import java.io.*;
import java.util.ArrayList;
import java.util.HashMap;

/**
 * @Author Cherry
 * @Date 2021年1月8日
 * @Time 15:24
 * @Brief 模拟软盘的的读写逻辑
 * 对于我们要开发的系统,我们要模拟的是3.5寸软盘
 * 有两个盘面,因此对应两个磁头,每个盘面有80个磁道
 * 也就是柱面,编号分别为0-79. 每个柱面都有18个扇区
 * 编号分别为1-18. 所以一个盘面可以存储的数据量大小为:
 * 512 * 18 * 80
 * 一个软盘有两个盘面,因此一个软盘可以存储的数据为:
 * 2 * 512 * 18 * 80 = 1474560 Byte = 1440 KB = 1.5M
 */

public class Floppy {
 enum MAGNETIC_HEAD { //定义磁头的枚举类型(正反两个盘面的磁头)
 MAGNETIC_HEAD_0,
 MAGNETIC_HEAD_1
 }

 private int SECTOR_SIZE = 512; //一个扇区512B
 private int CYLINDER_COUNT = 80; //80个柱面
 private int SECTORS_COUNT = 18; //1个柱面18个扇区
 private MAGNETIC_HEAD magneticHead = MAGNETIC_HEAD.MAGNETIC_HEAD_0;
 private int current_cylinder = 0;
 private int current_sector = 0;

 //该数据结构 Integer 标识磁盘正反两个盘面,外围的 ArrayList 表示每个盘面的磁道,里面的 ArrayList 表示每个磁道的扇区
 private HashMap<Integer, ArrayList<ArrayList<byte[]>>> floppy = new HashMap<>();

 public Floppy() {
 initFloppy();
 }

 /**
 * 一个磁盘有两个盘面
 */
 private void initFloppy() {
 floppy.put(MAGNETIC_HEAD.MAGNETIC_HEAD_0.ordinal(), initFloppyDisk());
 floppy.put(MAGNETIC_HEAD.MAGNETIC_HEAD_1.ordinal(), initFloppyDisk());
 }

 /**
 * 初始化磁盘
 *
 * @return 80个磁道
 */
 private ArrayList<ArrayList<byte[]>> initFloppyDisk() {
 ArrayList<ArrayList<byte[]>> floppyDisk = new ArrayList<>(); //磁盘的一个面
 for (int i = 0; i < CYLINDER_COUNT; ++i) {
 floppyDisk.add(initCylinder());
 }
 return floppyDisk;
 }

 /**
 * 初始化柱面
 *
 * @return 每个磁道 18个柱面
 */
 private ArrayList<byte[]> initCylinder() {
 //一个柱面有18个扇区
 ArrayList<byte[]> cylinder = new ArrayList<>();
 for (int i = 0; i < SECTORS_COUNT; ++i) {
 byte[] sector = new byte[SECTOR_SIZE];
 cylinder.add(sector);
 }
 return cylinder;
 }

 /**
 * 设置磁头
 *
 * @param head 磁头
 */
 public void setMagneticHead(MAGNETIC_HEAD head) {
 magneticHead = head;
 }

 /**
 * 设置每一个柱面号 0~79号
 *
 * @param cylinder 柱面号
 */
 public void setCylinder(int cylinder) {
 this.current_cylinder = cylinder >= 80 ? 79 : Math.max(cylinder, 0);
 }

 /**
 * 设置扇区号 1~18号
 *
 * @param sector 扇区号
 */
 public void setSector(int sector) {
 this.current_sector = sector > 18 ? 17 : Math.max(sector - 1, 0);
 }

 /**
 * 读软盘,从指定磁头中读取指定磁道,再从指定磁道读取指定扇区
 *
 * @param head 磁头
 * @param cylinder_num 柱面号
 * @param sector_num 扇区号
 * @return 扇区的 byte 数据
 */
 public byte[] readFloppy(MAGNETIC_HEAD head, int cylinder_num, int sector_num) {
 setParam(head, cylinder_num, sector_num);
 ArrayList<ArrayList<byte[]>> disk = floppy.get(magneticHead.ordinal());
 ArrayList<byte[]> cylinder = disk.get(current_cylinder);
 return cylinder.get(current_sector);
 }

 /**
 * 写软盘,将数据流以二进制文件写入
 *
 * @param head 磁头
 * @param cylinder_num 柱面号
 * @param sector_num 扇区号
 * @param data 扇区的 byte 数据
 */
 public void writeFloppy(MAGNETIC_HEAD head, int cylinder_num, int sector_num, byte[] data) {
 setParam(head, cylinder_num, sector_num);
 ArrayList<ArrayList<byte[]>> disk = floppy.get(magneticHead.ordinal());
 ArrayList<byte[]> cylinder = disk.get(current_cylinder);
 //这里的data不足一个扇区,但是要填充满整个扇区
 //cylinder.set(current_sector, data);
 //System.out.println(data.length);
 byte[] sector = cylinder.get(current_sector);
 System.arraycopy(data, 0, sector, 0, data.length);
 //System.out.println(sector.length);
 }

 /**
 * 将软盘数据制作成镜像文件
 * 虚拟软盘是存粹的二进制文件,它的逻辑结构如下:
 * 前 512*18 字节的内容对应盘面 0,柱面 0 的所有扇区内容
 * 接着的 512*18 字节的内容对应盘面 1,柱面 0 的所有扇区内容
 * 再接着的 512*18 字节的内容对应盘面 0,柱面 1 所有扇区内容
 * 再接着 512*18 字节的内容对应盘面 1,柱面 1 所有扇区内容
 *
 * @param fileName 这里镜像文件名 system.img
 */
 public void makeFloppy(String fileName) {
 OutputStream out = null;
 try {
 out = new FileOutputStream(new File(fileName));
 //地址结构(柱面,盘面,扇区)
 for (int cylinder = 0; cylinder < CYLINDER_COUNT; ++cylinder) {
 for (int head = MAGNETIC_HEAD.MAGNETIC_HEAD_0.ordinal(); head <= MAGNETIC_HEAD.MAGNETIC_HEAD_1.ordinal(); ++head) {
 for (int sector = 1; sector <= SECTORS_COUNT; ++sector) {
 byte[] data = readFloppy(MAGNETIC_HEAD.values()[head], cylinder, sector);
 out.write(data);
 }
 }
 }
 System.out.println("镜像文件制作完成...");
 } catch (IOException e) {
 e.printStackTrace();
 }
 }

 /**
 * 设置磁盘参数,供读写使用
 * @param head 磁头
 * @param cylinder_num 柱面号
 * @param sector_num 扇区号
 */
 private void setParam(MAGNETIC_HEAD head, int cylinder_num, int sector_num) {
 setMagneticHead(head);
 setCylinder(cylinder_num);
 setSector(sector_num);
 }
}