Assembler - язык неограниченных возможностей
Переключение задач
Переключение задач осуществляется, если:
При переключении процессор выполняет следующие действия:
Если переключение задачи вызывается командами JUMP, CALL, прерыванием или исключением, селектор TSS предыдущей задачи записывается в поле связи новой задачи и устанавливается флаг NT. Если флаг NT установлен, команда IRET выполняет обратное переключение задач.
При любом запуске задачи ее тип изменяется в дескрипторе на занятый. Попытка вызвать такую задачу приводит к #GP, сделать задачу снова свободной можно, только завершив ее командой IRET или переключившись на другую задачу командой JMP.
Покажем, как создавать задачи и переключаться между ними на следующем примере.
; pm4.asm ; Пример программы, выполняющей переключение задач. ; Запускает две задачи, передающие управление друг другу 80 раз, задачи выводят ; на экран символы ASCII с небольшой задержкой ; ; Компиляция: ; TASM: ; tasm /m pm4.asm ; tlink /x /3 pm4.obj ; WASM: ; wasm pm4.asm ; wlink file pm4.obj form DOS ; MASM: ; ml /c pm4.asm ; link pm4.obj,,NUL,,,
. 386p RM_seg segment para public "CODE" use16 assume cs:RM_seg,ds:PM_seg,ss:stack_seg start: ; подготовить сегментные регистры push PM_seg pop ds ; проверить, не находимся ли мы уже в РМ mov eax,cr0 test al,1 jz no_V86 ; сообщить и выйти mov dx,offset v86_msg err_exit: push cs pop ds mov ah,9 int 21h mov ah,4Ch int 21h
; убедиться, что мы не под Windows no_V86: mov ax,1600h int 2Fh test al,al jz no_windows ; сообщить и выйти mov dx,offset win_msg jmp short err_exit
; сообщения об ошибках при старте v86_msg db "Процессор в режиме V86 - нельзя переключиться в РМ$" win_msg db "Программа запущена под Windows - нельзя перейти в кольцо 0$"
; итак, мы точно находимся в реальном режиме no_windows: ; очистить экран mov ax,3 int 10h ; вычислить базы для всех дескрипторов сегментов данных xor еах,еах mov ax,RM_seg shl eax,4 mov word ptr GDT_16bitCS+2,ax shr eax,16 mov byte ptr GDT_16bitCS+4,al mov ax,PM_seg shl eax,4 mov word ptr GDT_32bitCS+2,ax mov word ptr GDT_32bitSS+2,ax shr eax,16 mov byte ptr GDT_32bitCS+4,al mov byte ptr GDT_32bitSS+4,al ; вычислить линейный адрес GDT xor eax,eax mov ax,PM_seg shl eax,4 push eax add eax,offset GDT mov dword ptr gdtr+2,eax ; загрузить GDT lgdt fword ptr gdtr ; вычислить линейные адреса сегментов TSS наших двух задач pop eax push eax add eax,offset TSS_0 mov word ptr GDT_TSS0+2,ax shr eax,16 mov byte ptr GDT_TSS0+4,al pop eax add eax,offset TSS_1 mov word ptr GDT_TSS1+2,ax shr eax,16 mov byte ptr GDT_TSS1+4,al ; открыть А20 mov al,2 out 92h,al ; запретить прерывания cli ; запретить NMI in al,70h or al,80h out 70h,al ; переключиться в РМ mov eax,cr0 or al,1 mov cr0,eax ; загрузить CS db 66h db 0EAh dd offset PM_entry dw SEL_32bitCS
RM_return: ; переключиться в реальный режим RM mov eax,cr0 and al,0FEh mov cr0,eax ; сбросить очередь предвыборки и загрузить CS db 0EAh dw $+4 dw RM_seg ; настроить сегментные регистры для реального режима mov ax,PM_seg mov ds,ax mov es,ax mov ax,stack_seg mov bx,stack_l mov ss,ax mov sp,bx ; разрешить NMI in al,70h and al,07FH out 70h,al ; разрешить прерывания sti ; завершить программу mov ah,4Ch int 21h RM_seg ends
PM_seg segment para public "CODE" use32 assume cs:PM_seg
; таблица глобальных дескрипторов GDT label byte db 8 dup(0) GDT_flatDS db 0FFh,0FFh,0,0,0,10010010b,11001111b,0 GDT_16bitCS db 0FFh,0FFh,0,0,0,10011010b,0,0 GDT_32bitCS db 0FFh,0FFh,0,0,0,10011010b,11001111b,0 GDT_32bitSS db 0FFh,0FFh,0,0,0,10010010b,11001111b,0 ; сегмент TSS задачи 0 (32-битный свободный TSS) GDT_TSS0 db 067h,0,0,0,0,10001001b,01000000b,0 ; сегмент TSS задачи 1 (32-битный свободный TSS) GDT_TSS1 db 067h,0,0,0,0,10001001b,01000000b,0 gdt_size = $ - GDT gdtr dw gdt_size-1 ; размер GDT dd ? ; адрес GDT ; используемые селекторы SEL_flatDS equ 001000b SEL_16bitCS equ 010000b SEL_32bitCS equ 011000b SEL_32bitSS equ 100000b SEL_TSS0 equ 101000b SEL_TSS1 equ 110000b
; сегмент TSS_0 будет инициализирован, как только мы выполним переключение ; из нашей основной задачи. Конечно, если бы мы собирались использовать ; несколько уровней привилегий, то нужно было бы инициализировать стеки TSS_0 db 68h dup(0) ; сегмент TSS_1. В него будет выполняться переключение, так что надо ; инициализировать все, что может потребоваться: TSS_1 dd 0,0,0,0,0,0,0,0 ; связь, стеки, CR3 dd offset task_1 ; EIP ; регистры общего назначения dd 0,0,0,0,0,stack_l2,0,0,0B8140h ; (ESP и EDI) ; сегментные регистры dd SEL_flatDS,SEL_32bitCS,SEL_32bitSS,SEL_flatDS,0,0 dd 0 ; LDTR dd 0 ; адрес таблицы ввода-вывода
; точка входа в 32-битный защищенный режим PM_entry: ; подготовить регистры xor еах,еах mov ax,SEL_flatDS mov ds,ax mov es,ax mov ax,SEL_32bitSS mov ebx,stack_l mov ss,ax mov esp,ebx ; загрузить TSS задачи 0 в регистр TR mov ax,SEL_TSS0 ltr ax ; только теперь наша программа выполнила все требования к переходу ; в защищенный режим xor еах,еах mov edi,0B8000h ; DS:EDI - адрес начала экрана task_0: mov byte ptr ds:[edi],al ; вывести символ AL на экран ; дальний переход на TSS задачи 1 db 0EAh dd 0 dw SEL_TSS1 add edi,2 ; DS:EDI - адрес следующего символа inc al ; AL - код следующего символа, cmp al,80 ; если это 80, jb task_0 ; выйти из цикла ; дальний переход на процедуру выхода в реальный режим db 0EAh dd offset RM_return dw SEL_16bitCS
; задача 1 task_1: mov byte ptr ds:[edi],al ; вывести символ на экран inc al ; увеличить код символа add edi,2 ; увеличить адрес символа ; переключиться на задачу 0 db 0EAh dd 0 dw SEL_TSS0 ; сюда будет приходить управление, когда задача 0 начнет выполнять переход ; на задачу 1 во всех случаях, кроме первого mov ecx,02000000h ; небольшая пауза, зависящая от скорости loop $ ; процессора jmp task_1
PM_seg ends
stack_seg segment para stack "STACK" stack_start db 100h dup(?) ; стек задачи 0 stack_l = $ - stack_start stack_task2 db 100h dup(?) ; стек задачи 1 stack_l2 = $ - stack_start stack_seg ends
end start
Чтобы реализовать многозадачность в реальном времени в нашем примере, достаточно создать обработчик прерывания системного таймера IRQ0 в виде отдельной (третьей) задачи и поместить в IDT шлюз этой задачи. Текст обработчика для нашего примера мог быть крайне простым:
task_3: ; это отдельная задача - не нужно сохранять регистры! mov al,20h out 20h,al jmp task_0 mov al,20h out 20h,al jmp task_1 jmp task_3
Но при вызове обработчика прерывания старая задача помечается как занятая в GDT и повторный JMP на нее приведет к ошибке. Вызов задачи обработчика прерывания, так же как и вызов задачи командой CALL, подразумевает, что она завершится командой IRET. Именно команду IRET оказывается проще всего вызвать для передачи управления из такого обработчика — достаточно только подменить селектор вызвавшей нас задачи в поле связи и выполнить IRET.
task_3: ; при инициализации DS должен быть установлен на PM_seg mov al,20h out 20h,al mov word ptr TSS_3,SEL_TSS0 iret mov al,20h out 20h,al mov word ptr TSS_3,SEL_TSS1 iret jmp task_3
Единственное дополнительное изменение, которое нужно внести, — инициализировать дескриптор TSS задачи task_1 уже как занятый, так как управление на него будет передаваться командой IRET, что, впрочем, не составляет никаких проблем.
Помните, что во вложенных задачах команда IRET не означает конца программы — следующий вызов задачи всегда передает управление на следующую после IRET команду.
