如何在 Linux 下撰写程式来使用 I/O 埠 作者: Riku Saikkonen 译者: Da-Wei Chiang v, 28 December 1997 翻译日期: 22 Jul. - 1 Aug. 1998 _________________________________________________________________ 本文的内容说明了 Intel x86 架构下如何在使用者模式 (user-mode) 中撰写程 式来使用硬体I/O 埠以及等待一小段的时间周期. _________________________________________________________________ 1. 介绍 2. 如何在 C 语言下使用 I/O 埠 * 2.1 正规的方法 * 2.2 另一个替代的方法: /dev/port 3. 硬体中断 (IRQs) 与 DMA 存取 4. 高精确的时序 * 4.1 延迟时间 * 4.2 时间的量测 5. 使用其他程式语言 6. 一些有用的 I/O 埠 * 6.1 并列埠 (parallel port) * 6.2 游戏 (操纵□) 埠 (game port) * 6.3 串列埠 (serial port) 7. 提示 8. 问题排除 9. 程式码□例 10. 致谢 _________________________________________________________________ 1. 介绍 本文的内容说明了 Intel x86 架构下如何在使用者模式 (user-mode) 中撰写程 式来使用硬体 I/O 埠以及等待一小段的时间周期. 内容源自於一篇非常短的文章 IO-Port mini-HOWTO 其作者与本文同. 本文 1995-1997 的版权属於 Riku Saikkonen 所有. 版权声明详见网页 [1]Linux HOWTO copyright. 如果您对本文有任何指教不论是错误修正或是内容补述, 都欢迎寄信给我 (Riku.Saikkonen@hut.fi)... 本文对前一次发行的版本 (Mar 30 1997) 作了如下的修正: * 对於 inb_p/outb_p 和埠位址 0x80 之间的关系做出了澄清. * 删除了关於 udelay() 函式的资料, 因为 nanosleep() 函式 提供了比较明 确的使用方法. * 将内容转换成 Linuxdoc-SGML 格式, 并且重新作了些许的编排. * 对很多地方作了些许的补述与修正. 2. 如何在 C 语言下使用 I/O 埠 2.1 正规的方法 用来存取 I/O 埠的常式 (Routine) 都放在档案 /usr/include/asm/io.h 里 (或 放在核心原始码程式集的 linux/include/asm-i386/io.h 档案里). 这些常式是 以单行巨集 (inline macros) 的方式写成的, 所以使用时只要以 #include 的方式引用就够了; 不需要附加任何函式馆 (libraries). 译注: 常式(Routine) 通常是指系统呼叫(System Call)与函式(Function)的总 称. 因为 gcc (至少出现在 2.7.2.3 和以前的版本) 以及 egcs (所有的版本) 的限 制, 你在编译任何使用到这些常式的原始码时 必须 打开最佳化选项 (gcc -O1 或较高层次的), 或者是在做 #include 这个动作前使用 #define extern 将 extern 定义成空白. 为了除错的目的, 你编译时可以使用 gcc -g -O (至少现在的 gcc 版本是这 样), 但是最佳化之後有时可能会让除错器 (debugger) 的行为变的有点奇怪. 如 果这个状况对你而言是个困扰, 你可以将所有使用到 I/O 埠的常式集中放在一个 档案里并只在编译该档案时□打开最佳化选项. 在你存取任何 I/O 埠之前, 你必须让你的程式有如此做的权限. 要达成这个目的 你可以在你的程式一开始的地方 (但是要在任何 I/O 埠存取动作之前) 呼叫 ioperm() 这个函式 (该函式被宣告於档案 unistd.h , 并且被定义在 核心中). 使用语法是 ioperm(from, num, turn_on), 其中 from 是第一个允许存取的 I/O 埠位址, num 是接著连续存取 I/O 埠位址的数目. 例如, ioperm(0x300, 5, 1) 的意思就是说允许存取埠 0x300 到 0x304 (一共五个埠位址). 而最後一 个参数是一个布林代数值用来指定是否 给予程式存取 I/O 埠的权限 (true (1)) 或是除去存取的权限 (false (0)). 你 可以多次呼叫函式 ioperm() 以便 使用多个不连续的埠位址. 至於语法的细节请 参考 ioperm(2) 的使用说明文 件. 你的程式必须拥有 root 的权限□能呼叫函式 ioperm() ; 所以你如果不是以 root 的身份执行该程式, 就是得将该程式 setuid 成 root. 当你呼叫过函式 ioperm() 打开 I/O 埠的存取权限後你便可以拿掉 root 的权限. 在你的程式结 束之後并不特别 要求你以 ioperm(..., 0) 这个方式拿掉 I/O 埠的存取权限; 因为当你的程式 执行完毕之後这个动作会自动完成. 呼叫函式 setuid() 将目前执行程式的有效使用者识别码 (ID) 设定成非 root 的使用者并不影响其先前以 ioperm() 的方式所取得的 I/O 埠存取权限, 但是呼 叫函式 fork() 的方式却会有所影响 (虽然父行程 (parent process) 保有存取 权限, 但是子行程 (child process) 却无法取得存取权限). 函式 ioperm() 只能让你取得埠位址 0x000 到 0x3ff 的存取权限; 至於 较高位 址的埠, 你得使用函式 iopl() (该函式让你一次可以存取所有的埠位址). 将权 限等级参数值设为 3 (例如, iopl(3)) 以便你的程式能够存取 所有的 I/O 埠 (因此要小心 --- 如果存取到错误的埠位址将对你的电脑造成各种不可预期的损 害. 同样地, 呼叫函式 iopl() 你得拥有 root 的权限.至於语法的细节请参考 iopl(2) 的使用说明文件. 接著, 我们来实际地存取 I/O 埠... 要从某个埠位址输入一个 byte (8 个 bits) 的资料, 你得呼叫函式 inb(port) , 该函式会传回所取得的一个 byte 的 资料. 要输出一个 byte 的资料, 你得呼叫函式 outb(value, port) (请记住参 数的次序). 要从某二个埠位址 x 和 x+1 (二个 byte 组成一个 word, 故使用组 合语言 指令 inw) 输入一个 word (16 个 bits) 的资料, 你得呼叫函式 inw(x) ; 要输出一个 word 的资料到二个埠位址, 你得呼叫函式 outw(value, x) . 如果你不确定使用那个埠指令 (byte 或 word), 你大概须要 inb() 与 outb() 这二个埠指令 --- 因为大多数的装置都是采用 byte 大小的埠存取方式 来设计的. 注意所有的埠存取指令都至少需要大约一微秒的时间来执行. 如果你使用的是 inb_p(), outb_p(), inw_p(), 以及 outw_p() 等巨集指令, 在 你对埠位作址存取动作之後只需很短的(大约一微秒)延迟时间就可以完成; 你也 可以让延迟时间变成大约四微秒方法是在使用 #include 之前使用 #define REALLY_SLOW_IO. 这些巨集指令通常 (除非你使用的是 #define SLOW_IO_BY_JUMPING, 这个方法可能较不准确) 会利用输出资料到埠位址 0x80 以便达到延迟时间的目的, 所以你得先以函式 ioperm() 取得埠位址 0x80 的使 用权限 (输出资料到埠位址 0x80 不应该会对系统的其他其他部分造成影响). 至 於 其他通用的延迟时间的方法, 请继续读下去. ioperm(2), iopl(2) 等函式, 和上面所述及的巨集指令的使用说明会收录在 最 近出版的 Linux 使用说明文件集中. 2.2 另一个替代的方法: /dev/port 另一个存取 I/O 埠的方法是以函式 open() 开启档案 /dev/port (一个字元装 置,主要装置编号为 1, 次要装置编号为 4) 以便执行读且/或写的动作 (注意标 准输出入 (stdio) 函式 f*() 有内部的缓冲 (buffering), 所以要避免使用). 接著使用 lseek() 函式以便在该字元装置档案中找到某个 byte 资料的正确位置 (档案位置 0 = 埠位址 0x00, 档案位置 1 = 埠位址 0x01, 以此类推), 然後你 可以使用 read() 或 write() 函式对某个埠位址做读或写一个 byte 或 word 资 料的动作. 这个替代的方法就是在你的程式里使用 read/write 函式来存取 /dev/port 字元 装置档案. 这个方法的执行速度或许比前面所讲的一般方法还慢, 但是不需要编 译器 的最佳化功能也不需要使用函式 ioperm() . 如果你允许非 root 使用者或 群组存取 /dev/port 字元设装置案, 操作时就不需拥有 root 权限 -- 但是对於 系统安全而言 是个非常糟糕的事情, 因为他可能伤害到你的系统, 或许会有人因 而取的 root 的权限, 利用 /dev/port 字元装置档案直接存取硬碟, 网路卡, 等 设备. 3. 硬体中断 (IRQs) 与 DMA 存取 你的程式如果在使用者模式 (user-mode) 下执行不可以直接使用硬体中断 (IRQs) 或 DMA. 你必需撰写一个核心驱动程式; 相关的细节请参考网页 [2]The Linux Kernel Hacker's Guide 以及拿核心程式原始码来当□例. 也就是说, 你在使用者模式 (user-mode) 中所写的程式无法抑制硬体中断的产 生. 4. 高精确的时序 4.1 延迟时间 首先, 我会说不保证你在使用者模式 (user-mode) 中执行的行程 (process) 能 够精确地控制时序因为 Linux 是个多工的作业环境. 你在执行中的行程 (process) 随时会因为各种原因被暂停大约 10 毫秒到数秒 (在系统负荷非常高 的时候). 然而, 对於大多数使用 I/O 埠的应用而言, 这个延迟时间实际上算不 了什麽. 要缩短延迟时间, 你得使用函式 nice 将你在执行中的行程 (process ) 设定成高优先权(请参考 nice(2) 使用说明文件) 或使用即时排程法 (real-time scheduling) (请看下面). 如果你想获得比在一般使用者模式 (user-mode) 中执行的行程 (process) 还要 精确的时序, 有一些方法可以让你在使用者模式 (user-mode) 中做到 `即时' 排 程的支援. Linux 2.x 版本的核心中有软体方式的即时排程支援; 详细的说明请 参考 sched_setscheduler(2) 使用说明文件. 有一个特殊的核心支援硬体的即时 排程; 详细的资讯请参考网页 [3]http://luz.cs.nmt.edu/~rtlinux/ 休息中 (Sleeping) : sleep() 与 usleep() 现在, 让我们开始较简单的时序函式呼叫. 想要延迟数秒的时间, 最佳的方法大 概 是使用函式 sleep() . 想要延迟至少数十毫秒的时间 (10 ms 似乎已是最短 的 延迟时间了), 函式 usleep() 应该可以使用. 这些函式是让出 CPU 的使用权 给其他想要执行的行程 (processes) (``自己休息去了''), 所以没有浪费掉 CPU 的时间. 细节请参考 sleep(3) 与 usleep(3) 的说明文件. 如果让出 CPU 的使用权因而使得时间延迟了大约 50 毫秒 (这取决於处理器与机 器的速度, 以及系统的负荷), 就浪费掉 CPU 太多的时间, 因为 Linux 的排程器 (scheduler) (单就 x86 架构而言) 在将控制权发还给你的行程 (process) 之前 通常至少要花费 10-30 毫秒的时间. 因此, 短时间的延迟, 使用函式 usleep(3) 所得到的延迟结果通常会大於你在参数所指定的值, 大约至少有 10 ms. nanosleep() 在 Linux 2.0.x 一系列的核心发行版本中, 有一个新的系统呼叫 (system call), nanosleep() (请参考 nanosleep(2) 的说明文件), 他让你能够 休息或 延迟一个短的时间 (数微秒或更多). 如果延迟的时间 <= 2 ms, 若(且唯若)你执行中的行程 (process) 设定了软体的 即时 排程 (就是使用函式 tt/sched_setscheduler()/), 呼叫函式 nanosleep() 时 不是使用一个忙碌回圈来延迟时间; 就是会像函式 usleep() 一 样让出 CPU 的使用权休息去了. 这个忙碌回圈使用函式 udelay() (一个驱动程式常会用到的核心内部的函式) 来 达成, 并且使用 BogoMips 值 (BogoMips 可以准确量测这类忙碌回圈的速度) 来 计算回圈延迟的时间长度. 其如何动作的细节请参考 /usr/include/asm/delay.h). 使用 I/O 埠来延迟时间 另一个延迟数微秒的方法是使用 I/O 埠. 就是从埠位址 0x80 输入或输出任何 byte 的资料 (请参考前面) 等待的时间应该几乎只要 1 微秒这要看你的处理器 的型别与速度. 如果要延迟数微秒的时间你可以将这个动作多做几次. 在任何标 准的机器上输出资料到该 埠位址应该不会有不良的後果□对 (而且有些核心的设 备驱动程式也在使用他). {in|out}[bw]_p() 等函式就是使用这个方法来产生时 间延迟的 (请参考档案 asm/io.h). 实际上, 一个使用到埠位址□围为 0-0x3ff 的 I/O 埠指令几乎只要 1 微秒的时 间, 所以如果你要如此做, 例如, 直接使用并列埠, 只要加上几个 inb() 函式从 该 埠位址□围读入 byte 的资料即可. 使用组合语言来延迟时间 如果你知道执行程式所在机器的处理器型别与时钟速度, 你可以执行某些组合语 言指令以便获得较短的延迟时间 (但是记住, 你在执行中的行程 (process) 随时 会被暂停, 所以有时延迟的时间会比实际长). 如下面的表格所示, 内部处理器的 速度决定了所要使用的时钟周期数; 如, 一个 50 MHz 的处理器 (486DX-50 或 486DX2-50), 一个时钟周期要花费 1/50000000 秒 (=200 奈秒). 指令 i386 时钟周期数 i486 时钟周期数 nop 3 1 xchg %ax,%ax 3 3 or %ax,%ax 2 1 mov %ax,%ax 2 1 add %ax,0 2 1 (对不起, 我不知道 Pentiums 的资料, 或许与 i486 接近吧. 我无法在 i386 的 资料上找到只花费一个时钟周期的指令. 如果能够就请使用花费一个时钟周期的 指令, 要不然就使用管线技术的新式处理器也是可以缩短时间的.) 上面的表格中指令 nop 与 xchg 应该不会有不良的後果. 指令最後可能会 改变 旗号暂存器的内容, 但是这没关系因为 gcc 会处理. 指令 nop 是个好的选择. 想要在你的程式中使用到这些指令, 你得使用 asm("instruction"). 指令的语法 就如同上面表格的用法; 如果你想要在单一的 asm() 叙述中使用多个指令, 可以 使用分号将他们隔开. 例如, asm("nop ; nop ; nop ; nop") 会执行四个 nop 指令, 在 i486 或 Pentium 处理器中会延迟四个时钟周期 (或是 i386 会延迟 12 个时钟周期). gcc 会将 asm() 翻译成单行组合语言程式码, 所以不会有呼叫函式的负荷. 在 Intel x86 架构中不可能有比一个时钟周期还短的时间延迟. 在 Pentiums 处理器上使用函式 rdtsc 对於 Pentiums 处理器而言, 你可以使用下面的 C 语言程式码来取得自从上次重 新开机 到现在经过了多少个时钟周期: ______________________________________________________________ extern __inline__ unsigned long long int rdtsc() { unsigned long long int x; __asm__ volatile (".byte 0x0f, 0x31" : "=A" (x)); return x; } ______________________________________________________________ 你可以询问参考此值以便延迟你想要的时钟周期数. 4.2 时间的量测 想要时间精确到一秒钟, 使用函式 time() 或许是最简单的方法. 想要时间更精 确, 函式 gettimeofday() 大约可以精确到微秒 (但是如前所述会受到 CPU 排程 的影响). 至於 Pentiums 处理器, 使用上面的程式码片断就可以精确到一个时钟 周期. 如果你要你执行中的行程 (process) 在一段时间到了之後能够被通知 (get a signal), 你得使用函式 setitimer() 或 alarm() . 细节请参考函式的使用说明 文件. 5. 使用其他程式语言 上面的说明集中在 C 程式语言. 他应该可以直接应用在 C++ 及 Objective C 之 上. 至於组合语言部分, 虽然你必须先在 C 语言中呼叫函式 ioperm() 或 iopl() , 但是之後你就可以直接使用 I/O 埠读写指令. 至於其他程式语言, 除非你可以在该程式语言中插入单行组合语言或 C 语言之程 式码或者使用上面所说的系统呼叫, 否则倒不如撰写一个内含有存取 I/O 埠或延 迟时间所必需函式之简单的 C 原始程式码或许还比较容易, 编译之後再与你的程 式链结. 要不然就是使用前面所说的 /dev/port 字元装置档案. 6. 一些有用的 I/O 埠 本节提供一些常用 I/O 埠的程式撰写资讯这些都是可以直接拿来用的一般目的 TTL (或 CMOS) 逻辑位准的 I/O 埠. 如果你要按照其原始的设计目的来使用这些或其他常用的I/O 埠 (例如, 控制一 般的印表机或数据机), 你应该会使用现成的装置驱动程式 (他通常被含在核心 中) 而不会如本文所说地去撰写 I/O 埠程式. 本节主要是提供给那些想要将 LCD 显示器, 步进马达, 或是其他商业电子产品 连接到 PC 标准 I/O 埠的人. 如果你想要控制大众市场所贩卖的装置像是扫描器 (已经在市场贩卖了一段期 间), 去找看看是否有现成的 Linux 装置驱动程式. 网页 [4]Hardware-HOWTO 是 个好的参考起点. 至於想要知道更多有关如何连接电子装置到电脑(以及一般的电子学原理)的相关 资讯则网页 [5]http://www.hut.fi/Misc/Electronics/ 是个好的资料来源. 6.1 并列埠 (parallel port) 并列埠的基本埠位址 (以下称之为 ``BASE'') 之於 /dev/lp0 是 0x3bc , 之於 /dev/lp1 是 0x378 , 之於 /dev/lp2 是 0x278 . 如果你只是想要控制一些像是 一般印表机的动作, 可以参考网页 [6]Printing-HOWTO. 除了下面即将描述的标准仅输出 (output-only) 模式, 大多数的并列埠都有 `扩 充的' 双向 (bidirectional) 模式. 至於较新的 ECP/EPP 模式 (以及一般的 IEEE 1284 标准) 埠口的相关资料, 可以参考网页 [7]http://www.fapo.com/ 以 及 [8]http://www.senet.com.au/~cpeacock/parallel.htm. 因为在使用者模式 (user-mode) 中的程式无法使用 IRQs 或 DMA, 想要使用 ECP/EPP 模式你或许得 撰写一个核心的装置驱动程式; 我想应该有人写了这类的装置驱动程式, 但是详 情我并不知道. 埠位址 BASE+0 (资料埠) 用来控制资料埠的信号位准 (D0 到 D7 分别代表著 bits 0 到 7, 位准状态: 0 = 低位准 (0 V), 1 = 高位准 (5 V)). 一个写入资 料到该埠的动作会将资料信号位准拴住 (latches) 在埠的脚位 (pins) 上. 一个 将该埠的资料读出的动作会将上一次以标准仅输出 (output-only) 模式或扩充的 写入模式所拴住的资料信号位准读回, 或是以扩充读出模式 从另外一 个装置将 脚位上的资料信号位准读回. 埠位址 BASE+1 (状态埠) 是个仅读 (read-only) 的埠, 会将下面的输入信号位 准读回: * Bits 0 和 1 保留不用. * Bit 2 IRQ 的状态 (不是个脚位 (pin) , 我不知道他的工作原理) * Bit 3 ERROR (1=高位准) * Bit 4 SLCT (1=高位准) * Bit 5 PE (1=高位准) * Bit 6 ACK (1=高位准) * Bit 7 -BUSY (0=高位准) (我不确定高低位准的电压状态.) 埠位址 BASE+2 (控制埠) 是个仅写 (write-only) 的埠 (一个将该埠的资料读出 的动作仅会将上一次写入的资料信号位准读回), 用来控制下面的状态信号: * Bit 0 -STROBE (0=高位准) * Bit 1 AUTO_FD_XT (1=高位准) * Bit 2 -INIT (0=高位准) * Bit 3 SLCT_IN (1=高位准) * Bit 4 当被设定为 1 时允许并列埠产生 IRQ 信号 (发生在 ACK 脚位的位准 由低变高的瞬间) * Bit 5 用来控制扩充模式时埠的输出入方向 (0 = 写, 1 = 读), 这是个仅写 (write-only) 的埠 (一个将该埠的资料读出的动作对此 bit 一点用处也没 有). * Bits 6 and 7 保留不用. (同样地, 我不确定高低位准的电压状态.) 埠的脚位排列 (Pinout) 方式 (该埠是一个 25 只脚 D 字形外壳 (D-shell) 的 母头连接器) (i=输入, o=输出): 1io -STROBE, 2io D0, 3io D1, 4io D2, 5io D3, 6io D4, 7io D5, 8io D6, 9io D7, 10i ACK, 11i -BUSY, 12i PE, 13i SLCT, 14o AUTO_FD_XT, 15i ERROR, 16o -INIT, 17o SLCT_IN, 18-25 Ground IBM 的规格文件上说脚位 1, 14, 16, 和 17 (控制信号的输出) 采用电晶体的开 集极 (open collector) 驱动方式必需使用 4.7 仟欧姆 (kiloohm) 的提升电阻 接至 5 V 的电压 (可流入电流 20 mA, 流出电流 0.55 mA, 高位准的输出电压就 是 5.0 V 减去提升电阻的电压). 剩下来的脚位可流入电流 24 mA, 流出电流 15 mA, 高位准的输出电压最小 2.4 V. 低位准的输出电压二者都是最大 0.5 V. 那些非 IBM 规格的并列埠或许会偏离这个标准. 更多的相关资料请参考网页 [9]http://www.hut.fi/Misc/Electronics/circuits/lptpower.html. 最後, 给你一个警告: 留心接地的问题. 我曾经在电脑还是开机的状况就去连接 他因而 弄坏好几个并列埠. 发生了这种事情你可能会觉得还是不要将并列埠整 合到主机板里面比较好. (你通常可以拿一片便宜的标准 `multi-I/O' 卡安装第 二个 并列埠; 只要将其他不需要的埠停用, 然後将卡片上并列埠的埠位址设定在 空著的位址即可. 你不需在意并列埠的 IRQ 设定, 因为通常不会被用到.) 6.2 游戏 (操纵□) 埠 (game port) 游戏埠的埠位址□围为 0x200-0x207. 想要控制一般的操纵□, 有一个核心层次 的操纵□驱动程式, 可参考网址 [10]ftp://sunsite.unc.edu/pub/Linux/kernel/patches/, 档名 joystick-*. 埠的脚位排列 (Pinout) 方式 (该埠是一个 15 只脚 D 字形外壳 (D-shell) 的 母头连接器): * 1,8,9,15: +5 V (电源) * 4,5,12: 接地 * 2,7,10,14: 分别是 BA1, BA2, BB1, 和 BB2 等数位输入 * 3,6,11,13: 分别是 AX, AY, BX, 和 BY 等``类比''输入 +5 V 的脚位似乎通常会被直接连接到主机板的电源线上, 所以他应该能够提供相 当的电力, 这还要看所使用主机板, 电源供给器, 以及游戏埠的类型. 数位输入用於操纵□的按钮可以让你连接二个操纵□的四个按钮 (操纵□ A 和 操纵□ B, 各有二个按钮) 到游戏埠也就是数位输入的四个脚位. 他们应该是一 般 TTL 电压位准的输入, 你可以直接从状态埠 (参考下面说明) 读出他们的位准 状态. 一个实际的操纵□在按钮被压下时会传回低位准 (0 V) 状态否则就是高位 准 (5V 经由 1 Kohm 的电阻连接到电源脚位) 状态. 所谓的类比输入实际是量测到的阻抗值. 游戏埠有四个单击多谐振□器 (one-shot multivibrator) (一个 558 晶片) 连接到四个类比输入脚位. 每个类 比输入脚位与多谐振□器的输出之间连接著一个 2.2 Kohm 的电阻, 而且多谐振 □器的输出与地之间连接著一个 0.01 uF 的时序电容 (timing capacitor). 一 个实际的操纵□其每个座标 (X 和 Y) 上会有一个可变电阻, 连接在 +5 V 与每 个相对的类比输入脚位之间 (脚位 AX 或 AY 是给操纵□ A 用的, 而脚位 BX 或 BY 是给操纵□ B用的). 操作的时候, 多谐振□器将其输出设定为高位准 (5 V) 并且等到时序电容上的电 压达到 3.3 V 之後将相对的输出设定为低位准. 因此操纵□中多谐振□器输出的 高位准时间周期 与可变电阻的电阻值成正比 (也就是, 操纵□在相对座标的位 置), 如下所示: R = (t - 24.2) / 0.011, 其中 R 是可变电阻的阻抗值 (ohms) 而 t 是高位准时间周期的长度 (秒). 因此要读出类比输入脚位的数值, 首先你得启动多谐振□器 (以埠写入的方式; 请看下面), 然後查询四个座标的信号状态(以持续的埠读出方式)一直到信号状态 由高位准变成低位准, 计算其高位准时间周期的长度. 这个持续查询的动作花费 相当多的 CPU 时间, 而且在一个非即时的多工环境像是 (一般的使用者模式 (user-mode) ) Linux, 所得的结果不是非常准确因为你无法以固定的时间来查询 信号的状态 (除非你使用核心层次的驱动程式而且你得在你查询的时候抑制掉中 断的产生, 但是这样做会浪费更多的 CPU 时间). 如果你知道信号的状态将会花 费一段不短的时间 (数十毫秒) □会成为低位准, 你可以在查询之前呼叫函式 usleep() 将 CPU 的时间让给其他想要执行的行程 (processes). 游戏埠中唯一需要你来存取的埠位址是 0x201 (其他的埠位址不是动作一样就是 没用). 任何对这个埠位址所做的写入动作 (不论你写入什麽) 都会启动多谐振□ 器. 对这个埠位址做读出动作会取回输入信号的状态: * Bit 0: AX ( (1=高位准) 多谐振□器的输出状态) * Bit 1: AY ( (1=高位准) 多谐振□器的输出状态) * Bit 2: BX ( (1=高位准) 多谐振□器的输出状态) * Bit 3: BY ( (1=高位准) 多谐振□器的输出状态) * Bit 4: BA1 (数位输入, 1=高位准) * Bit 5: BA2 (数位输入, 1=高位准) * Bit 6: BB1 (数位输入, 1=高位准) * Bit 7: BB2 (数位输入, 1=高位准) 6.3 串列埠 (serial port) 如果你所说的装置是支援一些像是 RS-232 那类的东西, 你应该可以如你所愿地 使用串列埠. Linux 所提供的串列埠驱动程式应该能够应用在任何地方 (你应该 不需要直接撰写串列埠程式, 或是核心的驱动程式); 他相当具有通用性, 所以像 是使用非标准的 bps 速率以及其他等等应该不是问题. 请参考 termios(3) 说明 文件, 串列埠驱动程式原始程式码 (linux/drivers/char/serial.c), 以及网页 [11]http://www.easysw.com/~mike/serial/index.html 上有更多在 Unix 作业 系统撰写串列埠程式的相关资料. 7. 提示 如果你想要有好的 I/O 品值, 你可以在并列埠上自行组装 ADC 且/或 DAC 晶片 (提示: 电源部分, 可使用游戏埠上的或将未用到的磁碟电源连接头接至 机壳之 外, 如果你的装置功率消耗低则可以拿并列埠来充当电源, 不然就是使用外部的 电源供给), 或是买 AD/DA 卡片 (大部分较旧型/较低速的产品可由 I/O 埠控 制). 或者是 Linux 音效卡驱动程式所支援的便宜音效卡 (速度还相当的快) 上 1 或 2 个不精确, (可能会) 无法归零的信号通道对你而言就够了. 使用精确的类比装置, 不当的接地可能造成类比输出入信号的误差. 如果你有这 方面的经验, 你可能会尝试以光耦合器来隔绝 (电脑与你的装置之间 所有的 信 号) 电子干扰. 试著从电脑上取得光耦合器的电源 (在埠上未用到的信号脚位可 以提供足够的电源) 以求达到最佳的隔绝效果. 如果你现在正在寻找能在 Linux 上使用的印刷电路板设计软体, 有一个称为 Pcb 免费的 X11 应用程式应该能够胜任, 只要你不要做一些太复杂的事. 许多的 Linux 发行版本 (distributions) 都内含这个程式, 同时他也被放在网址 [12]ftp://sunsite.unc.edu/pub/Linux/apps/circuits/ 上(档名为 pcb-*). 8. 问题排除 Q1. 当我存取 I/O 埠时结果碰到 segmentation faults 这个问题 A1. 不是你的程式没有 root 权限, 就是因为某些理由导致函式 ioperm() 呼 叫失败. 检查函式 ioperm() 的传回值. 同时, 检查你所存取的埠也就是 你以 函式 ioperm() 所启用的埠位址 (参考 Q3). 如果你使用的是延迟 时间的巨集指令 (inb_p(), outb_p(), 等等), 记得也要呼叫函式 ioperm() 以便存取埠位址 0x80. Q2. 我无法找到 in*(), out*() 等函式被定义在何处, 同时 gcc 也抱怨参考 到未定义的符号 (undefined references). A2. 你在编译程式时没有打开最佳化选项 (-O), 因此 gcc 不能解析 asm/io.h 中的巨集指令. 或是你根本就没有使用 #include . Q3. out*() 没有动作, 或是动作怪怪的. A3. 检查参数所放置的次序; 他应该是这样 outb(value, port) , 而不是 MS-DOS 上常用的那样 outportb(port, value) Q4. 我想要控制一个标准的 RS-232 装置/连接并列埠的印表机/操纵□... A4. 你最好能停止此事而使用现有的驱动程式 (他们存在於 Linux 的核心中 或 X 伺服器中或其他的地方) 来达成你的目标. 这些驱动程式通常相当 具通用性, 所以就算是有点不标准的装置, 他们通常都能正常运作. 这些 标准 I/O 埠的相关资讯请参考前面说过的文件指引. 9. 程式码□例 这边是一段用来存取 I/O 埠的简单的程式码□例: ______________________________________________________________ /* * example.c: 一个用来存取 I/O 埠的非常简单的□例 * * 这个程式码并没有什麽用处, 他只是做了埠的写入, 暂停, * 以及埠的读出几个动作. 编译时请使用 `gcc -O2 -o example example.c', * 并以 root 的身份执行 `./example'. */ #include #include #include #define BASEPORT 0x378 /* lp1 */ int main() { /* 取得埠位址的存取权限 */ if (ioperm(BASEPORT, 3, 1)) {perror("ioperm"); exit(1);} /* 设定埠的输出资料信号 (D0-7) 全为零 (0) */ outb(0, BASEPORT); /* 休息一下 (100 ms) */ usleep(100000); /* 从状态埠 (BASE+1) 读出资料并显示结果 */ printf("status: %d\n", inb(BASEPORT + 1)); /* 我们不再需要这些埠位址 */ if (ioperm(BASEPORT, 3, 0)) {perror("ioperm"); exit(1);} exit(0); } /* 结束 example.c */ ______________________________________________________________ 10. 致谢 协助过我的人实在太多无法一一列出, 但还是要跟各位说声多谢了. 对所有来信 协助我的人并没有一一回覆致上抱歉之意, 并再次谢谢你们的协助. References 1. http://sunsite.unc.edu/pub/Linux/docs/HOWTO/COPYRIGHT 2. http://www.redhat.com:8080/HyperNews/get/khg.html 3. http://luz.cs.nmt.edu/~rtlinux/ 4. http://sunsite.unc.edu/pub/Linux/docs/HOWTO/Hardware-HOWTO 5. http://www.hut.fi/Misc/Electronics/ 6. http://sunsite.unc.edu/pub/Linux/docs/HOWTO/Printing-HOWTO 7. http://www.fapo.com/ 8. http://www.senet.com.au/~cpeacock/parallel.htm 9. http://www.hut.fi/Misc/Electronics/circuits/lptpower.html 10. ftp://sunsite.unc.edu/pub/Linux/kernel/patches/ 11. http://www.easysw.com/~mike/serial/index.html 12. ftp://sunsite.unc.edu/pub/Linux/apps/circuits/