離散傅里葉變換,(DFT)Direct Fouriet Transformer(PPT課件) 一、序列分類對一個序列長度未加以任何限制，則一個序列可分為： 無限長序列：n=-∞~∞或n=0~∞或n=-∞~ 0 有限長序列：0≤n≤N-1有限長序列在數字信號處理是很重要的一種序列。由于計算機容量的限制，只能對過程進行逐段分析。二、DFT引入由于有限長序列，引入DFT(離散付里葉變換)。DFT它是反映了“有限長”這一特點的一種有用工具。DFT變換除了作為有限長序列的一種付里葉表示，在理論上重要之外，而且由于存在著計算機DFT的有效快速算法--FFT,因而使離散付里葉變換(DFT)得以實現，它使DFT在各種數字信號處理的算法中起著核心的作用。三、本章主要討論 離散付里葉變換的推導離散付里葉變換的有關性質離散付里葉變換逼近連續時間信號的問題第二節 付里葉變換的幾種形式傅 里 葉 變 換 ： 建 立 以 時 間 t 為 自 變 量 的 “ 信 號 ” 與 以 頻 率 f為 自 變 量 的 “ 頻 率 函 數 ”(頻譜) 之 間 的 某 種 變 換 關 系 . 所 以 “ 時 間 ” 或 “ 頻 率 ” 取 連 續 還 是 離 散 值 , 就 形 成 各 種 不 同 形 式 的 傅 里 葉 變 換 對 。, 在 深 入 討 論 離 散 傅 里 葉 變 換 D F T 之 前 , 先 概 述 四種 不 同 形式 的 傅 里 葉 變 換 對 . 一、四種不同傅里葉變換對傅 里 葉 級 數(FS)：連 續 時 間 , 離 散 頻 率 的 傅 里 葉 變 換 。連 續 傅 里 葉 變 換(FT)：連 續 時 間 , 連 續 頻 率 的 傅 里 葉 變 換 。序 列 的 傅 里 葉 變 換(DTFT):離 散 時 間 , 連 續 頻 率 的 傅 里 葉 變 換.離 散 傅 里 葉 變 換(DFT):離 散 時 間 , 離 散 頻 率 的 傅 里 葉 變 換1.傅 里 葉 級 數(FS)周期連續時間信號 非周期離散頻譜密度函數。 周期為Tp的周期性連續時間函數 x(t) 可展成傅里葉級數X(jkΩ0) ,是離散非周期性頻譜 , 表 示為:例子通過以下 變 換 對 可 以 看 出 時 域 的 連 續 函 數 造 成 頻 域 是 非 周 期 的 頻 譜 函 數 , 而 頻 域 的 離 散 頻 譜 就 與 時 域 的 周 期 時 間 函 數 對 應 . (頻域采樣，時域周期延 拓)2.連 續 傅 里 葉 變 換(FT)非周期連續時間信號通過連續付里葉變換(FT)得到非周期連續頻譜密度函數。
上傳時間： 2013-11-19
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用單片機AT89C51改造普通雙桶洗衣機：AT89C2051作為AT89C51的簡化版雖然去掉了P0、P2等端口，使I/O口減少了，但是卻增加了一個電壓比較器，因此其功能在某些方面反而有所增強，如能用來處理模擬量、進行簡單的模數轉換等。本文利用這一功能設計了一個數字電容表，可測量容量小于2微法的電容器的容量，采用3位半數字顯示，最大顯示值為1999，讀數單位統一采用毫微法（nf），量程分四檔，讀數分別乘以相應的倍率。電路工作原理 本數字電容表以電容器的充電規律作為測量依據，測試原理見圖1。電源電路圖。 壓E+經電阻R給被測電容CX充電，CX兩端原電壓隨充電時間的增加而上升。當充電時間t等于RC時間常數τ時，CX兩端電壓約為電源電壓的63.2%，即0.632E+。數字電容表就是以該電壓作為測試基準電壓，測量電容器充電達到該電壓的時間，便能知道電容器的容量。例如，設電阻R的阻值為1千歐，CX兩端電壓上升到0.632E+所需的時間為1毫秒，那么由公式τ=RC可知CX的容量為1微法。 測量電路如圖2所示。A為AT89C2051內部構造的電壓比較器，AT89C2051 圖2 的P1.0和P1.1口除了作I/O口外，還有一個功能是作為電壓比較器的輸入端，P1.0為同相輸入端，P1.1為反相輸入端，電壓比較器的比較結果存入P3.6口對應的寄存器，P3.6口在AT89C2051外部無引腳。電壓比較器的基準電壓設定為0.632E+，在CX兩端電壓從0升到0.632E+的過程中，P3.6口輸出為0，當電池電壓CX兩端電壓一旦超過0.632E+時，P3.6口輸出變為1。以P3.6口的輸出電平為依據，用AT89C2051內部的定時器T0對充電時間進行計數，再將計數結果顯示出來即得出測量結果。整機電路見圖3。電路由單片機電路、電容充電測量電路和數碼顯示電路等 圖3 部分組成。AT89C2051內部的電壓比較器和電阻R2-R7等組成測量電路，其中R2-R5為量程電阻，由波段開關S1選擇使用，電壓比較器的基準電壓由5V電源電壓經R6、RP1、R7分壓后得到，調節RP1可調整基準電壓。當P1.2口在程序的控制下輸出高電平時，電容CX即開始充電。量程電阻R2-R5每檔以10倍遞減，故每檔顯示讀數以10倍遞增。由于單片機內部P1.2口的上拉電阻經實測約為200K，其輸出電平不能作為充電電壓用，故用R5兼作其上拉電阻，由于其它三個充電電阻和R5是串聯關系，因此R2、R3、R4應由標準值減去1K，分別為999K、99K、9K。由于999K和1M相對誤差較小，所以R2還是取1M。數碼管DS1-DS4、電阻R8-R14等組成數碼顯示電路。本機采用動態掃描顯示的方式，用軟件對字形碼譯碼。P3.0-P3.5、P3.7口作數碼顯示七段筆劃字形碼的輸出，P1.3-P1.6口作四個數碼管的動態掃描位驅動碼輸出。這里采用了共陰數碼管，由于AT89C2051的P1.3-P1.6口有25mA的下拉電流能力，所以不用三極管就能驅動數碼管。R8-R14為P3.0-P3.5、P3.7口的上拉電阻，用以驅動數碼管的各字段，當P3的某一端口輸出低電平時其對應的字段筆劃不點亮，而當其輸出高電平時，則對應的上拉電阻即能點亮相應的字段筆劃。
上傳時間： 2013-12-31
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單片機音樂中音調和節拍的確定方法:調號-音樂上指用以確定樂曲主音高度的符號。很明顯一個八度就有12個半音。A、B、C、D、E、F、G。經過聲學家的研究，全世界都用這些字母來表示固定的音高。比如，A這個音，標準的音高為每秒鐘振動440周。 升C調：1＝#C，也就是降D調：1＝BD；277（頻率）升D調：1＝#D，也就是降E調：1＝BE；311升F調：1＝#F，也就是降G調：1＝BG；369升G調：1＝#G，也就是降A調：1＝BA；415升A調：1＝#A，也就是降B調：1＝BB。466,C 262 #C277 D 294 #D(bE)311 E 330 F 349 #F369 G 392 #G415A 440. #A466 B 494 所謂1＝A，就是說，這首歌曲的“導”要唱得同A一樣高，人們也把這首歌曲叫做A調歌曲，或叫“唱A調”。1＝C，就是說，這首歌曲的“導”要唱得同C一樣高，或者說“這歌曲唱C調”。同樣是“導”，不同的調唱起來的高低是不一樣的。各調的對應的標準頻率為： 單片機演奏音樂時音調和節拍的確定方法 經常看到一些剛學單片機的朋友對單片機演奏音樂比較有興趣，本人也曾是這樣。在此，本人將就這方面的知識做一些簡介，但愿能對單片機演奏音樂比較有興趣而又不知其解的朋友能有所啟迪。 一般說來，單片機演奏音樂基本都是單音頻率，它不包含相應幅度的諧波頻率，也就是說不能象電子琴那樣能奏出多種音色的聲音。因此單片機奏樂只需弄清楚兩個概念即可，也就是“音調”和“節拍”。音調表示一個音符唱多高的頻率，節拍表示一個音符唱多長的時間。 在音樂中所謂“音調”，其實就是我們常說的“音高”。在音樂中常把中央C上方的A音定為標準音高，其頻率f=440Hz。當兩個聲音信號的頻率相差一倍時，也即f2=2f1時，則稱f2比f1高一個倍頻程, 在音樂中1（do）與 ，2（來）與 ……正好相差一個倍頻程，在音樂學中稱它相差一個八度音。在一個八度音內，有12個半音。以1—i八音區為例， 12個半音是：1—＃1、＃1—2、2—＃2、＃2—3、3—4、4—＃4，＃4—5、5一＃5、＃5—6、6—＃6、＃6—7、7—i。這12個音階的分度基本上是以對數關系來劃分的。如果我們只要知道了這十二個音符的音高，也就是其基本音調的頻率，我們就可根據倍頻程的關系得到其他音符基本音調的頻率。 知道了一個音符的頻率后，怎樣讓單片機發出相應頻率的聲音呢？一般說來，常采用的方法就是通過單片機的定時器定時中斷，將單片機上對應蜂鳴器的I/O口來回取反，或者說來回清零，置位，從而讓蜂鳴器發出聲音，為了讓單片機發出不同頻率的聲音，我們只需將定時器予置不同的定時值就可實現。那么怎樣確定一個頻率所對應的定時器的定時值呢？以標準音高A為例： A的頻率f = 440 Hz,其對應的周期為：T = 1/ f = 1/440 =2272μs 由上圖可知,單片機上對應蜂鳴器的I/O口來回取反的時間應為：t = T/2 = 2272/2 = 1136μs這個時間t也就是單片機上定時器應有的中斷觸發時間。一般情況下，單片機奏樂時，其定時器為工作方式1，它以振蕩器的十二分頻信號為計數脈沖。設振蕩器頻率為f0，則定時器的予置初值由下式來確定： t = 12 *（TALL – THL）/ f0 式中TALL = 216 = 65536,THL為定時器待確定的計數初值。因此定時器的高低計數器的初值為： TH = THL / 256 = ( TALL – t* f0/12) / 256 TL = THL % 256 = ( TALL – t* f0/12) %256 將t=1136μs代入上面兩式（注意：計算時應將時間和頻率的單位換算一致），即可求出標準音高A在單片機晶振頻率f0=12Mhz，定時器在工作方式1下的定時器高低計數器的予置初值為 ： TH440Hz = (65536 – 1136 * 12/12) /256 = FBH TL440Hz = (65536 – 1136 * 12/12)%256 = 90H根據上面的求解方法，我們就可求出其他音調相應的計數器的予置初值。 音符的節拍我們可以舉例來說明。在一張樂譜中，我們經常會看到這樣的表達式，如1=C 、1=G …… 等等，這里1=C,1=G表示樂譜的曲調，和我們前面所談的音調有很大的關聯， 、 就是用來表示節拍的。以 為例加以說明，它表示樂譜中以四分音符為節拍，每一小結有三拍。比如： 其中1 、2 為一拍，3、4、5為一拍，6為一拍共三拍。1 、2的時長為四分音符的一半，即為八分音符長，3、4的時長為八分音符的一半，即為十六分音符長，5的時長為四分音符的一半，即為八分音符長，6的時長為四分音符長。那么一拍到底該唱多長呢？一般說來，如果樂曲沒有特殊說明，一拍的時長大約為400—500ms 。我們以一拍的時長為400ms為例，則當以四分音符為節拍時，四分音符的時長就為400ms，八分音符的時長就為200ms，十六分音符的時長就為100ms。可見，在單片機上控制一個音符唱多長可采用循環延時的方法來實現。首先，我們確定一個基本時長的延時程序，比如說以十六分音符的時長為基本延時時間，那么，對于一個音符，如果它為十六分音符，則只需調用一次延時程序，如果它為八分音符，則只需調用二次延時程序，如果它為四分音符，則只需調用四次延時程序，依次類推。通過上面關于一個音符音調和節拍的確定方法，我們就可以在單片機上實現演奏音樂了。具體的實現方法為：將樂譜中的每個音符的音調及節拍變換成相應的音調參數和節拍參數，將他們做成數據表格，存放在存儲器中，通過程序取出一個音符的相關參數，播放該音符，該音符唱完后，接著取出下一個音符的相關參數……，如此直到播放完畢最后一個音符，根據需要也可循環不停地播放整個樂曲。另外，對于樂曲中的休止符，一般將其音調參數設為FFH，FFH，其節拍參數與其他音符的節拍參數確定方法一致，樂曲結束用節拍參數為00H來表示。下面給出部分音符（三個八度音）的頻率以及以單片機晶振頻率f0=12Mhz，定時器在工作方式1下的定時器高低計數器的予置初值 ： C調音符 頻率Hz 262 277 293 311 329 349 370 392 415 440 466 494TH/TL F88B F8F2 F95B F9B7 FA14 FA66 FAB9 FB03 FB4A FB8F FBCF FC0BC調音符 1 1# 2 2# 3 4 4# 5 5# 6 6# 7頻率Hz 523 553 586 621 658 697 739 783 830 879 931 987TH/TL FC43 FC78 FCAB FCDB FD08 FD33 FD5B FD81 FDA5 FDC7 FDE7 FE05C調音符 頻率Hz 1045 1106 1171 1241 1316 1393 1476 1563 1658 1755 1860 1971TH/TL FB21 FE3C FE55 FE6D FE84 FE99 FEAD FEC0 FE02 FEE3 FEF3 FF02
上傳時間： 2013-10-20
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在確定采用CAN總線作為系統的通訊標準后，如何選擇合適的處理器芯片就將成為很重要的問題，是采用內部帶有CAN控制器的單片機，還是采用SJA1000等片外CAN控制器，采用的芯片是否能滿足系弘的實時性要求。
上傳時間： 2013-10-26
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用C51寫的普通拼音輸入法源程序代碼:原作使用了一個二維數組用以查表，我認為這樣比較的浪費空間，而且每個字表的索引地址要手工輸入，效率不高。所以我用結構體將其改寫了一下。就是大家現在看到的這個。 因為代碼比較的大，共有6,000多漢字，這樣就得要12,000 byte來存放GB內碼，所以也是沒辦法的.編譯結果約為3000h,因為大部分是索引表，代碼優化幾乎無效。 在Keil C里仿真芯片選用的是華邦的W77E58，它有32k ROM, 256B on-chip RAM, 1K on-chip SRAM (用DPTR1指針尋址,相當于有1K的片上xdata)。條件有限，沒有上片試驗，仿真而已。 打算將其移植到AVR上，但CodeAVRC與IAR EC++在結構體、指針的定義使用上似乎與C51不太一樣，現在還未搞定。還希望在這方面有經驗的網友能給予指導。 #include<stdio.h> char * py_ime(char *); void main(void){ while(1) { char input_string[]="yI"; xdata char chinese_string[255]; sprintf(chinese_string,"%s",py_ime(input_string)); }}
上傳時間： 2013-10-30
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并行接口電路：微處理器與I/O設備進行數據傳輸時均需經過接口電路實現系統與設備互連的匹配。并行接口電路中每個信息位有自己的傳輸線，一個數據字節各位可并行傳送，速度快，控制簡單。由于電氣特性的限制，傳輸距離不能太長。8255A是通用的可編程并行接口芯片，功能強，使用靈活。適合一些并行輸入/輸出設備的使用。8255A并行接口邏輯框圖三個獨立的8位I/O端口,口A、口B、口C。口A有輸入、輸出鎖存器及輸出緩沖器。口B與口C有輸入、輸出緩沖器及輸出鎖存器。在實現高級的傳輸協議時，口C的8條線分為兩組，每組4條線，分別作為口A與口B在傳輸時的控制信號線。口C的8條線可獨立進行置1/置0的操作。口A、口B、口C及控制字口共占4個設備號。8255A并行接口的控制字工作模式選擇控制字：口A有三種工作模式，口B有二種工作模式。口C獨立使用時只有一個工作模式，與口A、口B配合使用時，作為控制信號線。三種工作模式命名為：模式0、模式1及模式2。模式 0 為基本I/O端口，模式1為帶選通的I/O端口，模式 2 為帶選通的雙向I/O端口。口A可工作在三種模式下，口B可工作在模式 0與模式 1下，口C可工作在模式0下或作為控制線配合口A、口B工作。
上傳時間： 2013-11-07
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單片計算機（簡稱單片機）在工作時，因某種原因造成突然掉電，將會丟失數據存儲器（RAM）里的數據，沖掉前期工作的所有信息。為了在突然掉電時能夠保持數據存儲器（RAM）的數據，保證單片機系統穩定、可靠地工作，數據信息處理的安全，雖然單片機主電源里有大容量濾波電容器，當掉電時，單片機靠貯存在電容器里的能量，一般能維持工作半個周期（10ms）左右。為此，要求一旦市電發生瞬間斷電時，必須要有一種電源能在小于10ms 的時間內重新送電，確保單片機系統正常運行，這一任務就由UPS 來完成。電源系統瞬時掉電所產生的干擾會造成單片機的計算錯誤和數據丟失，有了UPS 可以使單片機系連續可靠地工作。單片機系統除使用UPS 外，下面介紹一種行之有效的后備電源。通過理論和實踐證明，當供電電壓由5V 下降到4 5V時單片機通常均能正常運行，但電壓再往下跌落時，單片機就不能繼續正常運行。在一般情況下CPU、CMOS、TTL 電路將因電源電壓跌落而首先不能正常運行，RAM在電壓跌落到比較低時尚能工作。因為單片機使用的主電源均有大容量電容，所以在主電源失電時，如果按放電曲線在下跌到單片機能正常運行工作的最低電壓之前，把后備電源接上便能保持單片機正常運行。
上傳時間： 2013-11-02
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C51單片機是我們生活中最常用的系列,MCS-51系列單片機有4個并行口(P0,P1,P2,P3口),但對一個稍微復雜的應用系統來說,真正可供用戶使用的并行口,只有P1口可用,況且常常因擴展I2C和SPI的器件需占用某些P1口,迫使用戶不得不擴展并行口以滿足實際的需要。習慣上,常用的并行口接口芯片有8255、8155,這兩種芯片功能比較齊全,可以使用在相對比較復雜的系統中,但如是對一般的系統而言,這些功能往往閑置不用。那么就可以選用一些本來閑置不用的口線作為選通信號來進行并行口的擴展,這樣就能充分利用單片機有限的I/O資源,在本設計中是將P1口擴展成一個或幾個8位并行口,在每一個八位口上接入8個發光二極管做為輸出,二極管是做開關量來使用的,在這里設計了跑馬燈和流水燈程序,做到對開關量的開斷控制;配合開關量的控制筆者設計了一個共陽LED數碼管,用來顯示當前發光二極管發亮的序號,做到更加直觀的雙重控制效果,然后再將P0口通過D/A轉換器和一放大器輸出一個模擬信號,其結果可以通過示波器看出。這樣整個系統即有了數字信號輸出和模擬信號輸出,也有數碼管顯示功能,實用性能大提高了。2、 基于89C51的系統硬件設計2.1 并行口的擴展的電路設計 眾所周知,C51系列的單片機都有四個I/O口(P0、P1、P2、P3),那么AT89C51也不例外,但我們通常僅僅使用P1口作為并行口,而令其余口(P2、P3)處于閑置狀態,所以這次設計,我們就是使用閑置不用的P3口做為選能信號線來將P1口進行并行口擴展。 (1) 種方式的并行口擴展優點 連線簡單; 不占用存儲器空間; (2) 編程也方便靈活。但也有很大的缺點 并行口擴展能力有限,(如使用74LS573(74LS373)且不進行驅動處理,則最多可擴展4個同樣類型的并行輸出端口,當然還需要與之對應的四個選通信號。) 如擴展較多,選通信號占用并行口位數太多,例如欲擴展8個并行輸出端口,則需要8個選能信號,此時,僅選能信號就占用了一個8位并行口,這對在I/O端口線有限的單片機系統中,如此浪費資源的現象是不能容忍的。在本次的設計中,采用芯片74HC573(帶三態輸出的八進制透明D型鎖存器)對P1口進行了一個8位并行口的擴展,選通信號選用P3口的P3.3引腳。原理圖如圖1所示:
上傳時間： 2013-11-18
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隨著單片機性能不斷提高而價格卻不斷下降, 單片機控制在越來越多的領域得以應用。按照傳統的模式, 在整個項目開發過程中, 先根據控制系統要求設計原理圖, PCB 電路圖繪制, 電路板制作, 元器件的焊接, 然后進行軟件編程, 通過仿真器對系統硬件和軟件調試, 最后將調試成功的程序固化到單片機中。這一過程中的主要問題是, 應用程序需要在硬件完成的情況下才能進行調試。雖然有的軟件可以進行模擬調試, 但是對于一些復雜的程序如人機交互程序, 在沒有硬件的時候, 沒有界面的真實感, 給調試帶來困難。在軟硬件的配合中如需要修改硬件, 要重新制板, 在時間和投入上帶來很大的麻煩。縱觀整個過程, 無論是從硬件成本上, 還是從調試周期上, 傳統開發模式的效率有待提高。能否只使用一種開發工具兼顧仿真, 調試, 制板, 以及最大限度的軟件模擬來作為單片機的開發平臺, 用它取代編程器、仿真器、成品前的硬件測試等工作是廣大單片機開發者的夢想。 PROTEUS 軟件介紹為了更加直觀具體地說明Proteus 軟件的實用價值, 本文以一具體的TAXI 的計價器和計時器電路板的設計過程為例。其電路板要實現的功能是:㈠計時功能(相當于時鐘);㈡里程計價功能:兩公里以內價格為4 元, 以后每一公里加0.7 元, 不足一公里取整(如10.3 公里取11 公里);㈢通過鍵盤輸入里程, 模擬計算里程費, 實現Y= (X- 2)*0.7+4 的簡單計算。基于上述功能, 選用ATMEL 公司生產的通用芯片AT89C51 單片機構成應用系統。AT89C51 是內含8 位4K 程序存儲器, 128B 數據存儲器, 2 個定時器/計數器的通用芯片。系統開發環境采用ProteusISIS 6。2.1 計價器模擬系統硬件構成系統主要由一個AT89C51 單片機、74LS373、74LS240、矩陣鍵盤、4 位7 段數碼管等組成。通用AT89C51 單片機芯片作為整個電路的核心部分、74LS373 作為LED 段選控制、74LS240四路反相器則為4 位共陰極7 段數碼管提供位選通信號、矩陣鍵盤輸入控制信號。
上傳時間： 2013-11-09
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九.輸入/輸出保護為了支持多任務，80386不僅要有效地實現任務隔離，而且還要有效地控制各任務的輸入/輸出，避免輸入/輸出沖突。本文將介紹輸入輸出保護。 這里下載本文源代碼。 <一>輸入/輸出保護80386采用I/O特權級IPOL和I/O許可位圖的方法來控制輸入/輸出，實現輸入/輸出保護。 1.I/O敏感指令輸入輸出特權級(I/O Privilege Level)規定了可以執行所有與I/O相關的指令和訪問I/O空間中所有地址的最外層特權級。IOPL的值在如下圖所示的標志寄存器中。 標 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許可位圖規定了I/O空間中的哪些地址可以由在任何特權級執行的程序所訪問。I/O許可位圖在任務狀態段TSS中。 I/O敏感指令 指令 功能 保護方式下的執行條件 CLI 清除EFLAGS中的IF位 CPL<=IOPL STI 設置EFLAGS中的IF位 CPL<=IOPL IN 從I/O地址讀出數據 CPL<=IOPL或I/O位圖許可 INS 從I/O地址讀出字符串 CPL<=IOPL或I/O位圖許可 OUT 向I/O地址寫數據 CPL<=IOPL或I/O位圖許可 OUTS 向I/O地址寫字符串 CPL<=IOPL或I/O位圖許可 上表所列指令稱為I/O敏感指令，由于這些指令與I/O有關，并且只有在滿足所列條件時才可以執行，所以把它們稱為I/O敏感指令。從表中可見，當前特權級不在I/O特權級外層時，可以正常執行所列的全部I/O敏感指令；當特權級在I/O特權級外層時，執行CLI和STI指令將引起通用保護異常，而其它四條指令是否能夠被執行要根據訪問的I/O地址及I/O許可位圖情況而定(在下面論述)，如果條件不滿足而執行，那么將引起出錯碼為0的通用保護異常。 由于每個任務使用各自的EFLAGS值和擁有自己的TSS，所以每個任務可以有不同的IOPL，并且可以定義不同的I/O許可位圖。注意，這些I/O敏感指令在實模式下總是可執行的。 2.I/O許可位圖如果只用IOPL限制I/O指令的執行是很不方便的，不能滿足實際要求需要。因為這樣做會使得在特權級3執行的應用程序要么可訪問所有I/O地址，要么不可訪問所有I/O地址。實際需要與此剛好相反，只允許任務甲的應用程序訪問部分I/O地址，只允許任務乙的應用程序訪問另一部分I/O地址，以避免任務甲和任務乙在訪問I/O地址時發生沖突，從而避免任務甲和任務乙使用使用獨享設備時發生沖突。 因此，在IOPL的基礎上又采用了I/O許可位圖。I/O許可位圖由二進制位串組成。位串中的每一位依次對應一個I/O地址，位串的第0位對應I/O地址0，位串的第n位對應I/O地址n。如果位串中的第位為0，那么對應的I/O地址m可以由在任何特權級執行的程序訪問；否則對應的I/O地址m只能由在IOPL特權級或更內層特權級執行的程序訪問。如果在I/O外層特權級執行的程序訪問位串中位值為1的位所對應的I/O地址，那么將引起通用保護異常。 I/O地址空間按字節進行編址。一條I/O指令最多可涉及四個I/O地址。在需要根據I/O位圖決定是否可訪問I/O地址的情況下，當一條I/O指令涉及多個I/O地址時，只有這多個I/O地址所對應的I/O許可位圖中的位都為0時，該I/O指令才能被正常執行，如果對應位中任一位為1，就會引起通用保護異常。 80386支持的I/O地址空間大小是64K，所以構成I/O許可位圖的二進制位串最大長度是64K個位，即位圖的有效部分最大為8K字節。一個任務實際需要使用的I/O許可位圖大小通常要遠小于這個數目。 當前任務使用的I/O許可位圖存儲在當前任務TSS中低端的64K字節內。I/O許可位圖總以字節為單位存儲，所以位串所含的位數總被認為是8的倍數。從前文中所述的TSS格式可見，TSS內偏移66H的字確定I/O許可位圖的開始偏移。由于I/O許可位圖最長可達8K字節，所以開始偏移應小于56K，但必須大于等于104，因為TSS中前104字節為TSS的固定格式，用于保存任務的狀態。 1.I/O訪問許可檢查細節保護模式下處理器在執行I/O指令時進行許可檢查的細節如下所示。 (1)若CPL<=IOPL，則直接轉步驟(8)；(2)取得I/O位圖開始偏移；(3)計算I/O地址對應位所在字節在I/O許可位圖內的偏移；(4)計算位偏移以形成屏蔽碼值，即計算I/O地址對應位在字節中的第幾位；(5)把字節偏移加上位圖開始偏移，再加1，所得值與TSS界限比較，若越界，則產生出錯碼為0的通用保護故障；(6)若不越界，則從位圖中讀對應字節及下一個字節；(7)把讀出的兩個字節與屏蔽碼進行與運算，若結果不為0表示檢查未通過，則產生出錯碼為0的通用保護故障；(8)進行I/O訪問。設某一任務的TSS段如下： TSSSEG SEGMENT PARA USE16 TSS <> ;TSS低端固定格式部分 DB 8 DUP(0) ;對應I/O端口00H—3FH DB 10000000B ;對應I/O端口40H—47H DB 01100000B ;對用I/O端口48H—4FH DB 8182 DUP(0ffH) ;對應I/O端口50H—0FFFFH DB 0FFH ;位圖結束字節TSSLen = $TSSSEG ENDS 再假設IOPL=1，CPL=3。那么如下I/O指令有些能正常執行，有些會引起通用保護異常： in al,21h ;(1)正常執行 in al,47h ;(2)引起異常 out 20h,al ;(3)正常實行 out 4eh,al ;(4)引起異常 in al,20h ;(5)正常執行 out 20h,eax ;(6)正常執行 out 4ch,ax ;(7)引起異常 in ax,46h ;(8)引起異常 in eax,42h ;(9)正常執行 由上述I/O許可檢查的細節可見，不論是否必要，當進行許可位檢查時，80386總是從I/O許可位圖中讀取兩個字節。目的是為了盡快地執行I/O許可檢查。一方面，常常要讀取I/O許可位圖的兩個字節。例如，上面的第(8)條指令要對I/O位圖中的兩個位進行檢查，其低位是某個字節的最高位，高位是下一個字節的最低位。可見即使只要檢查兩個位，也可能需要讀取兩個字節。另一方面，最多檢查四個連續的位，即最多也只需讀取兩個字節。所以每次要讀取兩個字節。這也是在判別是否越界時再加1的原因。為此，為了避免在讀取I/O許可位圖的最高字節時產生越界，必須在I/O許可位圖的最后填加一個全1的字節，即0FFH。此全1的字節應填加在最后一個位圖字節之后，TSS界限范圍之前，即讓填加的全1字節在TSS界限之內。 I/O許可位圖開始偏移加8K所得的值與TSS界限值二者中較小的值決定I/O許可位圖的末端。當TSS的界限大于I/O許可位圖開始偏移加8K時，I/O許可位圖的有效部分就有8K字節，I/O許可檢查全部根據全部根據該位圖進行。當TSS的界限不大于I/O許可位圖開始偏移加8K時，I/O許可位圖有效部分就不到8K字節，于是對較小I/O地址訪問的許可檢查根據位圖進行，而對較大I/O地址訪問的許可檢查總被認為不可訪問而引起通用保護故障。因為這時會發生字節越界而引起通用保護異常，所以在這種情況下，可認為不足的I/O許可位圖的高端部分全為1。利用這個特點，可大大節約TSS中I/O許可位圖占用的存儲單元，也就大大減小了TSS段的長度。 <二>重要標志保護輸入輸出的保護與存儲在標志寄存器EFLAGS中的IOPL密切相關，顯然不能允許隨便地改變IOPL，否則就不能有效地實現輸入輸出保護。類似地，對EFLAGS中的IF位也必須加以保護，否則CLI和STI作為敏感指令對待是無意義的。此外，EFLAGS中的VM位決定著處理器是否按虛擬8086方式工作。 80386對EFLAGS中的這三個字段的處理比較特殊，只有在較高特權級執行的程序才能執行IRET、POPF、CLI和STI等指令改變它們。下表列出了不同特權級下對這三個字段的處理情況。 不同特權級對標志寄存器特殊字段的處理 特權級 VM標志字段 IOPL標志字段 IF標志字段 CPL=0 可變(初POPF指令外) 可變 可變 0 不變 不變 可變 CPL>IOPL 不變 不變 不變 從表中可見，只有在特權級0執行的程序才可以修改IOPL位及VM位；只能由相對于IOPL同級或更內層特權級執行的程序才可以修改IF位。與CLI和STI指令不同，在特權級不滿足上述條件的情況下，當執行POPF指令和IRET指令時，如果試圖修改這些字段中的任何一個字段，并不引起異常，但試圖要修改的字段也未被修改，也不給出任何特別的信息。此外，指令POPF總不能改變VM位，而PUSHF指令所壓入的標志中的VM位總為0。 <三>演示輸入輸出保護的實例(實例九)下面給出一個用于演示輸入輸出保護的實例。演示內容包括：I/O許可位圖的作用、I/O敏感指令引起的異常和特權指令引起的異常；使用段間調用指令CALL通過任務門調用任務，實現任務嵌套。 1.演示步驟實例演示的內容比較豐富，具體演示步驟如下：(1)在實模式下做必要準備后，切換到保護模式；(2)進入保護模式的臨時代碼段后，把演示任務的TSS段描述符裝入TR，并設置演示任務的堆棧；(3)進入演示代碼段，演示代碼段的特權級是0；(4)通過任務門調用測試任務1。測試任務1能夠順利進行；(5)通過任務門調用測試任務2。測試任務2演示由于違反I/O許可位圖規定而導致通用保護異常；(6)通過任務門調用測試任務3。測試任務3演示I/O敏感指令如何引起通用保護異常；(7)通過任務門調用測試任務4。測試任務4演示特權指令如何引起通用保護異常；(8)從演示代碼轉臨時代碼，準備返回實模式；(9)返回實模式，并作結束處理。
上傳時間： 2013-12-11
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