что если вам как программисту ядра вдруг понадобиться что-нибудь своё экспортировать, лезьте туда (ну и <tt>imports.inc</tt> отредактируйте из вежливости к другим).

<asm>

OS_BASE        equ 0;

PROC_BASE       equ OS_BASE+0x0080000

Константа <tt>OS_BASE</tt> означает адрес загрузки ядра. Для "официального" ядра (в частности, в 0.6.5.0) это 0, для "плоского" ядра это 0x80000000 - вот вам ещё одна несовместимость. Имейте в виду, что в будущем (возможно даже, что в скором) "плоское" ядро станет (хотя, может быть, и не станет - мало ли что?) "официальным", так что не рассчитывайте, что <tt>OS_BASE</tt> всегда будет нулём. Константа <tt>new_app_base</tt> означает линейный адрес, по которому загружаются приложения: все приложения загружаются по одному и тому же адресу, наложения не происходит, поскольку каждый процесс имеет свою таблицу страниц, при этом каждое приложение искренне уверено, что загружено по нулевому адресу - это достигается за счёт сегментной адресации - в 3-кольце селекторы <tt>cs/ds/es/ss</tt> имеют базу <tt>new_app_base</tt>, а в 0-кольце (в ядре и драйверах) - нулевую базу. Таким образом, для перевода адреса в приложении в указатель ядра нужно прибавить к нему <tt>new_app_base</tt> (если непонятно, почему, примите это как факт). С <tt>new_app_base</tt> несовместимость ещё хуже: в 0.6.5.0 она равна 0x60400000, в svn.450 - уже 0x80000000, в "плоском" ядре просто 0 (собственно, потому оно и "плоское", что использует плоскую модель памяти). Как узнать конкретные значения <tt>OS_BASE</tt> и <tt>new_app_base</tt> для данного ядра? Очень просто - они прописаны именно под такими именами в <tt>const.inc</tt> (из исходников ядра), так что достаточно найти их там. Третья из определяемых констант нужна для отвода глаз, в данном случае она не используется. Кстати, карта памяти Колибри располагается в <tt>memmap.inc</tt> из исходников ядра.

<asm>

Это просто объявление структуры (махинации с <tt>virtual</tt> - стандарт для FASM).

Выше мы импортировали из ядра нужные нам функции (<tt>imports.inc</tt>). А теперь мы даём ядру знать о себе. Начнём с конца. Переменная <tt>version</tt>, объявленная гораздо ниже в тексте, - это... нет, не версия драйвера, как можно было бы подумать! Это версия драйверного интерфейса, которую этот драйвер понимает. Ещё точнее, в одном <tt>dword</tt> закодированы два кода версии. Младшее слово в текущей реализации ядра не проверяется никак, но туда следует помещать номер версии интерфейса, "родной" для драйвера. Старшее слово означает минимальную версию, с которой драйвер ещё может работать. Это слово должно лежать на отрезке от <tt>DRV_COMPAT</tt> до <tt>DRV_CURRENT</tt>, константы определены в исходниках ядра в <tt>core/dll.inc</tt>, в 0.6.5.0 обе эти константы равны 3, в svn.450 интерфейс уже изменился и теперь обе константы равны 4. Для чего нужны все эти сложности? Дело в следующем. Изменения в драйверной подсистеме могут быть следующих типов: полная или частичная переделка одной из базовых концепций; удаление одной из экспортируемых функций ядра; модификация функции (вчера функция принимала аргумент в стеке, а сегодня для эффективности аргумент передаётся в регистре; или добавился ещё какой-то аргумент; или изменился смысл аргументов и т.п.); добавление функции. В первом и третьем случае, собственно, ничего не поделаешь, драйверы переписывать надо. Второй тоже приводит к несовместимости. Но обидно перекомпилировать все драйвера только из-за того, что появилась новая функция, без которой эти драйвера прекрасно обходились. Вот и поддерживается загрузка "устаревших, но не слишком" драйверов.

</asm>

Каркас драйвера рассчитан на... версию 3, т.е. с текущим ядром он не пойдёт! Дело в том, что этот каркас в общем-то не обновлялся (если не считать копирайта) с 0.6.5.0, так что <tt>new_app_base</tt> и <tt>version</tt> остались старые. Попутно отмечу, что старшее слово - это первая тройка, а младшее - вторая в силу обратного расположения байт в слове и слов в двойном слове (вообще-то я уверен, что вы и так это знаете, но для очистки совести...)