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A20地址线是PC兼容计算机中一个关键的硬件特性，用于解决在80286扩展后的寻址问题。本文将详细介绍A20地址线的工作原理及其在实模式和保护模式中的应用。
A20地址线的历史背景
8086/8088系列CPU仅有20位地址总线，因此在实模式下，最大的寻址空间为0xFFFFF，即10FFEFH。为了向下兼容，系统采用段和偏移的组合方式进行内存寻址。当地址超过16位时（即达到100000H），系统需要采取取模处理，使得实际访问的物理内存地址为偏移量的低16位。
随着80286的推出，CPU地址总线扩展到了24位，理论上最大寻址为16M（0x1000000）。这意味着系统需要一种新的方法来处理低16位的高寻址空间，以确保向下兼容性。因而，第21位地址线（A20）被设计为控制门，用于允许或阻止对上述高寻址空间的访问。
A20门的功能
A20门的作用相当于一个虚拟开关：
启用A20门：当A20门打开时，系统允许直接访问0x100000H到0x10FFEFH范围内的物理内存地址。这样，在实模式下，程序员可以访问较大的内存块，必要时进行操作。
禁用A20门：若A20门关闭，系统会将0x100000H到0x10FFEFH范围内的内存地址自动映射到0x000000H到0xFFFEFH。这意味着在实模式下，程序员无法直接访问超过0xFFFFFH的内存，必须进入保护模式才能访问高寻址空间。
A20测试与启用流程
在实际操作中，系统需要确保A20门处于正确状态。以下是启用A20门的典型流程：
检测A20当前状态：通过调用a20_test函数检测A20门是否启用。这一函数利用段寄存器和堆栈指针，间接读取指定地址的内容来确认A20门的状态。
调用BIOS功能：执行INT 0x15, AX=0x2401指令，请求BIOS尝试启用A20门。如果成功，A20门将被设置为启用状态。
尝试通过KBC启用：如果BIOS方法未成功，系统将通过键盘控制器（KBC）发送特定命令，强制启用A20门。例如，调用outb 0xDF, 0x60命令，通过KBC控制585的输入端口写入启用A20的配置值。
启用快速方式：如果以上方法均未成功，系统将调用enable_a20_fast函数，直接通过主板控制寄存器（如0x92端口）手动启用A20门。
A20启用的重要性
在内核从实模式切换为保护模式的过程中，A20门的启用是至关重要的一步。系统需要确保在保护模式下，可以正确访问受保护的内存区域。例如，80380系列内核中的setup_idt和setup_gdt函数，利用启用A20门的信息，确保 segmentation单位表（GDT）和中断通常寄存器表（IDT）能够正确访问高寻址空间的内存。
此外，A20门的状态还被用作硬件检测的一部分。对技术人员来说，能够通过a20_test函数检测到A20门的启用状态，是判断系统硬件兼容性和性能的重要步骤。
总结来说，A20地址线为x86兼容计算机提供了灵活的寻址方案，尽管在现代系统中，虚拟化技术和保护模式的优化使得对A20门的依赖已大幅减少，但其在计算机历史中的贡献不可忽视。理解A20地址线的工作原理，对于深入研究PC兼容计算机体系结构具有重要的理论价值和实际意义。
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