关于 Intel 8253/8254

谁践踏了优雅 2022-06-03 08:55 788阅读 0赞

Intel 8253/8254是一个可编程定时/计数器（PIT-Programmable Interval Timer)芯片，用于处理计算机中的精确时间延迟。该芯片提供了 3个独立的16位计数器通道。每个通道可工作在不同的工作方式下， 并且这些工作方式均可以使用软件来设置。

对于PC/AT及其兼容微机系统采用的是8254芯片。Linux 0.11操作系统只对通道0进行了重新设置，使得该计数器工作在方式3下，并且每间隔10毫秒发出一个信号以产生中断请求信号（IRQ0)。这个间隔定时产生的中断请求就是Linux 0.11内核工作的脉搏，它用于定时切换当前执行的任务和统计每个任务使用的系统资源量（时间）。

# 1、Intel 8253 (8254)芯片功能 #

Intel 8253 (或 8254)是一个可编程定时/计数器（PIT-Programmable Interval Timer)芯片，用于解决计算机中通常碰到的时间控制问题，即在软件的控制下产生精确的时间延迟。该芯片提供了3个独立的16位计数器通道。每个通道可工作在不同的工作方式下，并且这些工作方式均可以使用软件来设置。

8254是8253的更新产品，主要功能基本一样，只是8254芯片増加了回读命令。在下面描述中我们用8253来代称8253和8254两种芯片，仅在它们功能有区别处再特别加以指出。

# 2、端口说明 #

对于PC/AT及其兼容微机系统，采用的是8254芯片。3个计数器的输入时钟频率都是 1.193180MHz。PC/AT微机中8254芯片连接示意图如下。

![这里写图片描述][SouthEast]

其中A1、A0管脚被连接到系统地址线A1、A0上。并且当系统地址线A9–A2信号是0b00100 00时会选择8254芯片，因此PC/AT系统中8254芯片的IO端口地址范围是0x40—0x43。其中0x40~0x42分别对应计数器通道0~2，0x43对应控制字寄存器写端口。

# 3、编程方法 #

当系统刚上电时，8253的状态是未知的。通过向8253写入一个控制字和一个初始计数值，我们就可以对想要使用的一个计数器进行编程。对于不使用的计数器我们可以不必对其编程。

在CPU执行写操作时，若A1，A0线为11 (此时在PC微机上对应端口 0x43)，那么控制字会被写入控制字寄存器中。而控制字的内容会指定正在编程的计数器通道。

通道0、1、2分别对应PC机端口 0x40、0x41和0x42，当控制字写完后，就可以向某个通道写入初始计数值。

注意：在写入操作时，必须首先写入控制字，然后再写入初始计数值。初始计数值必须根据控制字中设定的格式写入（二进制或BCD码格式）。在计数器开始工作时，我们仍然能随时向指定计数器重新写入新的初始值，这并不会影响已设置的计数器的工作方式。

## 1、控制字的格式 ##

控制字的格式如下图所示。

![这里写图片描述][SouthEast 1]

movb $0x36, %al
        movl $0x43, %edx
        outb %al, %dx

以上代码用于向端口0x43写入控制字0x36，对照上图，得知选中通道0，先读写低字节再读写高字节，工作方式3，采用二进制计数。

## 2、工作方式三——方波发生器方式 ##

工作方式一共有6种，这里仅说明方式3，因为Linux-0.11用的就是这种方式。

方式3：方波发生器方式（Square Wave Mode)  
该方式输出的是方波。如果初始计数值是N， 那么方波的频率是输入时钟的N分之一。该方式的特点是方波占空比约为1比1 (当N为奇数时略有差异)，并且在计数器递减过程中若重新设置新的初始值，这个初始值要到前一个计数完成后才起作用。

在工作方式3下，**方波的频率是输入时钟频率的N分之一**，又因为计数器的输入时钟频率是 1.193180MHz=1193180Hz，所以

1193180/N = 方波的频率（Hz）

如果想让计数器每10ms（=100Hz）发出一个方波上升沿用以产生中断请求信号的话，那么N=1193180/100.

Linux 0.11操作系统只对8254的计数器通道0进行了重新设置，使得该计数器工作在方式3下，计数初始值采用二进制，并且初始计数值被设置为LATCH (1193180/100)。即让计数器0每间隔10毫秒发出一个方波上升沿以产生中断请求信号(IRQ0)。

movl $11931, %eax        # timer frequency 100 HZ 
        movl $0x40, %edx
        outb %al, %dx            # 先写低字节
        movb %ah, %al
        outb %al, %dx            # 再写高字节

继续上文的代码，在写入控制字后，要写入初始计数值。因为控制字选择了0通道，所以写初始计数值的端口是0x40. 如果要产生100Hz的方波，那么写入的初始值是1193180/100 ，约等于 11931。

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