#include "ide.h"
#include "sync.h"
#include "io.h"
#include "stdio.h"
#include "stdio-kernel.h"
#include "interrupt.h"
#include "memory.h"
#include "debug.h"
#include "console.h"
#include "timer.h"
#include "string.h"
#include "list.h"

/* 定义硬盘各寄存器的端口号 */
#define reg_data(channel)	 (channel->port_base + 0)
#define reg_error(channel)	 (channel->port_base + 1)
#define reg_sect_cnt(channel)	 (channel->port_base + 2)
#define reg_lba_l(channel)	 (channel->port_base + 3)
#define reg_lba_m(channel)	 (channel->port_base + 4)
#define reg_lba_h(channel)	 (channel->port_base + 5)
#define reg_dev(channel)	 (channel->port_base + 6)
#define reg_status(channel)	 (channel->port_base + 7)
#define reg_cmd(channel)	 (reg_status(channel))
#define reg_alt_status(channel)  (channel->port_base + 0x206)
#define reg_ctl(channel)	 reg_alt_status(channel)

/* reg_status寄存器的一些关键位 */
#define BIT_STAT_BSY	 0x80	      // 硬盘忙
#define BIT_STAT_DRDY	 0x40	      // 驱动器准备好	 
#define BIT_STAT_DRQ	 0x8	      // 数据传输准备好了

/* device寄存器的一些关键位 */
#define BIT_DEV_MBS	0xa0	    // 第7位和第5位固定为1
#define BIT_DEV_LBA	0x40
#define BIT_DEV_DEV	0x10

/* 一些硬盘操作的指令 */
#define CMD_IDENTIFY	   0xec	    // identify指令
#define CMD_READ_SECTOR	   0x20     // 读扇区指令
#define CMD_WRITE_SECTOR   0x30	    // 写扇区指令

/* 定义可读写的最大扇区数,调试用的 */
#define max_lba ((80*1024*1024/512) - 1)	// 只支持80MB硬盘

uint8_t channel_cnt;	   // 按硬盘数计算的通道数
struct ide_channel channels[2];	 // 有两个ide通道

/* 选择读写的硬盘 */
static void select_disk(struct disk* hd) {
   uint8_t reg_device = BIT_DEV_MBS | BIT_DEV_LBA;
   if (hd->dev_no == 1) {	// 若是从盘就置DEV位为1
      reg_device |= BIT_DEV_DEV;
   }
   outb(reg_dev(hd->my_channel), reg_device);
}

/* 向硬盘控制器写入起始扇区地址及要读写的扇区数 */
static void select_sector(struct disk* hd, uint32_t lba, uint8_t sec_cnt) {
   ASSERT(lba <= max_lba);
   struct ide_channel* channel = hd->my_channel;

   /* 写入要读写的扇区数*/
   outb(reg_sect_cnt(channel), sec_cnt);	 // 如果sec_cnt为0,则表示写入256个扇区

   /* 写入lba地址(即扇区号) */
   outb(reg_lba_l(channel), lba);		 // lba地址的低8位,不用单独取出低8位.outb函数中的汇编指令outb %b0, %w1会只用al。
   outb(reg_lba_m(channel), lba >> 8);		 // lba地址的8~15位
   outb(reg_lba_h(channel), lba >> 16);		 // lba地址的16~23位

   /* 因为lba地址的24~27位要存储在device寄存器的0～3位,
    * 无法单独写入这4位,所以在此处把device寄存器再重新写入一次*/
   outb(reg_dev(channel), BIT_DEV_MBS | BIT_DEV_LBA | (hd->dev_no == 1 ? BIT_DEV_DEV : 0) | lba >> 24);
}

/* 向通道channel发命令cmd */
static void cmd_out(struct ide_channel* channel, uint8_t cmd) {
/* 只要向硬盘发出了命令便将此标记置为true,硬盘中断处理程序需要根据它来判断 */
   channel->expecting_intr = true;
   outb(reg_cmd(channel), cmd);
}

/* 硬盘读入sec_cnt个扇区的数据到buf */
static void read_from_sector(struct disk* hd, void* buf, uint8_t sec_cnt) {
   uint32_t size_in_byte;
   if (sec_cnt == 0) {
   /* 因为sec_cnt是8位变量,由主调函数将其赋值时,若为256则会将最高位的1丢掉变为0 */
      size_in_byte = 256 * 512;
   } else { 
      size_in_byte = sec_cnt * 512; 
   }
   insw(reg_data(hd->my_channel), buf, size_in_byte / 2);
}

/* 将buf中sec_cnt扇区的数据写入硬盘 */
static void write2sector(struct disk* hd, void* buf, uint8_t sec_cnt) {
   uint32_t size_in_byte;
   if (sec_cnt == 0) {
   /* 因为sec_cnt是8位变量,由主调函数将其赋值时,若为256则会将最高位的1丢掉变为0 */
      size_in_byte = 256 * 512;
   } else { 
      size_in_byte = sec_cnt * 512; 
   }
   outsw(reg_data(hd->my_channel), buf, size_in_byte / 2);
}

/* 等待30秒 */
static bool busy_wait(struct disk* hd) {
   struct ide_channel* channel = hd->my_channel;
   uint16_t time_limit = 30 * 1000;	     // 可以等待30000毫秒
   while (time_limit -= 10 >= 0) {
      if (!(inb(reg_status(channel)) & BIT_STAT_BSY)) {
	 return (inb(reg_status(channel)) & BIT_STAT_DRQ);
      } else {
	 mtime_sleep(10);		     // 睡眠10毫秒
      }
   }
   return false;
}

/* 从硬盘读取sec_cnt个扇区到buf */
void ide_read(struct disk* hd, uint32_t lba, void* buf, uint32_t sec_cnt) { 
   ASSERT(lba <= max_lba);
   ASSERT(sec_cnt > 0);
   lock_acquire (&hd->my_channel->lock);

/* 1 先选择操作的硬盘 */
   select_disk(hd);

   uint32_t secs_op;		 // 每次操作的扇区数
   uint32_t secs_done = 0;	 // 已完成的扇区数
   while(secs_done < sec_cnt) {
      if ((secs_done + 256) <= sec_cnt) {
	 secs_op = 256;
      } else {
	 secs_op = sec_cnt - secs_done;
      }

/* 2 写入待读入的扇区数和起始扇区号 */
      select_sector(hd, lba + secs_done, secs_op);

/* 3 执行的命令写入reg_cmd寄存器 */
      cmd_out(hd->my_channel, CMD_READ_SECTOR);	  // 准备开始读数据

   /*********************   阻塞自己的时机  ***********************
      在硬盘已经开始工作(开始在内部读数据或写数据)后才能阻塞自己,现在硬盘已经开始忙了,
      将自己阻塞,等待硬盘完成读操作后通过中断处理程序唤醒自己*/
      sema_down(&hd->my_channel->disk_done);
   /*************************************************************/

/* 4 检测硬盘状态是否可读 */
      /* 醒来后开始执行下面代码*/
      if (!busy_wait(hd)) {	 // 若失败
	 char error[64];
	 sprintf(error, "%s read sector %d failed!!!!!!\n", hd->name, lba);
	 PANIC(error);
      }

   /* 5 把数据从硬盘的缓冲区中读出 */
      read_from_sector(hd, (void*)((uint32_t)buf + secs_done * 512), secs_op);
      secs_done += secs_op;
   }
   lock_release(&hd->my_channel->lock);
}

/* 将buf中sec_cnt扇区数据写入硬盘 */
void ide_write(struct disk* hd, uint32_t lba, void* buf, uint32_t sec_cnt) {
   ASSERT(lba <= max_lba);
   ASSERT(sec_cnt > 0);
   lock_acquire (&hd->my_channel->lock);

/* 1 先选择操作的硬盘 */
   select_disk(hd);

   uint32_t secs_op;		 // 每次操作的扇区数
   uint32_t secs_done = 0;	 // 已完成的扇区数
   while(secs_done < sec_cnt) {
      if ((secs_done + 256) <= sec_cnt) {
	 secs_op = 256;
      } else {
	 secs_op = sec_cnt - secs_done;
      }

/* 2 写入待写入的扇区数和起始扇区号 */
      select_sector(hd, lba + secs_done, secs_op);

/* 3 执行的命令写入reg_cmd寄存器 */
      cmd_out(hd->my_channel, CMD_WRITE_SECTOR);	      // 准备开始写数据

/* 4 检测硬盘状态是否可读 */
      if (!busy_wait(hd)) {			      // 若失败
	 char error[64];
	 sprintf(error, "%s write sector %d failed!!!!!!\n", hd->name, lba);
	 PANIC(error);
      }

/* 5 将数据写入硬盘 */
      write2sector(hd, (void*)((uint32_t)buf + secs_done * 512), secs_op);

      /* 在硬盘响应期间阻塞自己 */
      sema_down(&hd->my_channel->disk_done);
      secs_done += secs_op;
   }
   /* 醒来后开始释放锁*/
   lock_release(&hd->my_channel->lock);
}

/* 硬盘中断处理程序 */
void intr_hd_handler(uint8_t irq_no) {
   ASSERT(irq_no == 0x2e || irq_no == 0x2f);
   uint8_t ch_no = irq_no - 0x2e;
   struct ide_channel* channel = &channels[ch_no];
   ASSERT(channel->irq_no == irq_no);
/* 不必担心此中断是否对应的是这一次的expecting_intr,
 * 每次读写硬盘时会申请锁,从而保证了同步一致性 */
   if (channel->expecting_intr) {
      channel->expecting_intr = false;
      sema_up(&channel->disk_done);

/* 读取状态寄存器使硬盘控制器认为此次的中断已被处理,从而硬盘可以继续执行新的读写 */
      inb(reg_status(channel));
   }
}

/* 硬盘数据结构初始化 */
void ide_init() {
   printk("ide_init start\n");
   uint8_t hd_cnt = *((uint8_t*)(0x475));	      // 获取硬盘的数量
   ASSERT(hd_cnt > 0);
   channel_cnt = DIV_ROUND_UP(hd_cnt, 2);	   // 一个ide通道上有两个硬盘,根据硬盘数量反推有几个ide通道
   struct ide_channel* channel;
   uint8_t channel_no = 0; 

   /* 处理每个通道上的硬盘 */
   while (channel_no < channel_cnt) {
      channel = &channels[channel_no];
      sprintf(channel->name, "ide%d", channel_no);

      /* 为每个ide通道初始化端口基址及中断向量 */
      switch (channel_no) {
	 case 0:
	    channel->port_base	 = 0x1f0;	   // ide0通道的起始端口号是0x1f0
	    channel->irq_no	 = 0x20 + 14;	   // 从片8259a上倒数第二的中断引脚,温盘,也就是ide0通道的的中断向量号
	    break;
	 case 1:
	    channel->port_base	 = 0x170;	   // ide1通道的起始端口号是0x170
	    channel->irq_no	 = 0x20 + 15;	   // 从8259A上的最后一个中断引脚,我们用来响应ide1通道上的硬盘中断
	    break;
      }

      channel->expecting_intr = false;		   // 未向硬盘写入指令时不期待硬盘的中断
      lock_init(&channel->lock);		     

   /* 初始化为0,目的是向硬盘控制器请求数据后,硬盘驱动sema_down此信号量会阻塞线程,
   直到硬盘完成后通过发中断,由中断处理程序将此信号量sema_up,唤醒线程. */
      sema_init(&channel->disk_done, 0);

      register_handler(channel->irq_no, intr_hd_handler);
      channel_no++;				   // 下一个channel
   }
   printk("ide_init done\n");
}