; Copyright (c) 2008-2009, diamond
; All rights reserved.
;
; Redistribution and use in source and binary forms, with or without
; modification, are permitted provided that the following conditions are met:
; * Redistributions of source code must retain the above copyright
; notice, this list of conditions and the following disclaimer.
; * Redistributions in binary form must reproduce the above copyright
; notice, this list of conditions and the following disclaimer in the
; documentation and/or other materials provided with the distribution.
; * Neither the name of the <organization> nor the
; names of its contributors may be used to endorse or promote products
; derived from this software without specific prior written permission.
;
; THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY Alexey Teplov aka <Lrz> ''AS IS'' AND ANY
; EXPRESS OR IMPLIED WARRANTIES, INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, THE IMPLIED
; WARRANTIES OF MERCHANTABILITY AND FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE ARE
; DISCLAIMED. IN NO EVENT SHALL <copyright holder> BE LIABLE FOR ANY
; DIRECT, INDIRECT, INCIDENTAL, SPECIAL, EXEMPLARY, OR CONSEQUENTIAL DAMAGES
; (INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, PROCUREMENT OF SUBSTITUTE GOODS OR SERVICES;
; LOSS OF USE, DATA, OR PROFITS; OR BUSINESS INTERRUPTION) HOWEVER CAUSED AND
; ON ANY THEORY OF LIABILITY, WHETHER IN CONTRACT, STRICT LIABILITY, OR TORT
; (INCLUDING NEGLIGENCE OR OTHERWISE) ARISING IN ANY WAY OUT OF THE USE OF THIS
; SOFTWARE, EVEN IF ADVISED OF THE POSSIBILITY OF SUCH DAMAGE.
;*****************************************************************************
Sector not found. N. N.N.N. N.N.N.N.N.N.N. N.N. N.N.N.N.N.N.?
Бутсектор для загрузки с CD/DVD с файловой системой ISO-9660.
(ISO-9660 и её расширения - стандарт для CD; DVD может использовать
либо ISO-9660, либо UDF.)
=====================================================================
Требования для работы:
1) Сам бутсектор и все используемые файлы должны быть читабельны.
2) Минимальный процессор - 80386.
3) В системе должно быть как минимум 452K свободной базовой памяти.
=====================================================================
Документация в тему (ссылки проверялись на валидность 14.09.2008):
стандарт ISO-9660: http://www.ecma-international.org/publications/files/ECMA-ST/Ecma-119.pdf
стандарт загрузочного CD: http://www.phoenix.com/NR/rdonlyres/98D3219C-9CC9-4DF5-B496-A286D893E36A/0/specscdrom.pdf
официальная спецификация расширения EDD BIOS 3.0: http://www.phoenix.com/NR/rdonlyres/19FEBD17-DB40-413C-A0B1-1F3F560E222F/0/specsedd30.pdf
то же, версия 1.1: http://www.phoenix.com/NR/rdonlyres/9BEDED98-6B3F-4DAC-BBB7-FA89FA5C30F0/0/specsedd11.pdf
описание функций BIOS: Interrupt List by Ralf Brown: http://www.cs.cmu.edu/~ralf/files.html
официальная спецификация Boot BIOS: http://www.phoenix.com/NR/rdonlyres/56E38DE2-3E6F-4743-835F-B4A53726ABED/0/specsbbs101.pdf
=====================================================================
Схема используемой памяти:
1000-1800 временный буфер для чтения одиночных секторов
...-7C00 стек
7C00-8400 код бутсектора
8400-8A00 информация о кэше для папок: массив входов следующего
формата:
dw следующий элемент в L2-списке закэшированных папок,
упорядоченном по времени использования
(голова списка - самый старый);
dw предыдущий элемент в том же списке;
dd первый сектор папки;
dw размер папки в байтах;
dw сегмент кэша
60000-... содержимое Path Table, если она используется
+ кэш для папок;
точный размер определяется размером доступной
физической памяти - как правило, непосредственно
перед A0000 размещается EBDA, Extended BIOS Data Area
=====================================================================
Основной процесс загрузки.
Точка входа (start): получает управление от BIOS при загрузке, при этом
dl содержит идентификатор диска, с которого идёт загрузка
1. При передаче управления загрузочному коду в случае CD/DVD пара cs:ip
равна не 0:7C00, а на 07C0:0000. Поэтому сначала загрузчик делает
дальний прыжок на самого себя с целью получить cs=0 (в некоторых
местах используется адресация переменных загрузчика через cs, поскольку
и ds, и es могут быть заняты под другие сегменты).
2. Настраивает стек ss:sp = 0:7C00 (непосредственно перед основным кодом)
и сегментные регистры ds=es=0. Форсирует сброшенный флаг направления
и разрешённые прерывания. Сохраняет идентификатор загрузочного диска
в специальную переменную.
3. Проверяет поддержку LBA. Для CD/DVD носителя BIOS обязана предоставлять
LBA-функции.
4. Ищет описатель тома CD (Primary Volume Descriptor, PVD): по стандарту
ISO9660 со смещения 10h начинается цепочка описателей тома,
завершающаяся специальным описателем (Volume Descriptor Set
Terminator). Код по очереди считывает все сектора, пока не наткнётся
либо на искомый описатель, либо на терминатор. Во втором случае
выдаётся соответствующее сообщение, и загрузка прекращается.
Вообще говоря, в случае мультисессионных CD основной каталог содержимого CD
располагается в последней сессии. И спецификация ElTorito загрузочного
CD оперирует также с последней сессией. Однако на практике оказывается,
что: во-первых, реальные BIOSы не понимают мультисессионных CD и
всегда используют первую сессию; во-вторых, BIOSовский int 13h просто
не позволяет получить информацию о последней сессии. В связи с этим
загрузчик также использует первую сессию. (В-третьих, в одной из BIOS
обнаружилась заготовка, которая в случае запроса сектора 10h, в котором
во всех нормальных случаях и располагается PVD, перенаправляет его
на сектор 10h+(начало сессии). Если бы этот BIOS ещё и грузился с
последней сессии, то благодаря заготовке загрузчик без всяких
модификаций также читал бы последнюю сессию.)
5. (метка pvd_found) Считывает из PVD некоторую информацию о томе во
внутренние переменные: размер логического блока (согласно спецификации,
должен быть степенью двойки от 512 до размера логического сектора,
равного 2048 для CD и DVD); положение на диске корневой папки;
вычисляет число блоков в секторе (из предыдущего примечания следует,
что оно всегда целое и само является степенью двойки).
6. Получает размер базовой памяти вызовом int 12h; на его основе вычисляет
размер пространства, которое может использовать загрузчик (от
адреса 6000:0000 до конца доступной памяти).
7. Загружает таблицу путей CD (Path Table) - область данных, которая содержит
базовую информацию обо всех папках на диске. Если таблица слишком
велика (больше 62K или больше половины доступной памяти), то она
игнорируется. Если таблица путей недоступна, то запрос типа
dir1/dir2/dir3/file приведёт к последовательному разбору корневой
папки и папок dir1,dir2,dir3; если доступна, то достаточно разобрать
саму таблицу путей (где записано положение папки dir1/dir2/dir3)
и папку dir3. Если таблица загружена, то соответственно уменьшается
объём оставшейся доступной памяти и увеличивается указатель на
свободную область.
8. Запоминает общий размер и начало кэша для папок (вся оставшаяся после п.7
доступная память отводится под этот кэш).
9. Выдаёт запрос на чтение файла вторичного загрузчика kord/loader. При ошибке
печатает соответствующее сообщение и прекращает загрузку с CD.
10. Устанавливает регистры для вторичного загрузчика: al='c' идентифицирует
тип устройства - CD/DVD; ah=BIOS-идентификатор диска; bx='is'
идентифицирует файловую систему ISO-9660; ds:si указывает на
callback-функцию, которую может вызывать вторичный загрузчик.
11. Передаёт управление вторичному загрузчику, совершая дальний прыжок
на адрес, куда kord/loader был загружен.
Функция обратного вызова для вторичного загрузчика (callback):
предоставляет возможность чтения файла.
Вход и выход описаны в спецификации на загрузчик.
Перенаправляет запрос соответствующей локальной процедуре (load_file при
первом запросе на загрузку файла, loadloop.loadnew при последующих
запросах на продолжение загрузки файла).
Вспомогательные процедуры.
Код обработки ошибок (err):
1. Выводит строку с сообщением об ошибке.
2. Выводит строку "Press any key...".
3. Ждёт нажатия any key.
4. Вызывает int 18h, давая шанс BIOSу попытаться загрузиться откуда-нибудь ещё.
5. Для подстраховки зацикливается.
Процедура чтения секторов (read_sectors):
на входе должно быть установлено:
es:bx = указатель на начало буфера, куда будут прочитаны данные
eax = стартовый сектор
cx = число секторов
на выходе:
es:bx указывает на конец буфера, в который были прочитаны данные
если произошла ошибка чтения, флаг CF установлен
1. В цикле (шаги 2-4) читает секторы, следит за тем, чтобы на каждой итерации
число читаемых секторов не превосходило 7Fh (требование спецификации
EDD BIOS).
2. Если число секторов для чтения больше 7Fh, уменьшает его (для текущей
итерации) до 7Fh.
3. Формирует в стеке пакет для int 13h (кладёт все нужные данные командами
push, причём в обратном порядке: стек - структура LIFO, и данные в
стеке хранятся в обратном порядке по отношению к тому, как их туда
клали).
4. Вызывает BIOS. Если BIOS рапортует об ошибке, очищает стек,
устанавливает CF=1 и выходит из процедуры.
Очищает стек от пакета, сформированного на предыдущем шаге.
5. В соответствии с числом прочитанных на текущей итерации секторов
корректирует текущий сектор, число оставшихся секторов и указатель на
буфер (в паре es:bx корректируется es). Если всё прочитано, заканчивает
работу, иначе возвращается на шаг 2.
Процедура вывода на экран ASCIIZ-строки (out_string):
на входе: ds:si -> строка
В цикле, пока не достигнут завершающий ноль, вызывает функцию int 10h/ah=0Eh.
Процедура загрузки файла (load_file):
на входе:
ds:di = указатель на информационную структуру, описанную в спецификации
на загрузчик, а также в комментариях к коду
на выходе:
bx = статус: 0=успех, 1=файл слишком большой, прочитана только часть,
2=файл не найден, 3=ошибка чтения
dx:ax = размер файла, 0xFFFFFFFF, если файл не найден
1. Если подготовительный код загрузил таблицу путей, то ищет папку в таблице,
иначе переходит сразу к шагу 4, установив eax = начальный блок
корневой папки.
2. Устанавливает es:di на начало таблицы путей. Ограничение на размер
гарантирует, что вся таблица помещается в сегменте 6000h.
Инициализирует dx (в котором будет хранится номер текущего входа в
таблице, считая с 1), cx (размер оставшегося участка таблицы),
bx (номер входа, соответствующего родительской папке для текущего
рассматриваемого участка пути).
3. В цикле ищет вход с нужным родительским элементом и нужным именем. Элементы
таблицы путей упорядочены (подробно о порядке написано в спецификации),
так что если родительский элемент для очередного входа больше нужного,
то нужного входа в таблице нет совсем, и в этом случае происходит
выход из процедуры с bx=2, ax=dx=0xFFFF. Если обнаружился элемент,
соответствующий очередной папке в запрошенном пути, то на рассмотрение
выносится следующая компонента пути. Если эта компонента последняя,
то осталось найти файл в папке, и код переходит к пункту 4,
установив eax = начальный блок этой папки. Если же нет, то эта
компонента должна задавать имя папки, и код возвращается к пункту 3,
скорректировав указатель на имя ds:si и номер родительского входа bx.
4. (parse_dir) На этом шаге заданы начальный логический блок папки в eax
и указатель на имя файла относительно этой папки в ds:si. Если
папку искали по таблице путей, то имя файла уже не содержит подпапок;
если же нет, то подпапки вполне возможны.
5. Файлы в ISO-9660 могут состоять из нескольких кусков (File Section), каждый
из которых задаётся отдельным входом в папке. Информация обо всех
таких кусках при просмотре папки запоминается в области, начинающейся
с адреса 0000:2000. Переменная cur_desc_end содержит указатель на
конец этой области, он же указатель, куда будет помещена информация
при обнаружении следующего входа. (Папки, согласно спецификации,
должны задаваться одним куском.)
6. Код сначала ищет запрошенную папку в кэше папок.
7. (parse_dir.found) Если папка уже есть в кэше, то она удаляется из списка,
отсортированного по давности последнего обращения и код переходит к
п.15. (Следующим действием станет добавление папки в конец списка.)
8. (parse_dir.notfound) Если же папки нет в кэше, то её придётся загружать
с диска. Сначала загружается первый сектор (физический сектор,
содержащий первый логический блок). При ошибке ввода/вывода
происходит немедленный выход из процедуры с bx=3, dx=ax=0xFFFF.
Первый элемент папки содержит информацию о самой этой папке, конкретно
загрузчик интересуется её размером.
9. Если размер папки слишком большой (больше или равен 64K либо больше половины
общего размера кэша), то кэшироваться она не будет. В этом случае код
считывает папку посекторно во временный буфер (0000:1000) и посекторно
сканирует на наличие запрошенного имени, пока не найдёт такого имени
или пока не кончатся данные. (Цикл начинается со сканирования,
поскольку первая часть данных уже прочитана.) В конце код переходит
к п.17.
10. (parse_dir.yescache) Если принято решение о кэшировании папки, то нужно
обеспечить достаточное количество свободного места. Для этого может
понадобиться выкинуть какое-то количество старых данных (цикл
parse_dir.freeloop). Но если просто выкидывать, то, вообще говоря,
свободное пространство окажется разорванным на несколько фрагментов.
Поэтому при выкидывании какой-то папки из кэша загрузчик перемещает
все следующие за ней данные назад по памяти и соответственно
корректирует информацию о местонахождении данных в информации о кэше.
При этом новое пространство всегда добавляется в конец доступной
памяти. Цикл выкидывания продолжается, пока не освободится место,
достаточное для хранения папки. Из-за ограничений на размер кэшируемых
папок в конце концов место найдётся.
11. Выделяется новый элемент кэша. Все удалённые на шаге 10 элементы
организуются в единый список свободных элементов; если он непуст,
то очередной элемент берётся из этого списка; если же пуст, то
берётся совсем новый элемент из области памяти, предназначенной для
элементов кэша.
12. В новом элементе заполняются поля начального блока, сегмента с данными,
размера в байтах.
13. Уже прочитанные данные первого физического сектора пересылаются на
законное место в кэше.
14. Если все данные не исчерпываются первым сектором, то догружаются оставшиеся
данные с диска. При ошибке чтения, как и раньше, происходит выход из
процедуры с bx=3, ax=dx=0xFFFF.
15. (parse_dir.scan) Новый элемент добавляется в конец списка всех элементов
кэша.
16. Загрузчик ищет запрошенное имя в загруженных данных папки.
(Из-за ограничений на размер кэшируемой папки все данные располагаются
в одном сегменте.)
17. (parse_dir.scandone) Если в процессе сканирования папки не было найдено
никаких кусков файла, то cur_desc_end такой же, каким был вначале.
В этом случае процедура рапортует о ненайденном файле и выходит.
18. (filefound) Пропускает текущую компоненту имени. Если она была не последней
(то есть подпапкой, в которой нужно производить дальнейший поиск),
то код проверяет, что найденный вход - действительно подпапка,
устанавливает новый стартовый блок и возвращается к п.4.
Если же последней, то код проверяет, что найденный вход - регулярный
файл и начинает загрузку файла.
19. Нормализует указатель, по которому требуется прочитать файл. Под
нормализацией понимается преобразование типа
1234:FC08 -> (1234+0FC0):0008, которое не меняет суммарного адреса,
но гарантирует отсутствие переполнений: в приведённом примере попытка
переслать 400h байт по rep movsb приведёт к тому, что последние 8
байт запишутся не в нужное место, а на 64K раньше. Далее нормализация
будет производиться после каждой пересылки. В cur_limit помещает
предельный размер для чтения в байтах.
20. (loadloop) В цикле по найденным фрагментам файла загружает эти фрагменты
(пункты 21-27).
21. Обнуляет переменную [cur_start], имеющую смысл числа байт, которое
нужно пропустить с начала фрагмента.
22. (loadloop.loadnew) На эту метку управление может попасть либо с предыдущего
шага, либо напрямую из callback-процедуры при запросе на продолжение
чтения. Для этого и нужна вышеупомянутая переменная [cur_start] -
при продолжении чтения, прервавшегося из-за конца буфера посередине
фрагмента, там будет записано соответствующее значение.
23. Определяет текущую длину (хранится в esi) как минимум из длины фрагмента
и максимальной длины остатка. Если второе строго меньше, то
запоминает, что файл слишком большой и прочитан только частично.
Определяет новое значение числа прочитанных байт во фрагменте
для возможных будущих вызовов [cur_start].
24. Переводит пропускаемое число байт в число логических блоков и байт
в первом блоке, последнее число записывает в переменную [first_byte],
откуда её позднее достанет read_many_bytes.with_first.
25. Если фрагмент записан в обычном режиме (non-interleaved mode), то код
определяет начальный блок фрагмента и вызывает вспомогательную функцию
чтения блоков. При ошибке чтения устанавливает bx=3 (код ошибки чтения)
и выходит из цикла к п.28.
26. Если фрагмент записан в чередуемом режиме (interleaved mode), то сначала
код пропускает нужное количество непрерывных частей, а потом
в цикле загружает непрерывные части с помощью той же функции,
в промежутках между частями увеличивая номер начального блока.
Пока не кончится фрагмент или пока не наберётся запрошенное число байт.
При ошибке чтения делает то же самое, что и в предыдущем случае.
27. (loadloop.loadcontinue) Если фрагменты ещё не кончились и предельный размер
ещё не достигнут, переходит к следующему фрагменту и п.20. В противном
случае устанавливает bx=0 либо bx=1 в зависимости от того, было ли
переполнение в п.23.
28. (loadloop.calclen) Подсчитывает общую длину файла, суммируя длины всех
фрагментов.
Процедура проверки, является ли текущая компонента имени файла последней
(is_last_component):
на входе: ds:si = указатель на имя
на выходе: флаг CF установлен, если есть последующие компоненты
В цикле загружает символы имени в поисках нулевого и '/'; если нашёлся первый,
то выходит (при этом CF=0); если нашёлся второй, то устанавливает CF
и выходит.
Процедуры проверки на совпадение текущей компоненты имени файла с именем
текущего элемента (test_filename1 для таблицы путей, test_filename2 для папки):
на входе: ds:si = указатель на имя, es:di = указатель на элемент
таблицы путей для test_filename1, папки для test_filename2
на выходе: CF установлен, если имена не совпадают
В цикле проверяет совпадение приведённых к верхнему регистру очередных символов
имён файла и элемента. Условия выхода из цикла: закончилось имя файла
в ds:si (то есть, очередной символ - нулевой либо '/') - совпадение
возможно только в ситуации типа имени "filename.ext" и элемента
"filename.ext;1" (в ISO9660 ";1" - версия файла, элементы с одинаковыми
именами в папке отсортированы по убыванию версий);
несовпадение символов - означает, что имена не совпадают;
закончилось имя элемента - нужно проверить, закончилось ли при этом имя
файла, и в зависимости от этого принимать решение о совпадении.
Процедура приведения символа в верхний регистр (toupper):
на входе: ASCII-символ
на выходе: тот же символ в верхнем регистре (он сам, если понятие регистра к
нему неприменимо)
Из символов в диапазоне 'a' - 'z' включительно вычитает константу 'a'-'A',
остальные символы не трогает.
Процедура поиска файла в данных папки (scan_for_filename_in_sector):
на входе:
ds:si = указатель на имя файла
es:bx = указатель на начало данных папки
es:dx = указатель на конец данных папки
на выходе:
CF сброшен, если найден финальный фрагмент файла
(и дальше сканировать папку не нужно)
в область для информации о фрагментах файла записывается найденное
В цикле просматривает все входы папки, пропуская те, у которых установлен
бит Associated (это специальные входы, дополняющие основные). Если
имя очередного входа совпадает с именем файла, то запоминает новый
фрагмент. Если фрагмент финальный (не установлен бит Multi-Extent),
то код выходит с CF=0. Если достигнут конец данных, то код выходит
с CF=1. Если очередной вход нулевой (первый байт настоящего входа
содержит длину и не может быть нулём), то процедура переходит к
рассмотрению следующего логического блока. При этом потенциально
возможно переполнение при добавлении размера блока; поскольку такой
сценарий означает, что процедура вызвана для кэшированной папки
с размером почти 64K и началом данных bx=0 (это свойство вызывающего
кода), а размер блока - степень двойки, то после переполнения всегда
bx=0, так что это можно обнаружить по взведённому ZF после сложения;
в этом случае также происходит выход (а после переполнения CF=1).
Процедура перевода логического блока в номер сектора:
на входе: eax = логический блок
на выходе: eax = физический сектор, dx = номер логического блока в секторе
Осуществляет обычное деление 32-битного числа на 32-битное (число логических
блоков в секторе, хранящееся во внутренней переменной).
Процедура загрузки физического сектора, содержащего указанный логический блок
(load_phys_sector_for_lb_force):
на входе: eax = логический блок;
si - индикатор, задающий, следует ли читать данные в случае,
если логический блок начинается с начала физического:
si = 0 - не нужно, si ненулевой - нужно
на выходе:
физический сектор загружен по адресу 0000:1000
si указывает на данные логического блока
CF установлен при ошибке чтения
Преобразует предыдущей процедурой номер логического блока в номер физического
сектора и номер логического блока внутри сектора; если последняя
величина нулевая и никаких действий в этом случае не запрошено (si=0),
то ничего и не делает; иначе устанавливает si в соответствии с ней
и читает сектор.
Процедуры чтения нужного числа байт из непрерывной цепочки логических блоков
(read_many_bytes и read_many_bytes.with_first):
на входе:
eax = логический блок
esi = число байт для чтения
es:bx = указатель на начало буфера, куда будут прочитаны данные
cur_limit = размер буфера (не меньше esi)
на выходе:
es:bx указывает на конец буфера, в который были прочитаны данные
если произошла ошибка чтения, флаг CF установлен
cur_limit соответствующим образом уменьшен
Отличие двух процедур: вторая дополнительно принимает во внимание переменную
[first_byte], начиная чтение первого блока со смещения [first_byte];
соответственно, первая читает блок с начала, обнуляя [first_byte]
при входе.
1. Отдельно считывает первый физический сектор во временную область 0000:1000,
если первый логический блок начинается не с начала сектора. При
ошибке чтения выходит из процедуры.
2. Пересылает нужную часть данных (возможно, 0 байт), прочитанных в п.1,
в буфер. Нормализует указатель на буфер.
3. Если все необходимые данные уже прочитаны, выходит из процедуры.
4. Дальнейшие данные находятся в нескольких физических секторах, при этом,
возможно, последний сектор считывать нужно не целиком.
5. Если в буфере есть место для считывания всех секторов, то сразу читаются
все сектора, после чего указатель на буфер нужным образом уменьшается.
6. Если же нет, то считываются все сектора, кроме последнего, после чего
последний сектор считывается отдельно во временную область, и уже
оттуда нужная часть данных копируется в буфер.