3.1 总线与接口概述 3.1.1 总线和接口及其标准的概念 总线：是在模块和模块之间或设备与设备之间的一组进行互连和传输信息的信号线，信息包括指令、数据和地址。 总线标准 指芯片之间、扩展卡之间以及系统之间，通过总线进行连接和传输信息时，应该遵守的一些协议与规范。 接口标准 外设接口的规范，涉及接口信号线定义、信号传输速率、传输方向和拓扑结构，以及电气特性和机械特性等多个方面。 3.1.2 总线的分类 1) 按总线功能或信号类型划分为： 数据总线：双向三态逻辑，线宽表示了总线数据传输的能力。地址总线：单向三态逻辑，线宽决定了系统的寻址能力。控制总线：就某根来说是单向或双向。控制总线最能体现总线特点，决定总线功能的强弱和适应性。2) 按总线的层次结构分为： CPU总线：微机系统中速度最快的总线，主要在CPU内部，连接CPU内部部件，在CPU周围的小范围内也分布该总线，提供系统原始的控制和命令。局部总线：在系统总线和CPU总线之间的一级总线，提供CPU和主板器件之间以及CPU到高速外设之间的快速信息通道。系统总线：也称为I/O总线，是传统的通过总线扩展卡连接外部设备的总线。由于速度慢，其功能已经被局部总线替代。通信总线：也称为外部总线，是微机与微机，微机与外设之间进行通信的总线。3.1.3 总线的主要性能参数1．总线频率：MHz表示的工作频率，是总线速率的一个重要参数。2．总线宽度：指数据总线的位数。3．总线的数据传输率 总线的数据传输率=(总线宽度/8位)×总线频率 例：PCI总线的总线频率为33.3MHz，总线宽度为64位的情况下，总线数据传输率为266MB/s 。
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7-1. 设计范例——数码管显示7-2. 51单片机的并行I/O接口的使用方法7-3. 数码管的知识和使用方法7-4. 传送类指令的功能7-5. 汇编语言程序设计的一般步骤要求在最左侧的数码管上显示数字1。范例分析：硬件分析 电路中用到了单片机的并行I/O口和数码管软件设计 由于硬件电路中数码管接在单片机的P0口上，故将显示内容送至单片机的P0口就可以在数码管上看到显示内容。8051单片机的并口是几位的？在四个并口中，真正的双向口是哪一个？它的用法有多少种？四个并口中功能相对较为简单的是哪一个？在作为输入、输出口使用时有何不同？在实际应用中，并口的使用要考虑其负载能力，在四个并口中负载力相对较强的是哪一个？
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MCS-51系列单片机指令A表MCS-51系列单片机指令d表MCS-51系列单片机指令c表MCS-51系列单片机指令i表MCS-51系列单片机指令j表MCS-51系列单片机指令l表MCS-51系列单片机指令m表MCS-51系列单片机指令n表MCS-51系列单片机指令i表MCS-51系列单片机指令s表MCS-51系列单片机指令x表
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微型计算机课程设计论文—通用微机发声程序的汇编设计 本文讲述了在微型计算机中利用可编程时间间隔定时器的通用发声程序设计，重点讲述了程序的发声原理，节拍的产生，按节拍改变的动画程序原理，并以设计一个简单的乐曲评分程序为引子，分析程序设计的细节。关键字：微机 8253 通用发声程序 动画技术 直接写屏 1. 可编程时间间隔定时器8253在通用个人计算机中，有一个可编程时间间隔定时器8253，它能够根据程序提供的计数值和工作方式,产生各种形状和各种频率的计数/定时脉冲,提供给系统各个部件使用。本设计是利用计算机控制发声的原理,编写演奏乐曲的程序。 在8253/54定时器内部有3个独立工作的计数器:计数器0,计数器1和计数器2,每个计数器都分配有一个断口地址,分别为40H,41H和42H.8253/54内部还有一个公用的控制寄存器,端地址为43H.端口地址输入到8253/54的CS,AL,A0端,分别对3个计数器和控制器寻址. 对8353/54编程时,先要设定控制字,以选择计数器,确定工作方式和计数值的格式.每计数器由三个引脚与外部联系,见教材第320页图9-1.CLK为时钟输入端,GATE为门控信号输入端,OUT为计数/定时信号输入端.每个计数器中包含一个16位计数寄存器,这个计数器时以倒计数的方式计数的,也就是说,从计数初值逐次减1,直到减为0为止. 8253/54的三个计数器是分别编程的,在对任一个计数器编程时,必须首先讲控制字节写入控制寄存器.控制字的作用是告诉8253/54选择哪个计数器工作,要求输出什么样的脉冲波形.另外,对8253/54的初始化工作还包括,向选定的计数器输入一个计数初值,因为这个计数值可以是8为的,也可以是16为的,而8253/5的数据总线是8位的,所以要用两条输出指令来写入初值.下面给出8253/54初始化程序段的一个例子,将计数器2设定为方式3,(关于计数器的工作方式参阅教材第325—330页)计数初值为65536. MOV AL,10110110B ;选择计数器2,按方式3工作,计数值是二进制格式 OUT 43H,AL ; j将控制字送入控制寄存器 MOV AL,0 ;计数初值为0 OUT 42H,AL ;将计数初值的低字节送入计数器2 OUT 42H,AL ;将计数初值的高字节送入计数器2 在IBM PC中8253/54的三个时钟端CLK0,CLK1和CLK2的输入频率都是1.1931817MHZ. PC机上的大多数I/O都是由主板上的8255(或8255A)可编程序外围接口芯片(PPI)管理的.关于8255A的结构和工作原理及应用举例参阅教材第340—373页.教材第364页的”PC/XT机中的扬声器接口电路”一节介绍了扬声器的驱动原理,并给出了通用发声程序.本设计正是基于这个原理,通过编程,控制加到扬声器上的信号的频率,奏出乐曲的.2．发声程序的设计下面是能产生频率为f的通用发声程序:MOV AL, 10110110B ;8253控制字:通道2,先写低字节,后写高字节 ;方式3,二进制计数OUT 43H, AL ;写入控制字MOV DX, 0012H ;被除数高位MOV AX, 35DEH ;被除数低位 DIV ID ;求计数初值n,结果在AX中OUT 42H, AL ;送出低8位MOV AL, AHOUT 42H,AL ;送出高8位IN AL, 61H ;读入8255A端口B的内容MOV AH, AL ;保护B口的原状态OR AL, 03H ;使B口后两位置1,其余位保留OUT 61H,AL ;接通扬声器,使它发声
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1、程序的基本格式先介绍二条伪指令：EQU ——标号赋值伪指令ORG ——地址定义伪指令PIC16C5X在RESET后指令计算器PC被置为全“1”，所以PIC16C5X几种型号芯片的复位地址为：PIC16C54/55：1FFHPIC16C56：3FFHPIC16C57/58：7FFH一般来说，PIC的源程序并没有要求统一的格式，大家可以根据自己的风格来编写。但这里我们推荐一种清晰明了的格式TITLE This is ⋯⋯ ；程序标题；--------------------------------------；名称定义和变量定义；--------------------------------------F0 EQU 0RTCC EQU 1PC EQU 2STATUS EQU 3FSR EQU 4RA EQU 5RB EQU 6RC EQU 7┋PIC16C54 EQU 1FFH ；芯片复位地址PIC16C56 EQU 3FFHPIC16C57 EQU 7FFH；-----------------------------------------ORG PIC16C54 GOTO MAIN ；在复位地址处转入主程序ORG 0 ；在0000H开始存放程序；-----------------------------------------；子程序区；-----------------------------------------DELAY MOVLW 255┋RETLW 0；------------------------------------------；主程序区；------------------------------------------MAINMOVLW B‘00000000’TRIS RB ；RB已由伪指令定义为6，即B口┋LOOPBSF RB，7 CALL DELAYBCF RB，7 CALL DELAY┋GOTO LOOP；-------------------------------------------END ；程序结束注:MAIN标号一定要处在0页面内。2、程序设计基础
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6.1 存储器概述1、存储器定义 在微机系统中凡能存储程序和数据的部件统称为存储器。2、存储器分类 微机系统中的存储器分为内存和外存两类。3、内存储器的组成 微机系统中的存储器由半导体存储器芯片组成。 单片机内部有存储器，当单片机内部的存储器不够用时，可以外扩存储器。外扩的存储器就是由半导体存储器芯片组成的。 当用半导体存储器芯片组成内存时必须满足个要求：①每个存储单元一定要有8个位。②存储单元的个数满足系统要求。注意：内存的容量是指它所含存储单元的个数（每个存储单元一定要有8个位，可以存储8位二进制信息）。6.2 半导体存储器由于集成工艺水平的限制，一个半导体存储器芯片上所集成的单元个数和每个单元的位数有限，用它构成内存时必须满足：内存容量和一个存储单元有8个位的要求，因此内存常常由多个半导体存储器芯片构成。 半导体存储器芯片的存储容量是指其上所含的基本存储电路的个数，用单元个数×位数表示。掌握：① 已知内存容量和半导体存储器芯片的容量，求用半导体存储器芯片构成内存时需要的芯片个数。② 内存的容量=末地址—首地址+1 半导体存储器芯片分成ROM和RAM两类。6.2.1 ROM芯片6.2.2 RAM芯片6.3 MCS-51单片机存储器扩展 在微机系统中存储器是必不可少。MCS51系列单片机内部的存储器不够用时需要外扩半导体存储器芯片，外扩的半导体存储器芯片与MCS51系列单片机通过三总线交换信息。二者连接时必须考虑如下问题：1．二者地址线、数据线、控制线的连接。2．工作速度的匹配。CPU在取指令和存储器读或写操作时，是有固定时序的，用户要根据这些来确定对存储器存取速度的要求，或在存储器已经确定的情况下，考虑是否需要Tw周期，以及如何实现。3．片选信号的产生。目前生产的存储器芯片，单片的容量仍然是有限的，通常总是要由许多片才能组成一个存储器，这里就有一个如何产生片选信号的问题。4．CPU的驱动能力 。在设计CPU芯片时，一般考虑其输出线的直流负载能力，为带一个TTL负载。现在的存储器一般都为MOS电路，直流负载很小，主要的负载是电容负载，故在小型系统中，CPU是可以直接与存储器相连的，而较大的系统中，若CPU的负载能力不能满足要求，可以（就要考虑CPU能否带得动，需要时就要加上缓冲器，）由缓冲器的输出再带负载。6.3.1 ROM芯片的扩展6.3.2 RAM芯片的扩展
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微机接口技术试题：《微机接口技术》模拟试题 一、 选择题：（每空1分，共20分）1． CPU与外设之间交换数据常采用 、 、 和 四种方式，PC机键盘接口采用 传送方式。 ⒉ 当进行DMA方式下的写操作时，数据是从 传送到 __中。 ⒊ PC总线、ISA总线和EISA总线的地址线分别为： 、 和 根。 ⒋ 8254定时/计数器内部有 个端口、共有 种工作方式。 ⒌8255的A1和A0引脚分别连接在地址总线的A1和A0，当命令端口的口地址为317H时，则A口、B口、C口的口地址分别为 、 、 。 ⒍ PC微机中最大的中断号是 、最小的中断号是 。 ⒎PC微机中键盘是从8255的 口得到按键数据。 ⒏ 串行通信中传输线上即传输_________，又传输_________。 二、选择题：（每题2分，共10分）⒈ 设串行异步通信每帧数据格式有8个数据位、无校验、一个停止位，若波特率为9600B/S，该方式每秒最多能传送（ ）个字符。 ① 1200 ② 150 ③ 960 ④ 120 2．输出指令在I/O接口总线上产生正确的命令顺序是（ ）。① 先发地址码，再发读命令，最后读数据。② 先发读命令、再发地址码，最后读数据。③ 先送地址码，再送数据，最后发写命令。④ 先送地址码，再发写命令、最后送数据。3 使用8254设计定时器，当输入频率为1MHZ并输出频率为100HZ时，该定时器的计数初值为（ ）。 ① 100 ② 1000 ③ 10000 ④ 其它 4 在PC机中5号中断，它的中断向地址是（ ）。 ① 0000H：0005H ② 0000H：0010H ③ 0000H：0014H ④ 0000H：0020H 5． 四片8259级联时可提供的中断请求总数为（ ）。 ① 29个 ② 30个 ③ 31个 ④ 32个 6． 下述总线中，组内都是外设串行总线为（ ）组。① RS-485、IDE、ISA。② RS-485、IEEE1394、USB。③ RS-485、PCI、IEEE1394。④ USB、SCSI、RS-232。 7. DMA在（ ）接管总线的控制权。① 申请阶段 ② 响应阶段 ③ 数据传送阶段 ④ 结束阶段 8. 中断服务程序入口地址是（ ）。 ① 中断向量表的指针 ② 中断向量 ③ 中断向量表 ④ 中断号
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微处理器指令集设计垂直指令格式指令类型及其使用频度CISC指令集特点 RISC指令集特点指令集设计的发展微处理器指令集设计的基本要求处理器设计的艺术就是定义一个指令集在软件方面，支持对程序员有用的功能在硬件实现方面，的实现要尽可能有效率具有较长的生命周期，最好是这个指令集还应使以后更复杂的实现也有同样的效率
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AVR高速嵌入式单片机原理与应用(修订版)详细介绍ATMEL公司开发的AVR高速嵌入式单片机的结构；讲述AVR单片机的开发工具和集成开发环境（IDE）,包括Studio调试工具、AVR单片机汇编器和单片机串行下载编程；学习指令系统时,每条指令均有实例,边学习边调试,使学习者看得见指令流向及操作结果,真正理解每条指令的功能及使用注意事项；介绍AVR系列多种单片机功能特点、实用程序设计及应用实例；作为提高篇,讲述简单易学、适用AVR单片机的高级语言BASCOMAVR及ICC AVR C编译器。 AVR高速嵌入式单片机原理与应用(修订版) 目录 第一章ATMEL单片机简介1.1ATMEL公司产品的特点11.2AT90系列单片机简介21.3AT91M系列单片机简介2第二章AVR单片机系统结构2.1AVR单片机总体结构42.2AVR单片机中央处理器CPU62.2.1结构概述72.2.2通用寄存器堆92.2.3X、Y、Z寄存器92.2.4ALU运算逻辑单元92.3AVR单片机存储器组织102.3.1可下载的Flash程序存储器102.3.2内部和外部的SRAM数据存储器102.3.3EEPROM数据存储器112.3.4存储器访问和指令执行时序112.3.5I/O存储器132.4AVR单片机系统复位162.4.1复位源172.4.2加电复位182.4.3外部复位192.4.4看门狗复位192.5AVR单片机中断系统202.5.1中断处理202.5.2外部中断232.5.3中断应答时间232.5.4MCU控制寄存器 MCUCR232.6AVR单片机的省电方式242.6.1休眠状态242.6.2空闲模式242.6.3掉电模式252.7AVR单片机定时器／计数器252.7.1定时器／计数器预定比例器252.7.28位定时器／计数器0252.7.316位定时器／计数器1272.7.4看门狗定时器332.8AVR单片机EEPROM读／写访问342.9AVR单片机串行接口352.9.1同步串行接口 SPI352.9.2通用串行接口 UART402.10AVR单片机模拟比较器452.10.1模拟比较器452.10.2模拟比较器控制和状态寄存器ACSR462．11AVR单片机I/O端口472.11.1端口A472.11.2端口 B482.11.3端口 C542.11.4端口 D552.12AVR单片机存储器编程612.12.1编程存储器锁定位612.12.2熔断位612.12.3芯片代码612.12.4编程 Flash和 EEPROM612.12.5并行编程622.12．6串行下载662.12.7可编程特性67第三章AVR单片机开发工具3.1AVR实时在线仿真器ICE200693.2JTAG ICE仿真器693.3AVR嵌入式单片机开发下载实验器SL?AVR703.4AVR集成开发环境(IDE)753.4.1AVR Assembler编译器753.4.2AVR Studio773.4.3AVR Prog783.5SL?AVR系列组态开发实验系统793.6SL?AVR*.ASM源文件说明81第四章AVR单片机指令系统4.1指令格式844.1.1汇编指令844.1.2汇编器伪指令844.1.3表达式874.2寻址方式894.3数据操作和指令类型924.3.1数据操作924.3.2指令类型924.3.3指令集名词924.4算术和逻辑指令934.4.1加法指令934.4.2减法指令974.4.3乘法指令1014.4.4取反码指令1014.4.5取补指令1024.4.6比较指令1034.4.7逻辑与指令1054.4.8逻辑或指令1074.4.9逻辑异或指令1104.5转移指令1114.5.1无条件转移指令1114.5.2条件转移指令1144.6数据传送指令1354.6.1直接数据传送指令1354.6.2间接数据传送指令1374.6.3从程序存储器直接取数据指令1444.6.4I／O口数据传送指令1454.6.5堆栈操作指令1464.7位指令和位测试指令1474.7.1带进位逻辑操作指令1474.7.2位变量传送指令1514.7.3位变量修改指令1524.7.4其它指令1614.8新增指令（新器件）1624.8.1EICALL-- 延长间接调用子程序1624.8.2EIJMP--扩展间接跳转1634.8.3ELPM--扩展装载程序存储器1644.8.4ESPM--扩展存储程序存储器1644.8.5FMUL--小数乘法1664.8.6FMULS--有符号数乘法1664.8.7FMULSU--有符号小数和无符号小数乘法1674.8.8MOVW--拷贝寄存器字1684.8.9MULS--有符号数乘法1694.8.10MULSU--有符号数与无符号数乘法1694.8.11SPM--存储程序存储器170 第五章AVR单片机AT90系列5.1AT90S12001725.1.1特点1725.1.2描述1735.1.3引脚配置1745.1.4结构纵览1755.2AT90S23131835.2.1特点1835.2.2描述1845.2.3引脚配置1855.3ATmega8/8L1855.3.1特点1865.3.2描述1875.3.3引脚配置1895.3.4开发实验工具1905.4AT90S2333/44331915.4.1特点1915.4.2描述1925.4.3引脚配置1945.5AT90S4414/85151955.5.1特点1955.5.2AT90S4414和AT90S8515的比较1965.5.3引脚配置1965.6AT90S4434/85351975.6.1特点1975.6.2描述1985.6.3AT90S4434和AT90S8535的比较1985.6.4引脚配置2005.6.5AVR RISC结构2015.6.6定时器/计数器2125.6.7看门狗定时器 2175.6.8EEPROM读/写2175.6.9串行外设接口SPI2175.6.10通用串行接口UART2175.6.11模拟比较器 2175.6.12模数转换器2185.6.13I/O端口2235.7ATmega83/1632285.7.1特点2285.7.2描述2295.7.3ATmega83与ATmega163的比较2315.7.4引脚配置2315.8ATtiny10/11/122325.8.1特点2325.8.2描述2335.8.3引脚配置2355.9ATtiny15/L2375.9.1特点2375.9.2描述2375.9.3引脚配置2395 .10ATmega128/128L2395.10.1特点2405.10.2描述2415.10.3引脚配置2435.10.4开发实验工具2455.11ATmega1612465.11.1特点2465.11.2描述2475.11.3引脚配置2475.12AVR单片机替代MCS51单片机249第六章实用程序设计6．1程序设计方法2506.1.1程序设计步骤2506．1．2程序设计技术2506.2应用程序举例2516.2.1内部寄存器和位定义文件2516.2.2访问内部 EEPROM2546.2.3数据块传送2546.2.4乘法和除法运算应用一2556.2.5乘法和除法运算应用二2556.2.616位运算2556.2.7BCD运算2556.2.8冒泡分类算法2556.2.9设置和使用模拟比较器2556.2.10半双工中断方式UART应用一2556.2.11半双工中断方式UART应用二2566.2.128位精度A／D转换器2566.2.13装载程序存储器2566.2.14安装和使用相同模拟比较器2566.2.15CRC程序存储的检查2566.2.164×4键区休眠触发方式2576.2.17多工法驱动LED和4×4键区扫描2576.2.18I2C总线2576.2.19I2C工作2586.2.20SPI软件2586.2.21验证SLAVR实验器及AT90S1200的口功能12596.2.22验证SLAVR实验器及AT90S1200的口功能22596.2.23验证SLAVR实验器及具有DIP40封装的口功能第七章AVR单片机的应用7.1通用延时子程序2607.2简单I/O口输出实验2667.2.1SLAVR721.ASM 2667.2.2SLAVR722.ASM2677.2.3SLAVR723.ASM2687.2.4SLAVR724.ASM2707.2.5SLAVR725.ASM2717.2.6SLAVR726.ASM2727.2.7SLAVR727.ASM2737.3综合程序2747.3.1LED/LCD/键盘扫描综合程序2747.3.2LED键盘扫描综合程序2757.3.3在LED上实现字符8的循环移位显示程序2757.3.4电脑放音机2777.3.5键盘扫描程序2857.3.6十进制计数显示2867.3.7廉价的A/D转换器2897.3.8高精度廉价的A/D转换器2947.3.9星星灯2977.3.10按钮猜数程序2987.3.11汉字的输入3047.4复杂实用程序3067.4.110位A/D转换3067.4.2步进电机控制程序3097.4.3测脉冲宽度3127.4.4LCD显示8字循环3187.4.5LED电脑时钟3247.4.6测频率3307.4.7测转速3327.4.8AT90S8535的A/D转换334第八章BASCOMAVR的应用8.1基于高级语言BASCOMAVR的单片机开发平台3408.2BASCOMAVR软件平台的安装与使用3418.3AVR I/O口的应用3458.3.1LED发光二极管的控制3458.3.2简易手控广告灯3468.3.3简易电脑音乐放音机3478.4LCD显示器3498.4.1标准LCD显示器的应用3498.4.2简单游戏机--按钮猜数3518.5串口通信UART3528.5.1AVR系统与PC的简易通信3538.5.2PC控制的简易广告灯3548.6单总线接口和温度计3568.7I2C总线接口和简易IC卡读写器359第九章ICC AVR C编译器的使用9.1ICC AVR的概述3659.1.1介绍ImageCraft的ICC AVR3659.1.2ICC AVR中的文件类型及其扩展名3659.1.3附注和扩充3669.2ImageCraft的ICC AVR编译器安装3679.2.1安装SETUP.EXE程序3679.2.2对安装完成的软件进行注册3679.3ICC AVR导游3689.3.1起步3689.3.2C程序的剖析3699.4ICC AVR的IDE环境3709.4.1编译一个单独的文件3709.4.2创建一个新的工程3709.4.3工程管理3719.4.4编辑窗口3719.4.5应用构筑向导3719.4.6状态窗口3719.4.7终端仿真3719.5C库函数与启动文件3729.5.1启动文件3729.5.2常用库函数3729.5.3字符类型库3739.5.4浮点运算库3749.5.5标准输入/输出库3759.5.6标准库和内存分配函数3769.5.7字符串函数3779.5.8变量参数函数3799.5.9堆栈检查函数3799.6AVR硬件访问的编程3809.6.1访问AVR的底层硬件3809.6.2位操作3809.6.3程序存储器和常量数据3819.6.4字符串3829.6.5堆栈3839.6.6在线汇编3839.6.7I/O寄存器3849.6.8绝对内存地址3849.6.9C任务3859.6.10中断操作3869.6.11访问UART3879.6.12访问EEPROM3879.6.13访问SPI3889.6.14相对转移/调用的地址范围3889.6.15C的运行结构3889.6.16汇编界面和调用规则3899.6.17函数返回非整型值3909.6.18程序和数据区的使用3909.6.19编程区域3919.6.20调试3919.7应用举例*3929.7.1读/写口3929.7.2延时函数3929.7.3读/写EEPROM3929.7.4AVR的PB口变速移位3939.7.5音符声程序3939.7.68字循环移位显示程序3949.7.7锯齿波程序3959.7.8正三角波程序3969.7.9梯形波程序396附录1AT89系列单片机简介398附录2AT94K系列现场可编程系统标准集成电路401附录3指令集综合404附录4AVR单片机选型表408参 考 文 献412
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九.输入/输出保护为了支持多任务，80386不仅要有效地实现任务隔离，而且还要有效地控制各任务的输入/输出，避免输入/输出冲突。本文将介绍输入输出保护。 这里下载本文源代码。 <一>输入/输出保护80386采用I/O特权级IPOL和I/O许可位图的方法来控制输入/输出，实现输入/输出保护。 1.I/O敏感指令输入输出特权级(I/O Privilege Level)规定了可以执行所有与I/O相关的指令和访问I/O空间中所有地址的最外层特权级。IOPL的值在如下图所示的标志寄存器中。 标 志寄存器 BIT31—BIT18 BIT17 BIT16 BIT15 BIT14 BIT13—BIT12 BIT11 BIT10 BIT9 BIT8 BIT7 BIT6 BIT5 BIT4 BIT3 BIT2 BIT1 BIT0 00000000000000 VM RF 0 NT IOPL OF DF IF TF SF ZF 0 AF 0 PF 1 CF I/O许可位图规定了I/O空间中的哪些地址可以由在任何特权级执行的程序所访问。I/O许可位图在任务状态段TSS中。 I/O敏感指令 指令 功能 保护方式下的执行条件 CLI 清除EFLAGS中的IF位 CPL<=IOPL STI 设置EFLAGS中的IF位 CPL<=IOPL IN 从I/O地址读出数据 CPL<=IOPL或I/O位图许可 INS 从I/O地址读出字符串 CPL<=IOPL或I/O位图许可 OUT 向I/O地址写数据 CPL<=IOPL或I/O位图许可 OUTS 向I/O地址写字符串 CPL<=IOPL或I/O位图许可 上表所列指令称为I/O敏感指令，由于这些指令与I/O有关，并且只有在满足所列条件时才可以执行，所以把它们称为I/O敏感指令。从表中可见，当前特权级不在I/O特权级外层时，可以正常执行所列的全部I/O敏感指令；当特权级在I/O特权级外层时，执行CLI和STI指令将引起通用保护异常，而其它四条指令是否能够被执行要根据访问的I/O地址及I/O许可位图情况而定(在下面论述)，如果条件不满足而执行，那么将引起出错码为0的通用保护异常。 由于每个任务使用各自的EFLAGS值和拥有自己的TSS，所以每个任务可以有不同的IOPL，并且可以定义不同的I/O许可位图。注意，这些I/O敏感指令在实模式下总是可执行的。 2.I/O许可位图如果只用IOPL限制I/O指令的执行是很不方便的，不能满足实际要求需要。因为这样做会使得在特权级3执行的应用程序要么可访问所有I/O地址，要么不可访问所有I/O地址。实际需要与此刚好相反，只允许任务甲的应用程序访问部分I/O地址，只允许任务乙的应用程序访问另一部分I/O地址，以避免任务甲和任务乙在访问I/O地址时发生冲突，从而避免任务甲和任务乙使用使用独享设备时发生冲突。 因此，在IOPL的基础上又采用了I/O许可位图。I/O许可位图由二进制位串组成。位串中的每一位依次对应一个I/O地址，位串的第0位对应I/O地址0，位串的第n位对应I/O地址n。如果位串中的第位为0，那么对应的I/O地址m可以由在任何特权级执行的程序访问；否则对应的I/O地址m只能由在IOPL特权级或更内层特权级执行的程序访问。如果在I/O外层特权级执行的程序访问位串中位值为1的位所对应的I/O地址，那么将引起通用保护异常。 I/O地址空间按字节进行编址。一条I/O指令最多可涉及四个I/O地址。在需要根据I/O位图决定是否可访问I/O地址的情况下，当一条I/O指令涉及多个I/O地址时，只有这多个I/O地址所对应的I/O许可位图中的位都为0时，该I/O指令才能被正常执行，如果对应位中任一位为1，就会引起通用保护异常。 80386支持的I/O地址空间大小是64K，所以构成I/O许可位图的二进制位串最大长度是64K个位，即位图的有效部分最大为8K字节。一个任务实际需要使用的I/O许可位图大小通常要远小于这个数目。 当前任务使用的I/O许可位图存储在当前任务TSS中低端的64K字节内。I/O许可位图总以字节为单位存储，所以位串所含的位数总被认为是8的倍数。从前文中所述的TSS格式可见，TSS内偏移66H的字确定I/O许可位图的开始偏移。由于I/O许可位图最长可达8K字节，所以开始偏移应小于56K，但必须大于等于104，因为TSS中前104字节为TSS的固定格式，用于保存任务的状态。 1.I/O访问许可检查细节保护模式下处理器在执行I/O指令时进行许可检查的细节如下所示。 (1)若CPL<=IOPL，则直接转步骤(8)；(2)取得I/O位图开始偏移；(3)计算I/O地址对应位所在字节在I/O许可位图内的偏移；(4)计算位偏移以形成屏蔽码值，即计算I/O地址对应位在字节中的第几位；(5)把字节偏移加上位图开始偏移，再加1，所得值与TSS界限比较，若越界，则产生出错码为0的通用保护故障；(6)若不越界，则从位图中读对应字节及下一个字节；(7)把读出的两个字节与屏蔽码进行与运算，若结果不为0表示检查未通过，则产生出错码为0的通用保护故障；(8)进行I/O访问。设某一任务的TSS段如下： TSSSEG SEGMENT PARA USE16 TSS <> ;TSS低端固定格式部分 DB 8 DUP(0) ;对应I/O端口00H—3FH DB 10000000B ;对应I/O端口40H—47H DB 01100000B ;对用I/O端口48H—4FH DB 8182 DUP(0ffH) ;对应I/O端口50H—0FFFFH DB 0FFH ;位图结束字节TSSLen = $TSSSEG ENDS 再假设IOPL=1，CPL=3。那么如下I/O指令有些能正常执行，有些会引起通用保护异常： in al,21h ;(1)正常执行 in al,47h ;(2)引起异常 out 20h,al ;(3)正常实行 out 4eh,al ;(4)引起异常 in al,20h ;(5)正常执行 out 20h,eax ;(6)正常执行 out 4ch,ax ;(7)引起异常 in ax,46h ;(8)引起异常 in eax,42h ;(9)正常执行 由上述I/O许可检查的细节可见，不论是否必要，当进行许可位检查时，80386总是从I/O许可位图中读取两个字节。目的是为了尽快地执行I/O许可检查。一方面，常常要读取I/O许可位图的两个字节。例如，上面的第(8)条指令要对I/O位图中的两个位进行检查，其低位是某个字节的最高位，高位是下一个字节的最低位。可见即使只要检查两个位，也可能需要读取两个字节。另一方面，最多检查四个连续的位，即最多也只需读取两个字节。所以每次要读取两个字节。这也是在判别是否越界时再加1的原因。为此，为了避免在读取I/O许可位图的最高字节时产生越界，必须在I/O许可位图的最后填加一个全1的字节，即0FFH。此全1的字节应填加在最后一个位图字节之后，TSS界限范围之前，即让填加的全1字节在TSS界限之内。 I/O许可位图开始偏移加8K所得的值与TSS界限值二者中较小的值决定I/O许可位图的末端。当TSS的界限大于I/O许可位图开始偏移加8K时，I/O许可位图的有效部分就有8K字节，I/O许可检查全部根据全部根据该位图进行。当TSS的界限不大于I/O许可位图开始偏移加8K时，I/O许可位图有效部分就不到8K字节，于是对较小I/O地址访问的许可检查根据位图进行，而对较大I/O地址访问的许可检查总被认为不可访问而引起通用保护故障。因为这时会发生字节越界而引起通用保护异常，所以在这种情况下，可认为不足的I/O许可位图的高端部分全为1。利用这个特点，可大大节约TSS中I/O许可位图占用的存储单元，也就大大减小了TSS段的长度。 <二>重要标志保护输入输出的保护与存储在标志寄存器EFLAGS中的IOPL密切相关，显然不能允许随便地改变IOPL，否则就不能有效地实现输入输出保护。类似地，对EFLAGS中的IF位也必须加以保护，否则CLI和STI作为敏感指令对待是无意义的。此外，EFLAGS中的VM位决定着处理器是否按虚拟8086方式工作。 80386对EFLAGS中的这三个字段的处理比较特殊，只有在较高特权级执行的程序才能执行IRET、POPF、CLI和STI等指令改变它们。下表列出了不同特权级下对这三个字段的处理情况。 不同特权级对标志寄存器特殊字段的处理 特权级 VM标志字段 IOPL标志字段 IF标志字段 CPL=0 可变(初POPF指令外) 可变 可变 0 不变 不变 可变 CPL>IOPL 不变 不变 不变 从表中可见，只有在特权级0执行的程序才可以修改IOPL位及VM位；只能由相对于IOPL同级或更内层特权级执行的程序才可以修改IF位。与CLI和STI指令不同，在特权级不满足上述条件的情况下，当执行POPF指令和IRET指令时，如果试图修改这些字段中的任何一个字段，并不引起异常，但试图要修改的字段也未被修改，也不给出任何特别的信息。此外，指令POPF总不能改变VM位，而PUSHF指令所压入的标志中的VM位总为0。 <三>演示输入输出保护的实例(实例九)下面给出一个用于演示输入输出保护的实例。演示内容包括：I/O许可位图的作用、I/O敏感指令引起的异常和特权指令引起的异常；使用段间调用指令CALL通过任务门调用任务，实现任务嵌套。 1.演示步骤实例演示的内容比较丰富，具体演示步骤如下：(1)在实模式下做必要准备后，切换到保护模式；(2)进入保护模式的临时代码段后，把演示任务的TSS段描述符装入TR，并设置演示任务的堆栈；(3)进入演示代码段，演示代码段的特权级是0；(4)通过任务门调用测试任务1。测试任务1能够顺利进行；(5)通过任务门调用测试任务2。测试任务2演示由于违反I/O许可位图规定而导致通用保护异常；(6)通过任务门调用测试任务3。测试任务3演示I/O敏感指令如何引起通用保护异常；(7)通过任务门调用测试任务4。测试任务4演示特权指令如何引起通用保护异常；(8)从演示代码转临时代码，准备返回实模式；(9)返回实模式，并作结束处理。
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