关于A20地址线

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操作系统又实模式进入保护模式之前要打开A20地址线。

那么什么是A20地址线呢？经过一番查证理解如下：

在8086、8088中，有20跟地址线。所以寻址范围是2^20 = 1M，但8086/8088是16位的地址模式，即只能表示FFFFH（64K）的范围。为了能访问1M的内存采取了分段的模式。

16位段基址：16位偏移。

0XFFFF:0XFFFF达到了0X10FFEF

但是8086/8088的内存不可能超过1MB，所以当时的程序超过1MB时会自动回卷。

但是到了80286地址线达到24跟。而386达到32根。芯片也达到32-bit。寻址能力达到4GB。但是为了向后兼容IBM采用了一个控制方法。用键盘控制器上的一个剩余的控制线来控制（注意是键盘控制器上的控制线，而不是地址线的第20跟）。即A20控制线。当A20控制线打开时可以使用20-31的地址线。而当A20关闭时20-31的地址线全部为0.

所以，如果A20被禁止，可访问的内存只能是奇数段（2N+1）M，只有当A20被打开的时候才能访问连续的内存。

只有A20打开才能进入保护模式。
下面讨论一下如何打开A20地址线：

从理论上讲，打开A20 Gate的方法是通过设置8042芯片输出端口（64h）的2nd-bit，但事实上，当你向8042芯片输出端口进行写操作的时候，在键盘缓冲区中，或许还有别的数据尚未处理，因此你必须首先处理这些数据。
所以，激活A20地址线的流程为：
    1.关闭中断；
    2.等待8042 Input buffer为空；
    3.发送禁止键盘操作命令；
    4.等待8042 Input buffer为空；
    5.发送读取8042 Output Port命令；
    6.等待8042 Output buffer有数据；
    7.读取8042 Output buffer，并保存得到的字节；
    8.等待8042 Input buffer为空；
    9.发送Write 8042 Output Port命令到8042 Input buffer；
    10.等待8042 Input buffer为空；
    11.将从8042 Output Port得到的字节的第2位置1（或清0），然后写入8042 Input buffer；
    12.等待，直到8042 Input buffer为空为止；
    13.发送允许键盘操作命令到8042 Input buffer；
    14. 打开中断。

    下面是完成打开A20 Gate的代码：

    A20Enable:
                cli                     ;1.关闭中断
                call WaitInbufEmpty    ;2.等待8042 Input buffer为空；
                mov al, 0adh
                mov dx, 64h
                out dx, al              ;3.发送禁止键盘操作命令
                call WaitInbufEmpty    ;4.等待8042 Input buffer为空；
                mov al, 0d0h
                mov dx, 64h
                out dx, al              ;5.发送读取8042 Output Port命令；
                call WaitOutbufFull     ;6.等待8042 Output buffer有数据；
                mov dx, 60h
                in al, dx               ;7.读取8042 Output buffer
                push ax                 ;保存读取的数据
                call WaitInbufEmpty     ;8.等待8042 Input buffer为空；
                mov al, 0d1h
                mov dx, 64h
                out dx, al              ;9.发送写 8042 Output Port命令
                call WaitInbufEmpty     ;10.等待8042 Input buffer为空
                pop ax
                or al, 02h              ;11.将从8042 Output Port得到的字节的bit 1置1
                mov dx, 60h
                out dx, al              ;写入Output Port
                call WaitInbufEmpty    ;12.等待8042 Input buffer为空
                mov al, 0aeh
                mov dx, 64h
                out dx, al              ;13.发送允许键盘操作命令
                sti                     ;开中断
                ret

    WaitInbufEmpty:
                mov dx, 64h
                in al, dx               ;读取Status Register
                test al, 02h
                jnz WaitInbufEmpty
                ret

WaitOutbufFull:
                mov dx, 64h
                in al, dx
                test al, 01             ;读取Status Register
                jz WaitOutbufFull
                ret

后来，由于感觉使用8042控制A20运行太慢了（确实，那么长的代码，中间还要若干次的wait），所以后来又出现了所谓的Fast A20，实际上，现在的大多数机器都是Fast A20，Fast A20使用92h端口控制A20，同时BIOS里提供了一个软中断来控制A20：

 

    入口：ah=24h

          al=0    关闭A20

             1    打开A20

             2    读取A20状态

          int 15h

 

    返回：如果BIOS支持此功能，CF=0，否则CF=1

          CF=0时，AX返回当前A20状态，1=打开，0=关闭

 

    像8042中的Output Port中的定义一样，92h端口的bit 1控制着A20，为1时打开，为0时关闭，从92h中读一个byte可以看a20的当前状态，所以对92h的操作如下：

 

读A20状态

mov dx, 92h

in al, dx

如果al的bit 1为1表示a20打开，否则为0

打开A20

mov dx, 92h

mov al, 02

out dx, al

关闭A20

mov dx, 92h

mov al, 0

out dx, al