A20?
W mojej serii postów zbliżam się coraz bardziej do momentu, w którym opuszczę tryb rzeczywisty i przejdę do trybu chronionego. Wspominałem, że w trybie rzeczywistym jesteśmy w stanie zaadresować do 1MiB pamięci RAM, a tryb chroniony daje nam dostęp do całej 4GiB przestrzeni. Jak się jednak okazuje, samo fizyczne przejście (o którym niebawem) nie wystarcza – trzeba wcześniej „odblokować” linię A20, czyli 21 linię adresową (A20 – od address line 20 – numeracja od 0 ;)) dostępu do pamięci. Przypomnijmy – 1 MiB = 2^20, a więc potrzebujemy 20 fizycznych linii, które wyznaczają adres. Odblokowanie 21 linii powoduje również aktywowanie pozostałych – ile ich jest, zależy tak naprawdę od konkretnego sprzętu. Dla sprzętu obsługującego 4GiB pamięci RAM będzie ich oczywiście 32.
Zgodność wsteczna…
Dociekliwi mogą zastanawiać się, dlaczego 21 linia adresowa jest domyślnie nieaktywna. Odpowiedź na to pytanie jest śmieszna i jednocześnie przykra – mówiąc najkrócej – zgodność wsteczna. W dawnych czasach procesora 8086 nie było potrzebnych więcej niż 20 linii – 1MiB było szczytem technologicznych marzeń. Powstało wtedy bardzo wiele programów współpracujących z tą architekturą, które tworzone były przez bardziej albo mniej rozgarniętych i odpowiedzialnych informatyków. Ci drudzy wykorzystywali fakt, iż przekroczenie granicy 1MiB (co było możliwe w związku z podziałem na segmenty – patrz tryb rzeczywisty) powodowało dostęp do początkowych bajtów pamięci. Mówiąc obrazowo – pamięć „zawijała się” – z końca do początku. Czujecie już jak bardzo bezmyślnym pomysłem było wykorzystanie tego „bugo-ficzera”? W końcu nastały piękne czasy IBM PC/AT wraz z Intelem 286, który umożliwiał zaadresowanie do 16 MiB pamięci. Rewolucja, prawda? Nie jest dziwnym, iż twórcy nowoczesnej technologii chcieli zachować 100% zgodności wstecznej z poprzednią architekturą, tak aby klienci wraz z wymianą sprzętu nie musieli wymieniać oprogramowania. Wszystko było pięknie do czasu, aż testrzy zaczęli zgłaszać bugi w pewnym oprogramowaniu – wykorzystujący zawijającą się pamięć! Prawa rynku są brutalne, więc zmartwieni, ważni ludzie pracujący nad 286 postanowili zaimplementować tego „buga” w swoim nowym procesorze blokując linię A20 i uzyskując pełną zgodność wsteczną :) Najwidoczniej poprawianie starych błędów mogło okazać się zbyt kosztowne i lepiej było je „obejść”. Z resztą, takie decyzje są w naszej branży bardzo powszechne. W taki sposób do dzisiejszego dnia, komputery architektury x86 mają (a raczej miewają) zablokowaną linię A20. Niestety, to nie koniec problemów.
Standardy, eee?
Okej, skoro już mamy tę linię zablokowaną, to warto by było ją aktywować, gdy już przekonamy się do nie-16bitowych aplikacji. Niestety w czasach 286 standardy nie były tak trendy jak teraz, więc nie opracowano ustandaryzowanego sposobu na dokonanie aktywacji. Koncepcji było wiele. Najpopularniejsą stała się koncepcja, aby do odblokowania A20 używać wolnego pina… w kontrolerze klawiatury! Czujecie zapach absurdu? Klawiatura, pamięć – gdzie tu związek? Wśród innych koncepcji warto wspomnieć o tzw. FAST A20 Gate pozwalającej na odblokowanie za pomocą portów, czy odpowiednich przerwaniach BIOS-u. Oczywiście różne sposoby działają lub nie na różnych płytach głównych różnych producentów, a jedyny sposób aby mieć jako taką pewność, iż udało się nam aktywować A20 to spróbować kilku sposobów. Jakby mało było złego, niektórzy producenci postanowili być na tyle dobroczynni, że dostarczają nam środowisko z już odblokowaną A20. Miło z ich strony, prawda? Dzięki temu, zanim przystąpimy do aktywowania A20, należy dodatkowo sprawdzić, czy ktoś nie zrobił tego za nas. Wspaniale!
Bolesna lekcja
Wnioski z powyższej historii są banalne. Nie bądźmy krótkowzroczni. Czasem nasze decyzje mogą mieć wpływ na rozwój spraw wiele lat później – w szczególności mogą go zahamować. Nie starajmy się również pomagać na siłę – czasem łatwo tym zaszkodzić. Przede wszystkim jednak, pamiętajmy o standardach – o tworzeniu ich i pielęgnowaniu.
W którymś z następnych postów zaimplementujemy sprawdzanie czy linia A20 jest aktywna oraz w razie potrzeby spróbujemy ją aktywować którymś z popularnych sposobów. Tymczasem zachęcam do poczytania na temat tu i tu.