Bochs源码分析 - 9: bochs对in/out指令的处理流程

前言

        上一期，我们粗略分析了bochs中cpu执行的大体流程，并且修改了代码禁止指令的递归执行。众所周知，在众多指令中通过IO与外设进行交互的指令是in/out指令，我们这篇文章就来大体分析一下in/out指令执行流程。

        在第七篇文章中，我们通过floppy外设简单分析了一下IO中断的结构体，我们将它放在这篇文章开头处，可能在分析过程中具有参考价值。

定位到out指令

        在上篇文章中我们分析了BIOS的启动流程，其第三条指令为"BIOS_F:E05D out     0Dh, al"，因此我们就使用该指令来作为分析指令。

BIOS_F:FFF0                 jmp     far ptr start_0
 
BIOS_F:E05B start_0:                                ; CODE XREF: sub_F5421+2BC↑J
BIOS_F:E05B                                         ; start↓J
BIOS_F:E05B                 xor     ax, ax
BIOS_F:E05D                 out     0Dh, al         ; DMA controller, 8237A-5.

         我们下面来设置软件条件断点定位到该指令处，首先必须看上篇文章将递归执行的宏给关掉。之后如下图，我们设置软件条件断点，其该指令的执行地址为0xf000:E05D，则条件断点的激活规则为 "bx_cpu.gen_reg[16].rrx == 0xe05d"。

OUT指令的执行流程

        "out 0Dh,al"，简单来说就是将al中存储的一个字节的数据输出到0xd端口处，至于这个字节的数据去往哪里，关键要看哪个设备连接着这个端口，这里时DMA控制器。当这个字节传输到0xd端口中，DMA会接收到该数据然后来进行内部处理。

>	bochs.exe!bx_dma_c::reset_controller(unsigned int num) Line 187	C++
 	bochs.exe!bx_dma_c::write_handler(void * this_ptr, unsigned int address, unsigned int value, unsigned int io_len) Line 512	C++
 	bochs.exe!bx_devices_c::outp(unsigned short addr, unsigned int value, unsigned int io_len) Line 1044	C++
 	bochs.exe!BX_CPU_C::OUT_IbAL(bxInstruction_c * i) Line 748	C++
 	bochs.exe!BX_CPU_C::cpu_loop() Line 85	C++

        上图是bochs的cpu对该指令的处理调用堆栈，其调用逻辑还是比较清晰的，我们简单整理一下该指令运行的流程图，该流程图很好理解。

 IO注册过程回顾

        上面我们分析了IO事件的处理办法，现在我们回顾一下IO的注册过程，之前在floppy第七篇文章中作为一个小部分来分析过，现在再来重新拿出来分析一下。

        其bx_devices_c结构体中有两个成员"read_port_to_handler"与"write_port_to_handler"，其指向一张由io_handler_struct结构体组成的一张表，每一个端口号各对应一个。

class BOCHSAPI bx_devices_c : public logfunctions {  
private:
    ....
    struct io_handler_struct **read_port_to_handler;
    struct io_handler_struct **write_port_to_handler;
    ...
public:
    ...
}

struct io_handler_struct {
   struct io_handler_struct *next;
   struct io_handler_struct *prev;
   void *funct; // C++ type checking is great, but annoying
   void *this_ptr;
   char *handler_name;  // name of device
   int usage_count;
   Bit8u mask;          // io_len mask
 };

         在各个设备初始化时会对每个端口来注册一个，其中写入自己的io处理函数的地，依次注册上去。如下代码是在第七篇文章中分析的floppy的注册端口号：

  for (unsigned addr=0x03F2; addr<=0x03F7; addr++) {
    DEV_register_ioread_handler(this, read_handler, addr, "Floppy Drive", 1);
    DEV_register_iowrite_handler(this, write_handler, addr, "Floppy Drive", 1);
  }

        其整体的数据结构如下，还是之前的那一张图，很好理解。

总结

        这篇文章比较简单，其bochs对于io的模拟没想的那么复杂，很好理解。但是，在调试过程中发现那个宏修改来禁止cpu递归执行还是存在一系列的问题，接下来我们尝试来解决这个问题，并且分析CPU在执行流程上存在的差异。