如何在 Linux 下撰写程序来使用 I/O 端口

发布时间:2016-12-10 13:01:14 编辑:www.fx114.net 分享查询网我要评论
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如何在 Linux 下撰写程序来使用 I/O 端口 2001-04-27 15:38:13 来自:http://www.chinaunix.net   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 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 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 ([email protected])...  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 The Linux Kernel Hacker's Guide http://www.redhat.com:8080/HyperNews/get/khg.html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 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 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 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 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 http://www.fapo.com/ 以及 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 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 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 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 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 */  

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