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1.4.1 Overview

1.4.2 A20 Gate in Protected Mode

从80286开始，系统出现了一种新的机制，被称为保护模式。到了80386，保护模式得到了进一步的完善和发展，并且对于80386以后的芯片，保护模式的变化就非常小了。

我们在上一节已经谈到，如果要访问更多的内存，则必须进入保护模式，那么，在保护模式下，A20 Gate对于内存访问有什么影响呢？

为了搞清楚这一点，我们先来看一看A20的工作原理。A20，从它的名字就可以看出来，其实它就是对于20-bit（从0开始数）的特殊处理(也就是对第21根地址线的处理)。如果A20 Gate被禁止，对于80286来说，其地址为24bit，其地址表示为EFFFFF；对于80386极其随后的32-bit芯片来说，其地址表示为FFEFFFFF。这种表示的意思是如果A20 Gate被禁止，则其第20-bit在CPU做地址访问的时候是无效的，永远只能被作为0；如果A20 Gate被打开，则其第20-bit是有效的，其值既可以是0，又可以是1。

所以，在保护模式下，如果A20 Gate被禁止，则可以访问的内存只能是奇数1M段，即1M,3M,5M…，也就是00000-FFFFF, 200000-2FFFFF,300000-3FFFFF…。如果A20 Gate被打开，则可以访问的内存则是连续的。

1.4.3 How to Enable A20 Gate?

多数PC都使用键盘控制器（8042芯片）来处理A20 Gate。

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。

流程如下：

1.   禁止中断；

2.   等待，直到8042 Input buffer为空为止；

3.   发送禁止键盘操作命令到8042 Input buffer；

4.   等待，直到8042 Input buffer为空为止；

5.   发送读取8042 Output Port命令；

6.   等待，直到8042 Output buffer有数据为止；

7.   读取8042 Output buffer，并保存得到的字节；

8.   等待，直到8042 Input buffer为空为止；

9.   发送Write 8042 Output Port命令到8042 Input buffer；

10. 等待，直到8042 Input buffer为空为止；

11. 将从8042 Output Port得到的字节的第2位置1（OR 2），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。

下面代码是一个相关实现：

enable_a20:

   sti

   call    wait_input_empty

   movb $0xAD, %al

   outb   $0x64          #disable Keyboard

   call    wait_input_empty

   movb $0xD0, %al

   outb   $0x64          # command-read 8042 output port

   call    wait_output_full

   inb    $0x60          # got the value of 8042 output port and save it

   pushb %al

   call    wait_input_empty  

   movb $0xD1, %al

   outb   $0x64          # command-write 8042 output port

   call    wait_input_empty

   popb %al

   orb    $0x02, %al      # enable A20 Gate 

   outb  $0x60

   call    wait_input_empty

   movb $0xAE, %al

   outb   $0x64          #enable Keyboard

   cli

   ret

wait_input_empty:

rp1: inb    $0x64

       testb  %al, 0x02

       jnz     rp1

       ret

wait_output_full:

rp2:  inb   $0x64

        testb %al, 0x01

        jz      rp2

        ret

以上描述的是一种和IBM PC完全兼容的，通过键盘控制器控制A20 Gate的方法。但是，正象我们在前面所提到的，A20 Gate与键盘操作完全没有关系，IBM之所以将A20 Gate的功能控制放在键盘控制器上，完全是一种为了弥补Intel 80286与Intel 8086/8088不完全兼容的缺陷，而采取的Hacker行为，所以在许多新型PC上存在着一种通过芯片来直接控制A20 Gate的BIOS功能，我们在Real Mode下只需要调用BIOS中断就可以实现A20 Gate的控制功能。

这个BIOS中断为 INT 15h, AX=2401h。被称为Fast A20。

movw $0x2401, %ax

int       $0x15

1.4.4 How to Detect if A20 Gate has been Enabled?

我们在之前已经提到，如果A20 Gate被打开了，则在实模式下，程序员可以直接访问100000H~10FFEFH之间的内存，如果A20 Gate被禁止，则在实模式下，若程序员访问100000H~10FFEFH之间的内存，则会被硬件自动转换为0H~0FFEFH之间的内存，所以我们可以利用这个差异来检测A20 Gate是否被打开。