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[嵌入式]汇编INT中断指令和I/O【操作系统启动第一步】

1. 中断向量表

????????中断是一种使CPU挂起正在执行的程序去处理特殊的事件的操作,处理特殊时间的服务程序称为中断程序,即处理中断的程序。

????????为了便于处理,每一种中断有 一个编号,称为中断号,中断号的取值范围是0到255,如属于内部中断的除法出错的中断号是0,属于外部中断的键盘中断的中断号是9。

? ? ? ? 中断向量是指中断处理程序的入口地址,相当于执行中断程序的指针。为了使系统在响应中断时,CPU能够快速地转入对应的中断程序,用一张表来保持中断向量,这张表称为中断向量表,中断向量表的每一项也依次编号为0到255。

2. 内部中断

? ? ? ? 内部中断是CPU在执行某些指令时产生的中断,包括:

  • 除法出错中断
  • 单步中断
  • 断点中断
  • 溢出中断
  • 中断指令INT n引起的中断。n的取值是0到255,如INT 10H表示调用BIOS显示I/O程序,INT 21H表示调用DOS系统功能等。

3. 外部中断

? ? ? ? 外部中断是发生在CPU内部某个事件引起的中断,IA-32 CPU有两条外部中断线,INTR和NMI,INTR可屏蔽,NMI不可屏蔽。

4. 示例

????????这里编写一个实地址模式下获取主板CMOS实时时钟汇编程序,实现系统上电启动时在屏幕指定位置显示的时间信息。获取RTC/CMOS RAM的时间信息,需要用到I/O指令;指定位置输出信息,需要用到INT中断指令

? ? ? ? 将编译后机器码写入手动创建的bochs flat虚拟硬盘并运行,效果如下图所示:

? ? ? ?使用freedos系统运行效果如下图所示:

?????????也可以使用物理机器运行,运行效果和bochs一样。运行方法是将编译后的bin文件写入u盘,并从u盘启动物理机。

4.1 I/O

? ? ? ??虽然可以通过BIOS的I/O程序实现键盘、硬盘等外设的访问,但是这种方式访问I/O设备的一个缺点是依赖BIOS。曾经流行的DOS操作系统在BIOS的基础上实现对外设的访问,感兴趣的朋友可以看看freedos系统的源码(https://github.com/FDOS/kernel)。

????????计算机的I/O设备(输入输出设备,鼠标键盘等)是通过一个硬件接口或控制器与CPU相连,在汇编程序中通过一组寄存器或存储单元实现I/O设备的访问,通过I/O指令、寄存器和端口地址实现对外部设备的访问。

? ? ? ? ?I/O输入指令从一个端口输入字节、字或者双字到累加寄存器,端口地址可以直接方式表示也可以间接方式表示,输入指令的格式为:

IN 累加器,端口地址

? ? ? ? 端口地址采用直接方式表示时长度是8比特,地址的取值范围是0到FFH,采用间接方式表示时,端口地址的长度是16比特,通过DX寄存器寻址。

????????输出指令的格式为:

OUT 端口地址,累加器

? ? ? ?通过上述的指令可以看出,通过I/O端口地址实现对输入输出设备的访问,I/O端口地址是端口的编号,通过端口地址可以访问端口或者存取接口中的寄存器。

? ? ? ? RTC/CMOS时钟的I/O端口地址如下:

  • ?秒:? ? ? 00H
  • 报警秒:01H
  • 分:? ? ? ?02H
  • 报警分:03H
  • 时:? ? ? ?04H
  • 报警时:05H
  • 星期:? ?06H
  • 日:? ? ? ?07H
  • 月:? ? ? ?08H
  • 年:? ? ? ?09H

4.2 设置光标位置

? ? ? ? 在实地址模式下,使用10H中断设置光标的位置,设置方法是AH寄存器的值为2,DL和DH设置光标的行和列。

4.3 代码

; nasm -fbin xx.asm -o xx.bin

segment text
	org 7c00h
start:
	mov ax, cs
	mov ds, ax
	mov es, ax	
	mov ah, 3
	int 10h
	mov si, msg
	mov ax, mlen
	call ostr
.refresh:
	call gettm
	call fmttm	
	mov ah, 3
	int 10h
	mov dl, mlen
	mov si, data
	mov ax, dlen
	call ostr
	mov ax, 40h
.wait:
	mov cx, 0xffff
	loop $
	dec ax
	jnz .wait
.end:
	jmp .refresh
	
gettm:
	mov al, 0
	out 70h, al
	in al, 71h	
	mov [buf+5], al

	mov al, 2
	out 70h, al
	in al, 71h	
	mov [buf+4], al

	mov al, 4
	out 70h, al
	in al, 71h	
	mov [buf+3], al

	mov al, 7
	out 70h, al
	in al, 71h	
	mov [buf+2], al

	mov al, 8
	out 70h, al
	in al, 71h	
	mov [buf+1], al

	mov al, 9
	out 70h, al
	in al, 71h
	mov [buf], al
	ret

; format time str 
fmttm:
	mov di, data
	mov si, buf
	mov cx, 6
.floop:
	lodsb
	mov ah, al
	sar al, 4
	add al, 30h
	and ah, 0fh
	add ah, 30h
	stosw	
	inc di
	loop .floop	
	ret

; output a string
; si: str pointer
; ax: str length
; dx: location
ostr:
	push ax	
	mov bp, si
	push cs
	pop es
	mov al, 1
	mov ah, 13h
	mov bl, 00000010b
	mov bh, 0
	pop cx
	int 10h
	ret
	
buf resb 6
data db "00/00/00 00:00:00"
dlen equ $-data
msg db "Current date and time: "
mlen equ $-msg

times 510-($-$$) db 0h
	db 0x55,0xaa

? ? ? ?

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加:2022-05-21 19:08:40  更:2022-05-21 19:10:41 
 
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