15-1.實現定時的方法15-2.定時器/計數器的結構和工作原理 15-3.定時器/計數器的控制15-4.定時器/計數器的工作方式 15-5.定時器/計數器應用 軟件定時軟件延時不占用硬件資源,但占用了CPU時間,降低了CPU的利用率。例如延時程序。采用時基電路定時例如采用555電路,外接必要的元器件(電阻和電容),即可構成硬件定時電路。但在硬件連接好以后,定時值與定時范圍不能由軟件進行控制和修改,即不可編程,且定時時間容易漂移。可編程定時器定時最方便的辦法是利用單片機內部的定時器/計數器。結合了軟件定時精確和硬件定時電路獨立的特點。定時器/計數器的結構 定時器/計數器的實質是加1計數器(16位),由高8位和低8位兩個寄存器組成。TMOD是定時器/計數器的工作方式寄存器,確定工作方式和功能;TCON是控制寄存器,控制T0、T1的啟動和停止及設置溢出標志。
上傳時間: 2014-12-28
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《現代微機原理與接口技術》實驗指導書 TPC-H實驗臺C語言版 1.實驗臺結構1)I / O 地址譯碼電路如上圖1所示地址空間280H~2BFH共分8條譯碼輸出線:Y0~Y7 其地址分別是280H~287H、288H~28FH、290H~297H、298H~29FH、2A0H~2A7H、2A8H~2AFH、2B0H~2B7H、2B8H~2BFH,8根譯碼輸出線在實驗臺I/O地址處分別由自鎖緊插孔引出供實驗選用(見圖2)。 2) 總線插孔采用“自鎖緊”插座在標有“總線”區引出數據總線D7~D0;地址總線A9~A0,讀、寫信號IOR、IOW;中斷請求信號IRQ ;DMA請求信號DRQ1;DMA響應信號DACK1 及AEN信號,供學生搭試各種接口實驗電路使用。3) 時鐘電路如圖-3所示可以輸出1MHZ 2MHZ兩種信號供A/D轉換器定時器/計數器串行接口實驗使用。圖34) 邏輯電平開關電路如圖-4所示實驗臺右下方設有8個開關K7~K0,開關撥到“1”位置時開關斷開,輸出高電平。向下打到“0”位置時開關接通,輸出低電平。電路中串接了保護電阻使接口電路不直接同+5V 、GND相連,可有效地防止因誤操作誤編程損壞集成電路現象。圖 4 圖 55) L E D 顯示電路如圖-5所示實驗臺上設有8個發光二極管及相關驅動電路(輸入端L7~L0),當輸入信號為“1” 時發光,為“0”時滅6) 七段數碼管顯示電路如圖-6所示實驗臺上設有兩個共陰極七段數碼管及驅動電路,段碼為同相驅動器,位碼為反相驅動器。從段碼與位碼的驅動器輸入端(段碼輸入端a、b、c、d、e、f、g、dp,位碼輸入端s1、 s2)輸入不同的代碼即可顯示不同數字或符號。
上傳時間: 2013-11-22
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基于AT89C2051的紅外遙控學習器源程序6 源程序 ORG 0000H AJMP MAIN ORG 0003H AJMP KEYPRESS ORG 000BH AJMP TIMEOUT ORG 001BH AJMP TIMEOUT SENDDUAN BIT P3.0 JIEDUAN BIT P3.1 INTRPO BIT P3.2 JIEXUAN BIT P3.3 SENDLIGHT BIT P3.4 JIELIGHT BIT P3.5 CS BIT P3.7 DATADUAN BIT P1.6 CLK BIT P1.7 JIANWEI EQU R5 JIANMA EQU R6 SHANGJIAN EQU 07H;R7 OPENKEY EQU 81H CLOSEKEY EQU 00H CHUT0 EQU 11H CHUT1 EQU 11H BUFBEGIN EQU 18H OPENT1 EQU 88H CLOSET1 EQU 00H OPENT0 EQU 82H CLOSET0 EQU 00H DATABEG1 EQU 0AAH DATABEG2 EQU 33H ORG 0030HMAIN: MOV IE,#80H MOV IP,#00H MOV P3,#0FFH CLR CS SETB P1.0 SETB P1.1 SETB P1.2 CLR P1.3 CLR P1.4 CLR P1.5 CLR P1.6 CLR P1.7 MOV R3,#80H MOV R0,00HCYCLE1: MOV @R0,#00H INC R0 DJNZ R3,CYCLE1 MOV PSW,#00H MOV SP,#07H MOV TMOD,#11H MOV TCON,#00H START: MOV SP,#07H SETB SENDDUAN CLR F0 SETB EXOWAITKEY: MOV C,F0 JNC WAITKEY CJNC JIANMA,#1BH,SEND LCALL LEARNP LJMP STARTSEND: LCALL SENDP LJMP START SENDP: SETB SENDDUAN CLR F0 MOV TMOD,#CHUT1
上傳時間: 2013-10-15
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單片機開發中除必要的硬件外,同樣離不開軟件,我們寫的匯編語言源程序要變為CPU可以執行的機器碼有兩種方法,一種是手工匯編,另一種是機器匯編,目前已極少使用手工匯編的方法了。機器匯編是通過匯編軟件將源程序變為機器碼,用于MCS-51 單片機的匯編軟件有早期的A51,隨著單片機開發技術的不斷發展,從普遍使用匯編語言到逐漸使用高級語言開發,單片機的開發軟件也在不斷發展,Keil 軟件是目前最流行開發MCS-51 系列單片機的軟件,這從近年來各仿真機廠商紛紛宣布全面支持Keil 即可看出。Keil 提供了包括C編譯器、宏匯編、連接器、庫管理和一個功能強大的仿真調試器等在內的完整開發方案,通過一個集成開發環境(uVision)將這些部份組合在一起。運行Keil 軟件需要Pentium 或以上的CPU,16MB或更多RAM、20M 以上空閑的硬盤空間、WIN98、NT、WIN2000、WINXP等操作系統。掌握這一軟件的使用對于使用51 系列單片機的愛好者來說是十分必要的,如果你使用C 語言編程,那么Keil 幾乎就是你的不二之選(目前在國內你只能買到該軟件、而你買的仿真機也很可能只支持該軟件),即使不使用C 語言而僅用匯編語言編程,其方便易用的集成環境、強大的軟件仿真調試工具也會令你事半功倍。我們將通過一些實例來學習Keil 軟件的使用,在這一部份我們將學習如何輸入源程序,建立工程、對工程進行詳細的設置,以及如何將源程序變為目標代碼。圖1 所示電路圖使用89C51 單片機作為主芯片,這種單片機性屬于MCS-51 系列,其內部有4K 的FLASH ROM,可以反復擦寫,非常適于做實驗。89C51 的P1 引腳上接8 個發光二極管,P3.2~P3.4 引腳上接4 個按鈕開關,我們的第一個任務是讓接在P1 引腳上的發光二極管依次循環點亮。 一、Keil 工程的建立首先啟動Keil 軟件的集成開發環境,這里假設讀者已正確安裝了該軟件,可以從桌面上直接雙擊uVision 的圖標以啟動該軟件。UVison啟動后,程序窗口的左邊有一個工程管理窗口,該窗口有3 個標簽,分別是Files、Regs、和Books,這三個標簽頁分別顯示當前項目的文件結構、CPU 的寄存器及部份特殊功能寄存器的值(調試時才出現)和所選CPU 的附加說明文件,如果是第一次啟動Keil,那么這三個標簽頁全是空的。
上傳時間: 2013-12-26
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HI-TECH PICC C 的使用說明. 這里我們只講述了PICC C 與標準C 的不同,它不是一本C 語言的教程, 并且我們假定你有C 語言的基礎. 為了對PIC 單片機有更好的支持,PICC 在標準C 的基礎上作了一些擴充: 定義I/O 函數,以便在你的硬件系統中使用<stdio.h>中定義的函數。 用C 語言編寫中斷服務程序 用C 語言編寫I/O 操作程序 C 語言與匯編語言間的接口1-1 與標準C 的不同PICC 只在一處與標準C 不同:函數的重入。因為PIC 單片機的寄存器及堆棧有限,所以PICC 不支持可重入函數。1-2 支持的PIC 芯片PICC 支持很多PIC 單片機,支持PIC 單片機的類型在LIB 目錄下的picinfo.ini文件中有定義。1-3 PICC 包含一些標準庫1-4 PICC 編譯器可以輸出一些格式的目標文件,缺省設置為輸出Bytecraft 的'COD'格式和 Intel 的'HEX'格式。你可以用表1-1 中的命令來指定輸出格式。
上傳時間: 2013-10-10
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Σ-ΔA/D技術具有高分辨率、高線性度和低成本的特點。本文基于TI公司的MSP430F1121單片機,介紹了采用內置比較器和外圍電路構成類似于Σ-△的高精度A/D實現方案,適合用于對溫度、壓力和電壓等緩慢變化信號的采集應用。 在各種A/D轉換器中,最常用是逐次逼近法(SAR)A/D,該類器件具有轉換時間固定且快速的特點,但難以顯著提高分辨率;積分型A/D 有較強的抗干擾能力,但轉換時間較長;過采樣Σ-ΔA/D由于其高分辨率,高線性度及低成本的特點,正得到越來越多的應用。根據這些特點,本文以TI公司的MSP430F1121單片機實現了一種類似于Σ-ΔA/D技術的高精度轉換器方案。 MSP430F1121是16位RISC結構的FLASH型單片機,該芯片有14個雙向I/O口并兼有中斷功能,一個16位定時器兼有計數和定時功能。I/O口輸出高電平時電壓接近Vcc,低電平時接近Vss,因此,一個I/O口可以看作一位DAC,具有PWM功能。 該芯片具有一個內置模擬電壓比較器,只須外接一只電阻和電容即可構成一個類似于Σ-Δ技術的高精度單斜率A/D。一般而言,比較器在使用過程中會受到兩種因素的影響,一種是比較器輸入端的偏置電壓的積累;另一種是兩個輸入端電壓接近到一程度時,輸出端會產生振蕩。 MSP430F1121單片機在比較器兩輸入端對應的單片機端口與片外輸入信號的連接線路保持不變的情況下,可通過軟件將比較器兩輸入端與對應的單片機端口的連接線路交換,并同時將比較器的輸出極性變換,這樣抵消了比較器的輸入端累積的偏置電壓。通過在內部將輸出連接到低通濾波器后,即使在比較器輸入端兩比較電壓非常接近,經過濾波后也不會出現輸出端的振蕩現象,從而消除了輸出端震蕩的問題。利用內置比較器實現高精度A/D圖1是一個可直接使用的A/D轉換方案,該方案是一個高精度的積分型A/D轉換器。其基本原理是用單一的I/O端口,執行1位的數模轉換,以比較器的輸出作反饋,來維持Vout與Vin相等。圖1:利用MSP430F1121實現的實用A/D轉換器電路方案。
上傳時間: 2013-11-10
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AVR系統單片機C語言編程與應用實例針對Atmel公司的AVR系列單片機和ImageCraft公司的ICC AVR開發環境,詳細地介紹了AT90LS8535的C語言程序設計。全書共有13章,其內容既涉及到了單片機的結構原理、指令系統、內容資源和外部功能擴展,又包含了單片機的編程工具——ICC AVR C編程器的數據類型、控制流、函數和指針等。本書的特點是:深入淺出,從最基本的概念開始,循序漸進地講解單片機的應用開發;列舉了大量實例,使讀者能從實際應用中掌握單片機的開發與應用技術。本書適合作為從事單片機開發人員的參考用書。
上傳時間: 2013-10-19
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單片機應用技術選編(1) 第一章 單片機系統綜合應用技術 11.1 且使用 8098單片機的幾點體會 2 1.2 單片機的冷啟動與熱啟動 31.3 大容量動態存儲器在單片機系統中的應用111.4 MCS-51單片機系統中動態 RAM的刷新技巧141.5 MCS-51單片機系統中外RAM空間超64KB的擴展方法161.6 8031單片機P0口和P2口的應用開發 181.7 74LS164在 8031單片機中的兩種用法261.8 用于 8031單片機的快速I/O接口281.9 MCS-51定時器定時常數初值的精確設定法301.10 8253的翻轉問題及 MC6840的替代方法321.11 MCS-51單片機外部中斷源的擴展設計351.12 MCS-51單片機多外中斷擴展方法401.13 用優先權編碼器74LS348擴展51系列單片機的外中斷源421.14 用優先權編碼器74LS148擴展51系列單片機的外中斷源471.15 8031單片機與 BG5119A漢字庫的接口方法521.16 可背插 SRAM的日歷時鐘 DS1216及其應用551.17 實時日歷時鐘集成電路MSM5832及其時序601.18 實時日歷時鐘集成電路MSM5832的接口技術631.19 實時時鐘/日歷芯片MC146818及其應用671.20 與 SICE仿真器通訊的IBM-PC機通訊程序的改進741.21 代碼形式參數匯編子程序的應用821.22 單片機應用系統中的查表程序設計861.23 用狀態綜合法設計鍵盤監控程序901.24 單片機系統程序的加密技術961.25 MCS-96單片機程序保密的幾種方法1001.26 GAL輸出宏單元原理及使用105 1.27 通用陣列邏輯 GAL應用于步進電機控制實例110 第二章 傳感器與前向通道接口技術1172.1 集成溫度傳感器 LM134及其應用1182.2 AD590集成溫度一電流傳感器原理及應用1242.3 集成溫度傳感器 AD590的應用1292.4 GS-800和 GS-130可燃氣體傳感器1332.5 集成化霍爾開關傳感器1352.6 一種新穎實用的氧氣/頻率轉換電路1392.7 MCS-51單片機與數字式溫度傳感器的接口設計1422.8 數字式溫度傳感器 SWC與 8031的接口及應用1452.9 低成本高精度壓力傳感器微機接口設計1472.10 峰值檢測電路原理及應用1512.11 用 LF398制作的實用峰值和谷值保持電路1532.12 AD637集成真有效值轉換器1562.13 傳感器信號調理模塊 ZB311622.14 2B31模塊在稱重智能儀表中的應用1662.15 傳感器信號調理模塊 2B30/2B31及其應用1692.16 高精度光纖位移測量系統的電路設計1752.17 集成電壓一電流轉換器 XTR100的工作原理及應用1792.18 傳感器信號變送器 F693及其應用1852.19 一種用兩片 VFC32構成的隔離放大器電路1912.20 實用線性隔離放大器1922.21 電橋放大電路中 7650的一些應用問題1942.22 A/D轉換器 ICL7109的應用研究1962.23 5G14433模數轉換器的啟停控制2002.24 ADC1130模數轉換器及其使用2042.25 16位 A/D轉換器 ADC1143及其與 80C31單片機的接口2082.26 串行 I/O D/A A/D轉換器與單片機的接口2132.27 單片機應用系統中的數字化傳感器接口技術2162.28 ADVFC32 A/D轉換接口技術2202.29 V/F和 F/V轉換器 TD650原理與應用2242.30 AD650與 MC-51單片機的接口技術2302.31 利用VCO電路與單片機接口實現A/D轉換2352.32 LM2907/2917系列F/V變換器在汽車檢測中的應用2382.33 單信號多通道輸入法改善 A/D轉換器性能2412.34 用多片 A們轉換芯片提高 A/D轉換速度2452.35 實時數控增益調整與浮點 ADC電路2492.36 電荷耦合器件的單片機驅動2532.37 電荷耦合器件的結構原理與單片機的軟件定時驅動2582.38 利用模數轉換器提高轉換信號的線性度2622.39 利用微型機解決轉換中的非線性問題2682.40 利用非線性曲線存儲實現線性化的方法2702.41 輸出無非線性誤差的可變電壓源單臂電橋274 第三章 控制系統與后向通道接口技術2793.1 DAC1231與單片機 8031的接口技術2803.2 單路及多路 D八的光電隔離接口技術2843.3 光電隔離高壓驅動器2903.4 TRAIC型光耦在 8031后向通道接口的應用分析2913.5 GD-L型光控晶閘管輸出光耦合器2963.6 用于晶閘管過零觸發的幾種方式3003.7 固態繼電器3043.8 固態繼電器在交流電子開關中的應用3083.9 JCG型參數固態繼電器3123.10 JCG型參數固態繼電器的應用315 3.11 介紹幾種適用于印刷電路板的超小型電磁繼電器3193.12 用TWH8751集成電路構成微機控制的三步進電機驅動電源3223.13 3-4相步進電機控制器 5G87133253.14 5G0602報警電路及應用3283.15 兩種新型溫控光控兀的應用330 第四章 人機對話通道接口技術3334.1 單片機鍵盤接口設計3344.2 由電話機集成電路構成的單片機鍵盤接口電路3364.3 用 GAL設計的一種編碼鍵盤接口3384.4 用 CMOS電路構成的非編碼觸摸鍵盤3424.5 設計薄膜開關應注意的一些問題3454.6 觸摸式電子開關集成電路 5G673及其應用3504.7 8279用于撥碼盤及顯示器的接口設計3544.8 LED數碼管的構造與特點3584.9 LED數碼管的集成驅動器及配套器件3624.10 8279芯片的顯示接口分析及32位數碼管顯示驅動電路設計366 4.11 用三端可調穩壓塊代替LED顯示器的限流電阻3704.12 液晶顯示器件的構造與特點3714.13 LCD七段顯示器與單片機的接口3744.14 液晶顯示器與單片機的接口技術3764.15 可編程LCD控制驅動器PPD72253814.16 微機總線兼容的四位 LCD驅動電路 TSC7211AM3874.17 使用8255的雙極性歸零脈沖驅動液晶顯示器接口3914.18 DMC16230型 LCD顯示模塊的接口技術3954.19 點陣式液晶顯示器原理及應用4034.20 實用液晶顯示電路4094.21 8031控制的 CRT顯示控制接口4144.22 用 8031控制多臺彩色顯示器的實現方法4194.23 高級語言處理器--T6668的結構與典型電路4234.24 延長 T6668語言電路錄放時間的方法4294.25 T6668高級語音開發站4324.26 語言處理器 T6668在電話報警系統中的應用4354.27 新型語音處理器YYH16439 第五章 網絡、通訊控制與多機系統4415.1 IBM-PC/XT和單片機通訊系統的設計4425.2 IBM-PC/XT微機與單片機的兩種通訊接口4485.3 MCS-51單片機與 IBMPC微機的串行通訊4525.4 中央控制端與 MCS-51單片機間的數據通訊4595.5 IBMPC機與 MCS-51單片機的快速數據通訊4665.6 8031單片機與 PC-1500計算機的通訊4735.7 多片 MCS-51系統的一種串行通訊方式4775.8 多單片機處理系統并行通訊的實現4815.9 半雙工遠距離電流環多機通訊接口電路4855.10 多微機系統共享 RAM電路4905.11 串行通訊中的波特率設置4925.12 在MCS-51單片機的串行通訊中實現波特率的自動整定4965.13 J274和 J275在微機分布式測控系統中的應用5005.14 單電纜傳送雙向數據5045.15 新穎的多路遙控兀編譯碼器5055.16 DTMF在單片機無線數據通訊中的應用5085.17 MCS-8031單片機在紅外遙控裝置中的應用5155.18 一種實用光纖數字遙測系統5185.19 智能儀表通訊系統中一種冗余通道的設計5245.20 EIARS-232-C接口使用中的幾個問題528 第六章 電源、電源變換與電源監視5316.1 電源擴展電路5326.2 一種簡單的直流三倍壓電路533 6.3 直流電源變換集成電路5356.4 直流電壓變換器ICL7660的應用5376.5 一種廉價高精密基準電壓源5406.6 精密可調基準電壓源及其應用5416.7 引腳可編程精密基準電壓源AD584及其應用5496.8 幾種新型恒流源集成電路5536.9 CW334三端可調恒流源及應用5576.10 電源電壓監視用芯片TL7705CP簡介5606.11 電源電壓監視用芯片TL7700簡介5646.12 WMS7705B電源監視用芯片簡介5676.13 具有HMOS結構的MCS-51系列單片機提供后備電源的方法570 第七章 系統抗于擾技術5757.1 微型計算機系統的抗干擾措施5767.2 計算機應用系統抗干擾問題5797.3 微機在工業應用中的抗干擾措施5867.4 利用電源監視TL7705芯片的抗電源于擾新方法5917.5 利用電源監視芯片WMS7705的抗電源干擾新方法5947.6 具有浪涌抑制能力的 TVP 6017.7 瞬變電壓抑制M極管TVP的特性及應用6047.8 單片機實時控制軟件抗干擾編程方法的探討6077.9 一種簡單實用的微機死機自復位抗干擾技術6107.10 單片機程序的監視保護6127.11 軟件 WATCHDOG系統615 7.12 一種實用的"看門狗"電路6187.13 高電壓下測量系統的抗干擾措施619 第八章 應用實例6218.1 單片機在多功能函數發生器中的應用6228.2 單片機波形發生器6298.3 單片機控制的調幅波發生器6338.4 用 8031單片機解調時統信號6368.5 具有 114DB動態范圍的浮點數據采集系統6418.6 電熱恒溫箱單片微機控制系統6468.7 智能 I一、C丑測試儀的原理及設計6528.8 采用 LMS算法的單片機數字交流電橋6568.9 單片微機的數字相位測試儀6598.10 單片機的氣體流量測量6628.11 單片機的相關流量儀6688.12 723型可見分光光度計6758.13 多功能微電腦電子秤6798.14 智能路面回彈檢測儀6838.15 使用 CCD的單片機動態布面檢測系統6878.16 使用 CCD的單片機激光衍射測徑系統6908.17 使用 CCD的單片機動態線徑測量儀6958.18 使用CCD的單片機中型熱軋圓鋼直徑檢測儀7018.19 用 MCS-51單片微機實現織布機的監測7058.20 單片機在工頻參量測試中的應用7098.21 單片機 8098在直線電機控制中的應用715?
上傳時間: 2014-12-28
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STC 定時器2 的操作定時器2 是一個16 位定時/ 計數器。通過設置特殊功能寄存器T2CON 中的C/T2 位,可將其作為定時器或計數器(特殊功能寄存器T2CON 的描述如表1 所列)。定時器2 有3 種操作模式:捕獲、自動重新裝載(遞增或遞減計數)和波特率發生器,這3 種模式由T2CON 中的位進行選擇(如表2 所列)。表1 特殊功能寄存器T2CON 的描述 1.捕獲模式2. 自動重裝模式(遞增/ 遞減計數器)3.波特率發生器模式4.波特率公式匯總5.定時器/ 計數器2 的設置6.可編程時鐘輸出
上傳時間: 2013-11-12
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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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