Floppy Disk Controller

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Der Floppy Disk Controller (FDC) ist ein Chip, der ein bis vier Disketten-Laufwerke ansteuern kann.

Eigenschaften und Besonderheiten

  • Der FDC sendet IRQ 6, wenn z.B. eine Lese- oder Schreiboperation beendet ist
  • Der FDC kann über DMA Daten direkt aus dem Speicher auf Diskette schreiben und anders herum. Dafür wird DMA Channel 2 verwendet
  • Der FDC ist recht schlecht standardisiert, da verschiedene Hersteller unterschiedliche Funktionalitäten hinzugefügt haben.
  • Bei allen Operationen, für die der Schreib-/Lesekopf bewegt werden muss, sollte eine Wartezeit eingehalten werden, bis die nächste Operation folgt, da insbesondere Disketten sehr langsame Zugriffszeiten besitzen. Bei Fehlen dieser Wartezeiten funktioniert der Treiber oft nur in Emulatoren, versagt aber auf echter Hardware!
  • Der FDC kann nur Sektorangaben in CHS verarbeiten

Register

Übersicht

Name Port Beschreibung lesen/schreiben
SRA 0x3F0 Status Register A lesen
SRB 0x3F1 Status Register B lesen
DOR 0x3F2 Digital Output Register schreiben
TDR 0x3F3 Tape Drive Register lesen/schreiben
MSR 0x3F4 Main Status Register lesen
DRSR 0x3F4 Data Rate Select Register schreiben
DR 0x3F5 Data Register lesen/schreiben
DIR 0x3F7 Digital Input Register lesen
CCR 0x3F7 Configuration Control Register schreiben

Aufbau

Wenn nichts dasteht, gilt das Flag bei gesetztem Bit.

MSR

Bit 7 6 5 4 3 2 1 0
Name MRQ DIO NDMA BUSY ACTD ACTC ACTB ACTA
MRQ
Status
0: DR nicht bereit
1: DR bereit
DIO
Daten I/O
0: CPU -> FDC (Daten schreiben)
1: FDC -> CPU (Daten lesen)
NDMA
DMA-Modus
0: DMA-Modus aktiviert
1: DMA-Modus deaktiviert
BUSY
BUSY (Befehl wird ausgeführt)
0: nicht busy
1: busy
ACTD-ACTA
Laufwerk D-A ist im Positionierungs-Modus

DOR

Bit 7 6 5 4 3 2 1 – 0
Name MOTD MOTC MOTB MOTA DMA RESET DRIVE
MOTD-A
Motorsteuerung
0: Motor ausschalten
1: Motor anschalten
DMA
DMA und IRQ
0: deaktiviert
1: aktiviert
RESET
Controller Reset
0: Reset ausführen (!!!)
1: Controller aktiviert (Reset ausgeführt)
DRIVE
Laufwerk auswählen
00: Drive 0
01: Drive 1
10: Drive 2
11: Drive 3

DR

In das Data-Register werden die Befehle geschrieben, die jeweils aus mehreren Bytes bestehen. Nach manchen Befehlen werden die Status-Register im DR zurückgegeben.

ST0
Bit 7 – 6 5 4 3 2 1 – 0
Name IC SE UC NR HD US
IC
Interrupt Code
00: der Befehl wurde ohne Fehler ausgeführt
01: der Befehl wurde gestartet, aber nicht richtig beendet
10: invalid Command
11: Controller war nicht bereit (Polling)
SE
Seek end
der Controller hat einen Befehl mit inplizitem Seek erfolgreich ausgeführt
UC
unit check
gesetzt bei Fehler
NR
drive not ready
HD
aktiver head
0: Head 0
1: Head 1
US
aktives Laufwerk
00: A
01: B
10: C
11: D
ST1
Bit 7 6 5 4 3 2 1 0
Name EN 0 DE TO 0 NDAT NW NID
EN
End of Cylinder
gesetzt wenn die geforderte Sektoranzahl die Anzahl der Sektoren auf einer Spur überschreitet
DE
Data Error
gesetzt bei einem Fehler im ID Addressfield oder im Datafield
TO
Time-out
gesetzt wenn der FDC keine Signale von CPU oder DMA empfängt
NDAT
No Data
gesetzt wenn bei einem read sektor Befehl der Sektor nicht gefunden wurde
oder wenn der FDC nach einem read ID Befehl die ID nicht lesen konnte
NW
Not Writeable
gesetzt wenn die Floppy schreibgeschützt ist
NID
No Address Mark
gesetzt wenn die ID Address Mark nicht gefunden wurde
ST2
Bit 7 6 5 4 3 2 1 0
Name 0 DADM CRCE WCYL SEQ SERR BCYL NDAM
DADM
Deleted Address Mark
Bei einem read Sector Befehl:
eine gelöschte Data Address Mark wurde gefunden
Bei einem read deleted Sector Befehl:
eine gesetzte Data Address Mark wurde gefunden
CRCE
CRC error in data field
WCYL
wrong cylinder
SEQ
seek equal
SERR
seek error
BCYL
bad cylinder
NDAM
not data address mark DAM
ST3
Bit 7 6 5 4 3 2 1 – 0
Name ESIG WPDR RDY TRKO DSDR HDDR DS
ESIG
Error
gesetzt nach einem Fehler
WPDR
Write Protection
gesetzt wenn die Disc schreibgeschützt ist
RDY
Ready
gesetzt wenn die Drive ready ist
TRKO
Track 0
der Head ist über Track 0 (?)
DSDR
Double sided drive
gesetzt wenn die Floppy doppelseitig ist
HDDR
Head
0: Head 0
1: Head 1
DS
Drive select
00: A
01: B
10: C
11: D

CCR

Im CCR sind nur die Funktionen der ersten zwei Bits definiert (Bit 0 und Bit 1):

00 500 Kbps
10 250 Kbps
01 300 Kbps
11 1 Mbps

Befehle

Senden von Befehlen

Das Senden von Befehlen erfolgt in drei Phasen:

  • Command-Phase: Der Befehl wird von der CPU an den FDC gesendet. Dafür werden die Daten wie weiter unten beschrieben in das Datenregister geschrieben. Vorher sollte getestet werden, ob dieses wirklich leer ist.
  • Execution-Phase: Der Befehl wird vom FDC ausgeführt. Dabei sollte im Treiber eine Wartezeit eingehalten werden, da Diskettenlaufwerke sehr langsam sind. Bei einigen Befehlen wird die Execution-Phase zusätzlich durch das Senden eines IRQs beendet.
  • Result-Phase: Bei einigen Befehlen liefert der FDC Daten zurück, z.B. ob der Befehl erfolgreich ausgeführt wurde. Diese müssen gelesen werden, damit erneut Befehle gesendet werden können.

Allgemeine Parameter

Abkürzung Beschreibung Empfohlener Wert für 3,5"
MT Multitrack, Befehl wird auf beiden Seiten der Diskette ausgeführt
DTL Datenlänge 0xFF
N Sekorengröße, wobei 0=128Byte, 1=256Byte, 2=512Byte, ... 2
Gap3 Abstand zwischen Sektoren 27
MFM High Density (HD) Mode 1
SK Skip Mode, als gelöscht markierte Daten werden automatisch übersprungen 1
Drive, Cylinder, Head, Sektor Positionsangabe für einen bestimmten Sektor einer Diskette. Siehe CHS
Trackgrößße Anzahl der Sektoren, die auf einem Track ("Ring") liegen ???


Technische Laufweksdaten einstellen (3h)

Command Phase:

Bit: 7 6 5 4 3 2 1 0
#1: 0 0 0 0 0 0 1 1
#2: Step Rate Head Unload Time
#3 Head Load Time Kein DMA

Result Phase: keine


Anmerkungen:

  • Die benötigten Daten sollten vom BIOS abgefragt werden (siehe unten)
  • Im MSR kann eingestellt werden, ob DMA/IRQ oder keins von beidem, hier wird dann noch einmal explizit zwischen DMA (Bit gelöscht) und kein DMA (Bit gesetzt) entschieden.


Laufwerk kalibrieren (7h)

Command Phase:

Bit: 7 6 5 4 3 2 1 0
#1: 0 0 0 0 0 1 1 1
#2: 0 0 0 0 0 Head Drive

Result Phase: keine


Anmerkungen:

  • Nach der Kalibrierung wird ein IRQ6 gesendet
  • Es kann passieren, dass der Befehl nicht funktioniert. Desshalb sollte mit "Interrput Status überprüfen" (8h) überprüft werden, ob der aktuelle Zylinder wirklich Null ist.



Laufwerksstatus überprüfen (4h)

Command Phase:

Bit: 7 6 5 4 3 2 1 0
#1: 0 0 0 0 0 1 0 0
#2: 0 0 0 0 0 Head Drive

Result Phase:

ST3


Interrupt Status überprüfen (8h)

Command Phase:

Bit: 7 6 5 4 3 2 1 0
#1: 0 0 0 0 1 0 0 0

Result Phase:

#1: ST0
#2: Aktueller Zylinder

Anmerkungen:

  • Dieser Befehl sollte immer gesendet werden, wenn der FDC einen IRQ 6 gesendet hat.


Schreib- /Lesekopf positionieren (fh)

Command Phase:

Bit: 7 6 5 4 3 2 1 0
#1: 0 0 0 0 0 1 0 0
#2: 0 0 0 0 0 Head Drive
#3: Cylinder

Result Phase: Keine


Anmerkungen:

  • Es kann passieren, dass der Befehl nicht funktioniert. Desshalb sollte mit "Interrput Status überprüfen" (8h) überprüft werden, ob der aktuelle Zylinder wirklich Null ist.
  • Nach Beendigung wird ein IRQ 6 gesendet.

Sektor schreiben (5h)

Command Phase:

Bit: 7 6 5 4 3 2 1 0
#1: MT MFM SK 0 0 1 0 1
#2: 0 0 0 0 0 Head Drive
#3: Cylinder
#4: Head
#5: Sektor
#6: Sektorgröße N
#7: Track-Größe
#8: GAP3
#9: DTL

Result Phase:

#1: ST0
#2: ST1
#3: ST2
#4: Cylinder
#5: Head
#6: Sektor
#7: Sektorgröße N

Anmerkungen:

  • Nach dem Schreibvorgang wird ein IRQ 6 gesendet.

Sektor lesen (6h)

Command Phase:

Bit: 7 6 5 4 3 2 1 0
#1: MT MFM SK 0 0 1 1 0
#2: 0 0 0 0 0 Head Drive
#3: Cylinder
#4: Head
#5: Sektor
#6: Sektorgröße N
#7: Track-Größe
#8: GAP3
#9: DTL

Result Phase:

#1: ST0
#2: ST1
#3: ST2
#4: Cylinder
#5: Head
#6: Sektor
#7: Sektorgröße N

Anmerkungen:

  • Nach dem Lesevorgang wird ein IRQ 6 gesendet.


Kompletten Track lesen (2h)

Command Phase:

Bit: 7 6 5 4 3 2 1 0
#1: 0 MFM SK 0 0 0 1 0
#2: 0 0 0 0 0 Head Drive
#3: Cylinder
#4: Head
#5: 0
#6: Sektorgröße N
#7: Track-Größe
#8: GAP3
#9: DTL

Result Phase:

#1: ST0
#2: ST1
#3: ST2
#4: Cylinder
#5: Head
#6: Sektor
#7: Sektorgröße N

Anmerkungen:

  • Dieser Befehl ließt alle Sektoren eines Tracks hintereinander ein
  • Der Befehl funktioniert nur für eine Seite der Diskette, für beide Seiten muss der Befehl mehrmals gesendet werden
  • Es ist immer schneller einen gesamten Track zu lesen anstatt einzeln jeden Sektor des Tracks.

Andere

Der FDC kennt noch weitere Befehle, auf die hier nicht weiter eingegangen wird. Diese sind:

  • Gelöschten Sektor lesen / schreiben
  • Track formatieren
  • Sektor ID einlesen

Darüber hinaus gibt es noch erweiterte Befehle. Man kann sich aber nicht darauf verlassen, dass der eingebaute FDC diese unterstützt:

  • Register Zusammenfassung
  • Controller Version lesen
  • Bestätigen
  • Relatives Positionieren des Schreib-/Lesekopfes

Beispielcode

Erkennen von Diskettenlaufwerken

Zum Erkennen von den an den Computer angeschlossenen Diskettenlaufwerken gibt es zwei Möglichkeiten:

  • Im Real Mode das BIOS fragen (in 0x13, ah=8), siehe dazu Interrupt 13h
  • Im CMOS nachschauen (Offset 0x10), hier sind allerdings keine technischen Daten abfragbar, sondern nur der Typ des Laufwerks

Daten/Befehle schreiben

Bevor man Daten bzw. Befehle ins Datenregister schreiben darf, muss man im MSR testen, ob das DIO-Bit gelöscht und das MRQ-Bit gesetzt ist. Erst dann ist das Datenregister leer und bereit Daten zu empfangen. <c> VOID send_command(BYTE cmd) { 

 send_data(cmd);

}

VOID send_data(BYTE data) { 

 BYTE status=0;
 while ((status & MSR_MASK_MRQ) && !(status & MSR_MASK_DIO)) status=inb(MSR);
   outb(DATAREG, data);

} </c>

Daten lesen

Ähnlich wie beim Senden von Daten muss beim Lesen das MRQ-Bit gesetzt und das DIO-Bit ebenfalls gesetzt sein.

<c> BYTE read_data() { 

 BYTE status=0;
 while ((status & MSR_MASK_MRQ) && !(status & MSR_MASK_DIO)) status=inb(MSR);
 return inb(DATAREG);

} </c>

Initialisierung

Auf Diskette schreiben

Von Diskette lesen

Siehe auch

Interrupt 13h - Disketten- und Festplattenzugriff

Weblinks

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