CoBra - Sistem de operare CP/M (CHRIS MDSP 1992) cu 40/64 coloane text vizibile pe ecran simultan

1. Modul de instalare a sistemului de operare

1. Una ar fi rularea SP.COM și MD.COM în orice ordine (ordinea nu contează din moment ce SP.COM acționează numai asupra pistelor 0 și 1, iar MD.COM asupra pistelor de date (2-6).
2. A doua ar fi rularea executabilului SP.COM și, separat, copierea fișierului LK.SYS (CP/M Loader-ul standard CoBra) pe discheta care trebuie făcută sistem. Discul sistem astfel obținut nu va mai conține utilitarele de bază, dar acestea se pot copia oricînd separat.

Instalare folosind utilitarele SP.COM și MD.COM

1: Am lansat sistemul CP/M cu 40 coloane text de pe unitatea 2 care a devenit logică A:. 2: Am tastat comanda de lansare a generatorului de sistem de pe unitatea logică D:, cu parametrul CHRIS++ pentru a putea introduce ulterior o comandă pentru autorun. Fără acest parametru, opțiunea nu este disponibilă. 3: După un ENTER, ecranul se schimbă și programul cere introducerea unei comenzi pentru autorun. Neavînd nevoie de așa ceva pentru cazul de față am apăsat pur și simplu ENTER. 4: Programul cere selectarea unității fizice conținînd discul care trebuie făcut sistem. Am tastat 2. 5: Apare un mesaj care cere introducerea discului destinație în unitatea 2. Am schimbat imaginea montată în emulator ca unitate 2 cu o imagine de dischetă formatată (goală) și apoi am apăsat ENTER. 6: Programul transferă codul sistemului în pistele 0 și 1 după care întreabă dacă se dorește repetarea operației. Tastez N întrucît nu e cazul. 7: Execuția programului se termină prin ieșire pa promptul CP/M. 8: Tastez comanda de lansare a celuilalt executabil (MD.COM) de pe unitatea logică D: 9: După un ENTER este afișat mesajul de început și se cere selecția unității conținînd discul destinație. Aici programul așteaptă specificarea unității logice, așa că în loc de 2 tastez A. 10: Apare un prompt de introducere a discului destinație în unitatea A:. 11: Discul este deja introdus așa că apăs ENTER. Utilitarele de bază sînt copiate după care programul întreabă dacă se dorește repetarea operației. 12: Tastez N și ies înapoi la promptul CP/M.

Instalare folosind utilitarul SP.COM și fișierul LK.SYS (CP/M Loader standard CoBra)

1: Am lansat sistemul CP/M cu 40 coloane text de pe unitatea 2 care a devenit logică A:. 2: Am tastat comanda de lansare a generatorului de sistem de pe unitatea logică D:, cu parametrul CHRIS++ pentru a putea introduce ulterior o comandă pentru autorun. Fără acest parametru, opțiunea nu este disponibilă. 3: După un ENTER, ecranul se schimbă și programul cere introducerea unei comenzi pentru autorun. Neavînd nevoie de așa ceva pentru cazul de față am apăsat pur și simplu ENTER. 4: Programul cere selectarea unității fizice conținînd discul care trebuie făcut sistem. Am tastat 2. 5: Apare un mesaj care cere introducerea discului destinație în unitatea 2. Am schimbat imaginea montată în emulator ca unitate 2 cu o imagine de dischetă formatată (goală) și apoi am apăsat ENTER. 6: Programul transferă codul sistemului în pistele 0 și 1 după care întreabă dacă se dorește repetarea operației. Tastez N întrucît nu e cazul. 7: Execuția programului se termină prin ieșire la promptul CP/M. 8: Resetez calculatorul și lansez sistemul CP/M din SYSTEM ROM cu unitatea logică C: (fizică 2) ca unitate implicită (conținînd discul destinație). 9: Tastez comanda de copiere a fișierului LK.SYS de pe unitatea D: pe unitatea C: 10: După un ENTER operația se execută succes. Acum discheta din unitatea fizică 2 este gata de bootare cu noul sistem instalat.

2. Descrierea sistemului de operare

1: 2: 3: 4: 5:

1: Am tastat comanda RUN. 2: După un ENTER apare o primă pagină de informații cu tastele speciale recunoscute de sistem. 3: După alt ENTER, apare o a doua pagină, cu numere de funcții BIOS suplimentare pentru primitive grafice 4: După încă o tastă se lansează o mică animație care demonstrează folosirea acestor funcții grafice. 5: Am capturat cîteva cadre din această animație pentru a da o idee despre efect. Deocamdată nu am cu ce să capturez o secvență video continuă. 6: ... 7: ... 8: ... 9: ... 10: ... 11: ... 12: ... 13: ... 14: ... 15: ... 16: ... 17: ... 18: Animația se poate opri cu orice tastă... 19: după care sînt afișate numele și numărul de telefon ale autorului acestor facilități suplimentare.

Conținutul primei pagini de memorie listate cu POWER (snapshot-uri ale celor 2 jumătăți de ecran cu 40 coloane text accesibile cu tasta F4, redînd întregul conținut al ecranului text virtual CP/M de 80 coloane text)
1: 2: Din listingul obținut se vede că adresa de început a modulului BIOS este $F600 (conținutul locațiilor $0001 și $0002, minus 3). De asemenea, adresa de început a modulului BDOS este $E806 (conținutul locațiilor $0006 și $0007). Deci memoria liberă disponibilă programelor utilizator (mărimea zonei TPA) ar fi cam $E800-$0100=$E700 adică 57.75 KB		0000: C3 03 F6 80 00 C3 06 E8 00 00 00 00 00 00 00 00 0010: 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 0020: 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 0030: 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 0040: 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 0050: 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 01 3F 3F 3F 0060: 3F 3F 3F 3F 3F 3F 3F 3F 00 00 00 74 00 20 20 20 0070: 20 20 20 20 20 20 20 20 00 00 00 00 00 00 00 00 0080: 00 42 4C 4F 4F 44 59 20 20 43 4F 4D 01 00 00 26 0090: 5C 01 5D 01 5E 01 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00A0: E5 E5 E5 E5 E5 E5 E5 E5 E5 E5 E5 E5 E5 E5 E5 E5 00B0: E5 E5 E5 E5 E5 E5 E5 E5 E5 E5 E5 E5 E5 E5 E5 E5 00C0: E5 E5 E5 E5 E5 E5 E5 E5 E5 E5 E5 E5 E5 E5 E5 E5 00D0: E5 E5 E5 E5 E5 E5 E5 E5 E5 E5 E5 E5 E5 E5 E5 E5 00E0: E5 E5 E5 E5 E5 E5 E5 E5 E5 E5 E5 E5 E5 E5 E5 E5 00F0: E5 E5 E5 E5 E5 E5 E5 E5 E5 E5 E5 E5 E5 E5 E5 E5

3. Studiul low-level și modificarea sistemului de operare

1. Pentru a-l face rulabil din piste sistem cu format standard (identic cu restul pistelor, 2-79)
2. Pentru a-l face să lucreze cu toate cele patru unități fizice posibile (0, 1, 2, 3) pe post de unități DSDD 720K cu 80 piste, 9 sectoare/pistă, 512 octeți/sector

dd if=/dev/zero bs=1k count=720 | tr '\000' '\345' > TEST_CHRSMD.img

head -c 16K TEST_CHRSMD.img > CHRSMD_SYS_REV.bin

./file-reverse CHRSMD_SYS_REV.bin
mv CHRSMD_SYS_REV.bin-rev CHRSMD_SYS.bin

dd if=/dev/zero bs=1k count=2 | tr '\000' '\345' > E5fill.bin

cat CHRSMD_SYS.bin E5fill.bin > CHRSMD_SYS_Tracks_full.bin

1. Din moment ce originalul folosit de acest sistem (ascuns într-un sector alocat D.COM) lucrează cu formatul „protejat” cu sectoare de 4 KB, cea mai simplă opțiune este CP/M Loader-ul de la versiunea de CP/M cu 80 de coloane text vizibile, în forma lui originală care deja lucrează cu același format de pistă cu 9 sectoare.
2. Un CP/M Loader adaptat din cel de la versiunea de CP/M cu 80 de coloane text vizibile, dar personalizat cu un logo în stilul celui de la versiunea CP/M CHRIS a lui Pîrvu Cristinel-Dan
3. Un CP/M Loader adaptat din originalul folosit de CP/M CoBra (LK.SYS) pentru a funcționa cu piste sistem în format standard. L-am obținut prin aplicarea modificărilor precizate în tabelul aferent, direct asupra fișierului binar original (LK.SYS)

CP/M Loader personalizat (cu logo) - listing Assembler

	
	
MODIFICARE LK.SYS PENTRU A FUNCȚIONA CU 9 SECTOARE PE PISTĂ, 512 OCTEȚI/SECTOR
	


	

	
	
Locația
	
Modificare
		
Comentariu
	
	
	
	
$0000
		
$E5 -> $00
		
primul octet trebuie să fie $00 (NOP), nu $E5 (PUSH HL)
	
	
	
$0001
		
$E5 -> $C3
		
opcode pentru JP
	
	
	
$0002
		
$E5 -> $80
		
adresa de salt pt. începutul codului (octet inferior)
	
	
	
$0003
		
$E5 -> $00
		
adresa de salt pt. începutul codului (octet superior)
	
	
	
$0097
		
$20 -> $24
		
$24 x $100 = $2400 = 9 KB = 1 pistă ambele fețe
	
	
	
$0098
		
$FF -> $00
		
adresa de start pentru salvare va fi $0000
	
	
	
$0099
		
$3F -> $00
										
	
	
$00AD
		
$00 -> $01
		
comanda MT Read Data să înceapă la sectorul 1
		
	
	
$00AE
		
$00 -> $02
		
512 octeți/sector
					
	
	
$00AF
		
$00 -> $09
		
EOT, ultimul nr. de sector de pe o pistă
		
	
	
$00B0
		
$00 -> $50
		
valoarea GAP3 pentru 9 sect/pistă, 512 octeți/sector
	
	
	
$01AD
		
$04 -> $01
		
un singur octet de copiat cu LDIR, anume nr. pistă
	
	
	
$01B1
		
$2B -> $06
		
înlocuire DEC HL și LD B,(HL) cu LD B,$02
pentru a specifica 512 octeți/sector
	
	
	
$01B2
		
$46 -> $02
										
	
	
$01B3
		
$2B -> $3E
		
înlocuire DEC HL și LD A,(HL) cu LD A,$01
pentru a specifica sector nr. 1
	
	
	
$01B4
		
$7E -> $01
										
	
	
$01B5
		
$12 -> $00
		
ștergere instrucțiune LD (DE),A
			
	
	
$01C2
		
$CB -> $00
		
ștergere instrucțiune care schimba
opcode pt. INI cu opcode pt. IND
		
	
	
$01C3
		
$DE -> $00
										
	
	
$01FC
		
$23 -> $21
		
înlocuire instrucțiuni INC HL și RET
cu LD HL,$0000 și RET
pentru ca JP (HL) să sară la $0000
după ce ambele piste sistem sînt citite
	
	
	
$01FD
		
$C9 -> $00
										
	
	
$01FE
		
$00 -> $00
										
	
	
$01FF
		
$00 -> $C9
										

echo "00 4C 4B 20 20 20 20 20 20 53 59 53 00 00 00 04 02 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00" | xxd -r -p > CPM_Loader_direntry.bin

dd if=/dev/zero bs=1 count=3552 | tr '\000' '\345' > E5dirfill_1.bin

dd if=/dev/zero bs=512 count=1396 | tr '\000' '\345' > E5dirfill_2.bin

cat CHRSMD_SYS_Tracks_full.bin CPM_Loader_direntry.bin E5dirfill_1.bin CPM_KRYSS_Loader.bin E5dirfill_2.bin > CHRSMD_SYSDISK.img

3.1 Identificarea şi dezasamblarea componentelor: CCP, BDOS, BIOS

1. La apăsarea tastei D din configuraţia de BOOT, rutina de încărcare CP/M din BOOT ROM caută pe disc un anumit sector care conţine o secvenţă de cod denumită "CP/M Loader". O încarcă în memorie la adresa FC00 şi o lansează în execuţie.
   
   Ca să intru în detalii, algoritmul de localizare a CP/M Loader-ului pe disc este următorul: (se poate afla prin studierea codului dezasamblat de BOOT ROM 80K)
   
   
   1. Se citesc primele 64 înregistrări (intrări, records) din directorul discului în memorie, adică primii 2KB ai directorului;
   2. În aceste înregistrări se caută primul nume de fișier cu număr utilizator 0 și extensia SYS, unde cei 3 octeți ai extensiei pot avea bitul 7 setat sau nu (0x53, 0x59, 0x53 sau 0xD3, 0xD9, 0xD3). În cazul de față este vorba de fișierul CHRIS.SYS (vezi listingul de mai jos);
   3. Dacă fișierul este găsit, i se citește prima adresă de bloc alocat pe disc, s-o notăm cu B. CHRIS.SYS are în înregistrarea din director o singură adresă de bloc, care este $0007, deci B=7;
   4. se calculează o adresă absolută de sector ca fiind Sect# = (B * 8) + 1 = 57;
   5. Se folosește ca număr de sectoare pe pistă 36;
   6. Se calculează un număr de pistă ca fiind Trk# = Sect# DIV 36 + 2 = 3 (unde prin DIV am notat operatorul de împărțire cu rezultat întreg);
   7. Se calculează un număr de sector pe pistă ca fiind Sec# = (Sect# MOD 36 - 1) DIV 4 + 1 = 6;
   8. Se translatează numărul de sector pe pistă folosind o tabelă de translatare (1 5 9 4 8 3 7 2 6) și se obține Sec# = 3;
   9. Se citesc de pe disc în memorie la adresa $0000 sectoarele: Sec# (3) de pe pista Trk# (3) fața 0 și Sec#+1 (7, după translatare) de pe pista Trk#+1 (4) fața 0;
   10. Se face un salt la adresa $0000 lansîndu-se în execuție codul din sectoarele citite, care se așteaptă să conțină codul de CP/M Loader.
   
   

   Conținutul primelor 8 intrări din director imediat după instalarea sistemului pe o dischetă

   Pornind de la imaginea de disc TEST_CHRSMD.img, primele 8 intrări ale directorului se pot extrage (în Linux) cu comenzile: head -c 16640 TEST_CHRSMD.img > DATA.bin tail -c 256 DATA.bin > dir_entries_0-7.bin obținînd astfel fișierul binar dir_entries_0-7.bin cu aceste 8 intrări, listat mai jos în format hexa+ASCII. Acest listing poate fi generat (în Linux) cu comanda: hexdump -e '4/1 "%02X "" | " 4/1 "%02X "" | " 4/1 "%02X "" | " 4/1 "%02X "" | " 4/1 "%02X "" | " 4/1 "%02X "" | " 4/1 "%02X "" | " 4/1 "%02X "" | "' -e '32/1 "%_p " "\n"' dir_entries_0-7.bin

   
   Examinînd alocarea spațiului pe disc pentru fișierul D.COM (din intrarea sa în director de mai sus), aflăm că acesta ocupă blocurile 2, 3 și 4. Sectoarele alocate acestor blocuri sînt, respectiv:
   
   Bloc 2: pista 2 fața 0 sector 8, pista 2 fața 1 sectoare 1,3,5
   Bloc 3: pista 2 fața 1 sectoare 7,9,2,4
   Bloc 4: pista 2 fața 1 sectoare 6,8, pista 3 fața 0 sectoare 1,3
   
   Tot din intrarea în director a fișierului D.COM din listingul de mai sus, Record Count (octetul 15 din intrare, numărul de înregistrări de 128 octeți) este $24 adică 36.
   
   Iar 36 x 128 octeți = 9 sectoare a cîte 512 octeți, deci lungimea fișierului D.COM propriu-zis este de 9 sectoare.
   
   Deci fișierul D.COM are alocate pe disc 3 blocuri (12 sectoare a cîte 512 octeți), dar fișierul D.COM în sine ocupă doar 9 sectoare. Ultimele 3 sectoare, nefiind folosite, pot conține alte date. În cazul de față ultimul sector (sector 3 pista 3 fața 0) este folosit pentru a ascunde codul CP/M Loader-ului, iar cele 2 sectoare dinaintea lui sînt goale (pline cu octetul de formatare $E5). Deci am demonstrat că algoritmul de mai sus va găsi cu succes codul CP/M Loader-ului în sectorul 3 de pe pista 3 fața 0.
   
   
2. "CP/M Loader"-ul încarcă de pe disc în memorie toate sectoarele pistelor sistem, în ordinea lor fizică (pista 0 faţa 0, pista 0 faţa 1, pista 1 faţa 0, pista 1 faţa 1). Întrucît (după cum am menționat mai sus) pentru această versiune de CP/M pistele sistem conțin codul sistemului scris în oglindă (de la coadă la cap), sectoarele citite în ordine normală de pe disc sînt salvate în memorie începînd cu adresa 3FFF, în ordine descrescătoare a adreselor, pînă la 0000. După ce toate sectoarele au fost încărcate, se face un salt la adresa 0000, adică se lanseaza în execuţie codul conţinut în ceea ce ar fi trebuit să fie primul sector de pe disc (pista 0 faţa 0 sector 1). Acesta se numeşte "Boot Sector".
3. Codul conţinut în "Boot Sector" mută componentele sistemului (CCP, BDOS, BIOS) la adresele la care ele trebuie rulate în mod normal şi apoi face un salt la rutina BOOT din BIOS (la adresa $F600), iniţializînd astfel sistemul.

3.2 Investigarea algoritmului ascuns de protecție a formatului pistelor sistem

• La adresa $70CE din zona BLOCK#3 încărcat în memorie, instrucțiunea RET Z trebuie înlocuită cu RET (necondițional, pentru a elimina necesitatea succesului comparației);
• La adresa $FE50 din modulul BIOS încărcat în memorie, instrucțiunea pe un singur octet LD (HL),E trebuie eliminată (prin simplă înlocuire cu un NOP) pentru a lăsa adresa funcției BIOS BOOT nemodificată;
• La adresa $FE52 din modulul BIOS încărcat în memorie, instrucțiunea pe un singur octet LD (HL),D trebuie eliminată (prin simplă înlocuire cu un NOP) pentru a lăsa adresa funcției BIOS BOOT nemodificată.

	
	
MODIFICARE COD BIOS CP/M PENTRU ELIMINAREA PROTECȚIEI DE FORMAT PISTĂ SISTEM
	


	

	

		
Adresa în
CP/M rezident
		
Adresa în
MODUL.bin
		
Adresa în
CHRSMD_SYS_Tracks_full.bin
		
Modificare
	
	
	

		
$70CE

$FE50

$FE52
		
$02CE în BLOCK#1.bin

$0850 în BIOS.bin

$0852 în BIOS.bin
		
$0DCE

$0950

$0952
		
$C8 -> $C9
(deja schimbat)
$73 -> $00

$72 -> $00
	

3.3 Generarea imaginii RAW de dischetă sistem cu pistele 0 și 1 în format standard

cat CHRSMD_SYS_Tracks_full_modified.bin CPM_Loader_direntry.bin E5dirfill_1.bin CPM_KRYSS_Loader.bin E5dirfill_2.bin > CHRSMD_KR_SYSDISK.img

cat CHRSMD_SYS_Tracks_full_modified.bin CPM_Loader_direntry.bin E5dirfill_1.bin CPM_CHRSMD_Loader.bin E5dirfill_2.bin > CHRSMD_CL_SYSDISK.img

cat CHRSMD_SYS_Tracks_full_modified.bin CPM_Loader_direntry.bin E5dirfill_1.bin LK.SYS_modified.bin E5dirfill_2.bin > CHRSMD_LK_SYSDISK.img

3.4 Modificarea sistemului pentru a fi lansat și de pe unitățile fizice 0 și 1 ca unități DD

Ca un mic comentariu, am să menționez și de unde anume vine eroarea din imaginea alăturată: Cam toate versiunile CP/M pentru CoBra au încorporată în BIOS o rutină care, imediat după lansarea sistemului și afișarea mesajului de început la marginea de sus a ecranului, citește pista 0 fața 0 a discului unde se așteaptă să găsească un sector unic de 4096 octeți, cu numărul de sector 32. După aceea compară mărimea sectorului găsit și numărul lui cu niște valori stocate într-o zonă de date a CP/M. Dacă valorile citite nu corespund cu valorile stocate, se ia decizia de a reseta calculatorul înapoi în configurația de BOOT, lansînd codul din BOOT ROM. Scopul acestei șmecherii este de a împiedica o eventuală hăcuială din partea neaveniților cu scopul de a copia codul sistemului și a-l transpune în piste sistem cu formatare normală. Interesant este că unele versiuni CP/M au această decizie dezactivată (nu e cazul versiunii de față), dar testul în sine tot este executat. Testul constă efectiv dintr-o instrucțiune Read ID trimisă la 8272, urmată de citirea de la 8272 a octeților cu rezultatul comenzii. Mesajul de eroare din imaginea alăturată exact asta exprimă: eroare la execuția comenzii Read ID, din cauza faptului că densitatea discului (DD) nu corespunde cu densitatea specificată în tabelul DPB atribuit unității respective (SD). Ca urmare citirea datelor de pe disc nu se poate efectua.

tail -c 18176 "CHRSMD_SYS_Tracks_full_modified.bin" > DATA.bin
cat Boot_Sector_modified.bin DATA.bin > CHRSMD_SYS_Tracks_full_modified_1.bin
rm -fv DATA.bin

cat CHRSMD_SYS_Tracks_full_modified_1.bin CPM_Loader_direntry.bin E5dirfill_1.bin CPM_KRYSS_Modified_Loader.bin E5dirfill_2.bin > CHRSMD_KR_SYSDISK.img

cat CHRSMD_SYS_Tracks_full_modified_1.bin CPM_Loader_direntry.bin E5dirfill_1.bin LK.SYS_modified.bin E5dirfill_2.bin > CHRSMD_LK_SYSDISK.img

cat CHRSMD_SYS_Tracks_full_modified_1.bin CPM_Loader_direntry.bin E5dirfill_1.bin CPM_CHRSMD_Loader.bin E5dirfill_2.bin > CHRSMD_CL_SYSDISK.img

Tip CP/M Loader	Format RAW	Format HFE	Screenshot
LK.SYS modificat	CHRSMD_LK_SYSDISK.img	CHRSMD_LK_SYSDISK.hfe
CP/M 80 coloane	CHRSMD_KR_SYSDISK.img	CHRSMD_KR_SYSDISK.hfe
Personalizat (logo)	CHRSMD_CL_SYSDISK.img	CHRSMD_CL_SYSDISK.hfe

Tip CP/M Loader	Format RAW	Format HFE	Screenshot
LK.SYS modificat	CHRSMD_LK_SYSDISK.img	CHRSMD_LK_SYSDISK.hfe
CP/M 80 coloane	CHRSMD_KR_SYSDISK.img	CHRSMD_KR_SYSDISK.hfe
Personalizat (logo)	CHRSMD_CL_SYSDISK.img	CHRSMD_CL_SYSDISK.hfe