fileblockdevice.java

JPC: x86 PC Hardware Emulator. 牛津大学开发的一个纯JAVA的x86系统结构硬件模拟器。

/*
    JPC: A x86 PC Hardware Emulator for a pure Java Virtual Machine
    Release Version 2.0

    A project from the Physics Dept, The University of Oxford

    Copyright (C) 2007 Isis Innovation Limited

    This program is free software; you can redistribute it and/or modify
    it under the terms of the GNU General Public License version 2 as published by
    the Free Software Foundation.

    This program is distributed in the hope that it will be useful,
    but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
    MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the
    GNU General Public License for more details.

    You should have received a copy of the GNU General Public License along
    with this program; if not, write to the Free Software Foundation, Inc.,
    51 Franklin Street, Fifth Floor, Boston, MA 02110-1301 USA.
 
    Details (including contact information) can be found at: 

    www.physics.ox.ac.uk/jpc
*/

package org.jpc.support;

import java.io.*;
//import java.nio.*; // This import is only needed for the ByteBuffer & ByteOrder stuff
import java.util.regex.*; //this is used to extract filenames for directory entries

public class FileBlockDevice implements BlockDevice
{
    private File source;
    private RandomAccessFile raf;
    private boolean locked;
    private byte[] MBR;
    private byte[] header;
    private byte[] header2;
    private byte[] start;             // first 33 sectors of drive
    private byte[] FAT;
    private byte[] rootdir;
    private byte[] empty;             // An empty sector
    private int cylinders;
    private int heads;    
    private long fileSizeSectors;     //Size of file in sectors
    private int rootSize;             // Size in sectors of root directory
    private int rootSizeClusters;
    private int startingHead;         //0-255
    private int startingSector;       //1 - 63
    private int startingCylinder;     //0-1023
    private int endingHead;           //0-255
    private int endingSector;         //1 - 63
    private int endingCylinder;       //0-1023
    private long relativeSectors;     // counts from 0
    private int totalSectors;
    private int bytesPerSector;       //normally 512
    private int sectorsPerCluster;
    private int reservedSectors;
    private int sectorsPerTrack;
    private int hiddenSectors;
    private int sectorsPerFAT;
    private long rootStartCluster;
    private int fsinfoSector;
    private int backupBootSector;
    private long freeClusters;
    private long lastAllocatedCluster;
    private static Pattern pattern;   //this and the next are the regular expression matching bits
    private static Matcher matcher;
    private int fileSizeClusters;

    public FileBlockDevice()
    {
    }

    public void configure(String specs) throws IOException
    {
	File source = new File(specs);
        this.source = source;
        raf = new RandomAccessFile(source, "rw");
        
	locked = false;
        
	//set Drive Geometry
	if (raf.length()/512 < 2147483646*512)
	    fileSizeSectors=raf.length()/512+1;

	sectorsPerTrack = 63;
	heads = 255;
	if (fileSizeSectors <67*sectorsPerTrack*heads)
	    cylinders=67; // Size of drive in sectors
	else
	    cylinders = 1000; //(int) fileSizeSectors/sectorsPerTrack/heads+1;

	//set specifications for disk which go in partition table
	startingHead = 1;
	startingSector = 1;
	startingCylinder = 0;
	endingHead = heads;
	endingSector = sectorsPerTrack;
	endingCylinder = cylinders;
	relativeSectors = 63;
	totalSectors = cylinders*sectorsPerTrack*heads-1;// -1 for the MBR which isn't counted

	//set specifications for disk which go in partition boot sector
	bytesPerSector = 512;
	sectorsPerCluster = 8;
	reservedSectors = 32;
	hiddenSectors=63;  //what's not in the partition itself
	sectorsPerFAT = totalSectors/sectorsPerCluster*4/bytesPerSector+1; //add 1 to ensure rounding up
	rootStartCluster = 2;
	fsinfoSector = 1;
	backupBootSector = 6;

	System.out.println("sectorsPerFAT = " + sectorsPerFAT);

	//set specifications for disk which go in FSINFO Sector
	//freeClusters=100; not set yet but doesn't matter 
	lastAllocatedCluster = 3;

	FAT = new byte[sectorsPerFAT*bytesPerSector];
	rootSize=1;


	//set up the master boot record with partition table
	MBR =new byte[512];
	int pos = 0;

	//put in executable code to first 446 bytes
	byte[] MBRcode = {
	(byte)0x00 ,(byte)0x33 ,(byte)0xC0 ,(byte)0x8E ,(byte)0xD0 ,(byte)0xBC ,(byte)0x00 ,(byte)0x7C,
	(byte)0x8B ,(byte)0xF4 ,(byte)0x50 ,(byte)0x07 ,(byte)0x50 ,(byte)0x1F ,(byte)0xFB ,(byte)0xFC,
	(byte)0xBF ,(byte)0x00 ,(byte)0x06 ,(byte)0xB9 ,(byte)0x00 ,(byte)0x01 ,(byte)0xF2 ,(byte)0xA5,
	(byte)0xEA ,(byte)0x1D ,(byte)0x06 ,(byte)0x00 ,(byte)0x00 ,(byte)0xBE ,(byte)0xBE ,(byte)0x07,
	(byte)0xB3 ,(byte)0x04 ,(byte)0x80 ,(byte)0x3C ,(byte)0x80 ,(byte)0x74 ,(byte)0x0E ,(byte)0x80,
	(byte)0x3C ,(byte)0x00 ,(byte)0x75 ,(byte)0x1C ,(byte)0x83 ,(byte)0xC6 ,(byte)0x10 ,(byte)0xFE,
	(byte)0xCB ,(byte)0x75 ,(byte)0xEF ,(byte)0xCD ,(byte)0x18 ,(byte)0x8B ,(byte)0x14 ,(byte)0x8B,
	(byte)0x4C ,(byte)0x02 ,(byte)0x8B ,(byte)0xEE ,(byte)0x83 ,(byte)0xC6 ,(byte)0x10 ,(byte)0xFE,
	(byte)0xCB ,(byte)0x74 ,(byte)0x1A ,(byte)0x80 ,(byte)0x3C ,(byte)0x00 ,(byte)0x74 ,(byte)0xF4,
	(byte)0xBE ,(byte)0x8B ,(byte)0x06 ,(byte)0xAC ,(byte)0x3C ,(byte)0x00 ,(byte)0x74 ,(byte)0x0B,
	(byte)0x56 ,(byte)0xBB ,(byte)0x07 ,(byte)0x00 ,(byte)0xB4 ,(byte)0x0E ,(byte)0xCD ,(byte)0x10,
	(byte)0x5E ,(byte)0xEB ,(byte)0xF0 ,(byte)0xEB ,(byte)0xFE ,(byte)0xBF ,(byte)0x05 ,(byte)0x00,
	(byte)0xBB ,(byte)0x00 ,(byte)0x7C ,(byte)0xB8 ,(byte)0x01 ,(byte)0x02 ,(byte)0x57 ,(byte)0xCD,
	(byte)0x13 ,(byte)0x5F ,(byte)0x73 ,(byte)0x0C ,(byte)0x33 ,(byte)0xC0 ,(byte)0xCD ,(byte)0x13,
	(byte)0x4F ,(byte)0x75 ,(byte)0xED ,(byte)0xBE ,(byte)0xA3 ,(byte)0x06 ,(byte)0xEB ,(byte)0xD3,
	(byte)0xBE ,(byte)0xC2 ,(byte)0x06 ,(byte)0xBF ,(byte)0xFE ,(byte)0x7D ,(byte)0x81 ,(byte)0x3D,
	(byte)0x55 ,(byte)0xAA ,(byte)0x75 ,(byte)0xC7 ,(byte)0x8B ,(byte)0xF5 ,(byte)0xEA ,(byte)0x00,
	(byte)0x7C ,(byte)0x00 ,(byte)0x00 ,(byte)0x49 ,(byte)0x6E ,(byte)0x76 ,(byte)0x61 ,(byte)0x6C,
	(byte)0x69 ,(byte)0x64 ,(byte)0x20 ,(byte)0x70 ,(byte)0x61 ,(byte)0x72 ,(byte)0x74 ,(byte)0x69,
	(byte)0x74 ,(byte)0x69 ,(byte)0x6F ,(byte)0x6E ,(byte)0x20 ,(byte)0x74 ,(byte)0x61 ,(byte)0x62,
	(byte)0x6C ,(byte)0x65 ,(byte)0x00 ,(byte)0x45 ,(byte)0x72 ,(byte)0x72 ,(byte)0x6F ,(byte)0x72,
	(byte)0x20 ,(byte)0x6C ,(byte)0x6F ,(byte)0x61 ,(byte)0x64 ,(byte)0x69 ,(byte)0x6E ,(byte)0x67,
	(byte)0x20 ,(byte)0x6F ,(byte)0x70 ,(byte)0x65 ,(byte)0x72 ,(byte)0x61 ,(byte)0x74 ,(byte)0x69,
	(byte)0x6E ,(byte)0x67 ,(byte)0x20 ,(byte)0x73 ,(byte)0x79 ,(byte)0x73 ,(byte)0x74 ,(byte)0x65,
	(byte)0x6D ,(byte)0x00 ,(byte)0x4D ,(byte)0x69 ,(byte)0x73 ,(byte)0x73 ,(byte)0x69 ,(byte)0x6E,
	(byte)0x67 ,(byte)0x20 ,(byte)0xF6 ,(byte)0x70 ,(byte)0x65 ,(byte)0x72 ,(byte)0x61 ,(byte)0x74,
	(byte)0x69 ,(byte)0x6E ,(byte)0x67 ,(byte)0x20 ,(byte)0x73 ,(byte)0x79 ,(byte)0x73 ,(byte)0x74,
	(byte)0x65 ,(byte)0x6D ,(byte)0x00 ,(byte)0x00 ,(byte)0x80 ,(byte)0x45 ,(byte)0x14 ,(byte)0x15,
	(byte)0x00 ,(byte)0x00 ,(byte)0x00 ,(byte)0x00 ,(byte)0x00 ,(byte)0x00 ,(byte)0x00 ,(byte)0x00,
	(byte)0x00 ,(byte)0x00 ,(byte)0x00 ,(byte)0x00 ,(byte)0x00 ,(byte)0x00 ,(byte)0x00 ,(byte)0x00,
	(byte)0x00 ,(byte)0x00 ,(byte)0x00 ,(byte)0x00 ,(byte)0x00 ,(byte)0x00 ,(byte)0x00 ,(byte)0x00,
	(byte)0x00 ,(byte)0x00 ,(byte)0x00 ,(byte)0x00 ,(byte)0x00 ,(byte)0x00 ,(byte)0x00 ,(byte)0x00,
	(byte)0x00 ,(byte)0x00 ,(byte)0x00 ,(byte)0x00 ,(byte)0x00 ,(byte)0x00 ,(byte)0x00 ,(byte)0x00,
	(byte)0x00 ,(byte)0x00 ,(byte)0x00 ,(byte)0x00 ,(byte)0x00 ,(byte)0x00 ,(byte)0x00 ,(byte)0x00,
	(byte)0x00 ,(byte)0x00 ,(byte)0x00 ,(byte)0x00 ,(byte)0x00 ,(byte)0x00 ,(byte)0x00 ,(byte)0x00,
	(byte)0x00 ,(byte)0x00 ,(byte)0x00 ,(byte)0x00 ,(byte)0x00 ,(byte)0x00 ,(byte)0x00 ,(byte)0x00,
	(byte)0x00 ,(byte)0x00 ,(byte)0x00 ,(byte)0x00 ,(byte)0x00 ,(byte)0x00 ,(byte)0x00 ,(byte)0x00,
	(byte)0x00 ,(byte)0x00 ,(byte)0x00 ,(byte)0x00 ,(byte)0x00 ,(byte)0x00 ,(byte)0x00 ,(byte)0x00,
	(byte)0x00 ,(byte)0x00 ,(byte)0x00 ,(byte)0x00 ,(byte)0x00 ,(byte)0x00 ,(byte)0x00 ,(byte)0x00,
	(byte)0x00 ,(byte)0x00 ,(byte)0x00 ,(byte)0x00 ,(byte)0x00 ,(byte)0x00 ,(byte)0x00 ,(byte)0x00,
	(byte)0x00 ,(byte)0x00 ,(byte)0x00 ,(byte)0x00 ,(byte)0x00 ,(byte)0x00 ,(byte)0x00 ,(byte)0x00,
	(byte)0x00 ,(byte)0x00 ,(byte)0x00 ,(byte)0x00 ,(byte)0x00 ,(byte)0x00 ,(byte)0x00 ,(byte)0x00,
	(byte)0x00 ,(byte)0x00 ,(byte)0x00 ,(byte)0x00 ,(byte)0x00 ,(byte)0x00 ,(byte)0x00 ,(byte)0x00,
	(byte)0x00 ,(byte)0x00 ,(byte)0x00 ,(byte)0x00 ,(byte)0x00 ,(byte)0x00 ,(byte)0x00 ,(byte)0x00,
	(byte)0x00 ,(byte)0x00 ,(byte)0x00 ,(byte)0x00 ,(byte)0x00 ,(byte)0x00 ,(byte)0x00 ,(byte)0x00,
	(byte)0x00 ,(byte)0x00 ,(byte)0x00 ,(byte)0x00 ,(byte)0x00 ,(byte)0x00 ,(byte)0x00 ,(byte)0x00,
	(byte)0x00 ,(byte)0x00 ,(byte)0x00 ,(byte)0x00 ,(byte)0x00 ,(byte)0x00 ,(byte)0x00 ,(byte)0x00,
	(byte)0x00 ,(byte)0x00 ,(byte)0x00 ,(byte)0x00 ,(byte)0x00 ,(byte)0x00 ,(byte)0x00 ,(byte)0x00,
	(byte)0x00 ,(byte)0x00 ,(byte)0x00 ,(byte)0x00 ,(byte)0x00 ,(byte)0x00 ,(byte)0x00 ,(byte)0x00,
	(byte)0x00 ,(byte)0x00 ,(byte)0x00 ,(byte)0x00 ,(byte)0x00 ,(byte)0x00 ,(byte)0x00 ,(byte)0x00,
	(byte)0x00 ,(byte)0x00 ,(byte)0x00 ,(byte)0x00 ,(byte)0x00 ,(byte)0x00 ,(byte)0x00 ,(byte)0x00,
	(byte)0x00 ,(byte)0x00 ,(byte)0x00 ,(byte)0x00 ,(byte)0x00 ,(byte)0x00 ,(byte)0x00 ,(byte)0x00,
	(byte)0x00 ,(byte)0x00 ,(byte)0x00 ,(byte)0x00 ,(byte)0x00 ,(byte)0x00 ,(byte)0x00 ,(byte)0x00,
	(byte)0x00 ,(byte)0x00 ,(byte)0x00 ,(byte)0x00 ,(byte)0x00 ,(byte)0x00 ,(byte)0x00 ,(byte)0x00,
	(byte)0x00 ,(byte)0x00 ,(byte)0x00 ,(byte)0x00 ,(byte)0x00 ,(byte)0x00 ,(byte)0x00 ,(byte)0x00,
	(byte)0xFD ,(byte)0x4E ,(byte)0xF2 ,(byte)0x14 ,(byte)0x00 ,(byte)0x00
	};


	System.arraycopy(MBRcode,0,MBR,0,446);
	pos=446;

	//partition table
	MBR[pos++]=(byte)0x80;// 80 means system partition, 00 means do not use for booting
	System.arraycopy(toByteArray(startingHead,1),0,MBR,pos++,1);

	// starting Sector (bits 0-5) and high starting cylinder bits 
	System.arraycopy(toByteArray(startingSector | ((startingCylinder >>> 2) & (64+128)),1),0,MBR,pos++,1);
	//low 8 bits of starting Cylinder
	System.arraycopy(toByteArray(startingCylinder & 0xFF,1),0,MBR,pos++,1);

	MBR[pos++]=(byte)0x0C;//System ID
	System.arraycopy(toByteArray(endingHead,1),0,MBR,pos++,1);

	// ending Sector (bits 0-5) and high ending cylinder bits 
	System.arraycopy(toByteArray(endingSector | ((endingCylinder >>> 2) & (64+128)),1),0,MBR,pos++,1);
	//low 8 bits of ending Cylinder
	System.arraycopy(toByteArray(endingCylinder & 0xFF,1),0,MBR,pos++,1);

	//relative sectors
	System.arraycopy(toByteArray(relativeSectors,4),0,MBR,pos++,4);
	pos=pos+3;
	// N.B. remaining sectors on first track after MBR are empty

	//total sectors
	System.arraycopy(toByteArray(totalSectors,4),0,MBR,pos++,4);
	pos=pos+3;

	//fill 3 empty partition entries
	for(int i=0;i<16*3;i++)
            MBR[pos++]=0x00;

	MBR[0x1FE]=(byte)0x55;// end of sector marker
	MBR[0x1FF]=(byte)0xAA;

	//******************************************************************
	//set up the partition boot sector
        header = new byte[512];
        pos = 0;
        // write header data into this array - don't see www.ntfs.com - it is wrong!
        header[pos++] = (byte) 0xEB;
        header[pos++] = (byte) 0x3C;
        header[pos++] = (byte) 0x90;

        String myOEM = "JPCFS1.0";
        System.arraycopy(myOEM.getBytes(), 0, header, 3, 8);
        pos += 8;
    
        //BIOS Parameter block
	System.arraycopy(toByteArray(bytesPerSector,2),0,header,pos++,2);
	pos++;
	System.arraycopy(toByteArray(sectorsPerCluster,1),0,header,pos++,1);
	System.arraycopy(toByteArray(reservedSectors,2),0,header,pos++,2);
	pos++;
        header[pos++] = (byte) 0x02;//number of copies of FAT         byte offset 0x10