8086实时时钟实验（一）——《x86汇编语言：从实模式到保护模式》05

1.代码清单

         ;代码清单9-1;文件名：c09_1.asm;文件说明：用户程序 ;创建日期：2011-4-16 22:03;===============================================================================
SECTION header vstart=0                     ;定义用户程序头部段 program_length  dd program_end          ;程序总长度[0x00];用户程序入口点code_entry      dw start                ;偏移地址[0x04]dd section.code.start   ;段地址[0x06]
    realloc_tbl_len dw (header_end-realloc_begin)/4;段重定位表项个数[0x0a]realloc_begin:;段重定位表           code_segment    dd section.code.start   ;[0x0c]data_segment    dd section.data.start   ;[0x14]stack_segment   dd section.stack.start  ;[0x1c]header_end:                ;===============================================================================
SECTION code align=16 vstart=0           ;定义代码段（16字节对齐）
new_int_0x70:push axpush bxpush cxpush dxpush es.w0:                                    mov al,0x0a                        ;阻断NMI。当然，通常是不必要的or al,0x80                          out 0x70,alin al,0x71                         ;读寄存器Atest al,0x80                       ;测试第7位UIP jnz .w0                            ;以上代码对于更新周期结束中断来说 ;是不必要的 xor al,alor al,0x80out 0x70,alin al,0x71                         ;读RTC当前时间(秒)push axmov al,2or al,0x80out 0x70,alin al,0x71                         ;读RTC当前时间(分)push axmov al,4or al,0x80out 0x70,alin al,0x71                         ;读RTC当前时间(时)push axmov al,0x0c                        ;寄存器C的索引。且开放NMI out 0x70,alin al,0x71                         ;读一下RTC的寄存器C，否则只发生一次中断;此处不考虑闹钟和周期性中断的情况 mov ax,0xb800mov es,axpop axcall bcd_to_asciimov bx,12*160 + 36*2               ;从屏幕上的12行36列开始显示mov [es:bx],ahmov [es:bx+2],al                   ;显示两位小时数字mov al,':'mov [es:bx+4],al                   ;显示分隔符':'not byte [es:bx+5]                 ;反转显示属性 pop axcall bcd_to_asciimov [es:bx+6],ahmov [es:bx+8],al                   ;显示两位分钟数字mov al,':'mov [es:bx+10],al                  ;显示分隔符':'not byte [es:bx+11]                ;反转显示属性pop axcall bcd_to_asciimov [es:bx+12],ahmov [es:bx+14],al                  ;显示两位小时数字mov al,0x20                        ;中断结束命令EOI out 0xa0,al                        ;向从片发送 out 0x20,al                        ;向主片发送 pop espop dxpop cxpop bxpop axiret;-------------------------------------------------------------------------------
bcd_to_ascii:                            ;BCD码转ASCII;输入：AL=bcd码;输出：AX=asciimov ah,al                          ;分拆成两个数字 and al,0x0f                        ;仅保留低4位 add al,0x30                        ;转换成ASCII shr ah,4                           ;逻辑右移4位 and ah,0x0f                        add ah,0x30ret;-------------------------------------------------------------------------------
start:mov ax,[stack_segment]mov ss,axmov sp,ss_pointermov ax,[data_segment]mov ds,axmov bx,init_msg                    ;显示初始信息 call put_stringmov bx,inst_msg                    ;显示安装信息 call put_stringmov al,0x70mov bl,4mul bl                             ;计算0x70号中断在IVT中的偏移mov bx,ax                          cli                                ;防止改动期间发生新的0x70号中断push esmov ax,0x0000mov es,axmov word [es:bx],new_int_0x70      ;偏移地址。mov word [es:bx+2],cs              ;段地址pop esmov al,0x0b                        ;RTC寄存器Bor al,0x80                         ;阻断NMI out 0x70,almov al,0x12                        ;设置寄存器B，禁止周期性中断，开放更 out 0x71,al                        ;新结束后中断，BCD码，24小时制 mov al,0x0cout 0x70,alin al,0x71                         ;读RTC寄存器C，复位未决的中断状态in al,0xa1                         ;读8259从片的IMR寄存器 and al,0xfe                        ;清除bit 0(此位连接RTC)out 0xa1,al                        ;写回此寄存器 sti                                ;重新开放中断 mov bx,done_msg                    ;显示安装完成信息 call put_stringmov bx,tips_msg                    ;显示提示信息call put_stringmov cx,0xb800mov ds,cxmov byte [12*160 + 33*2],'@'       ;屏幕第12行，35列
       .idle:hlt                                ;使CPU进入低功耗状态，直到用中断唤醒not byte [12*160 + 33*2+1]         ;反转显示属性 jmp .idle;-------------------------------------------------------------------------------
put_string:                              ;显示串(0结尾)。;输入：DS:BX=串地址mov cl,[bx]or cl,cl                        ;cl=0 ?jz .exit                        ;是的，返回主程序 call put_charinc bx                          ;下一个字符 jmp put_string.exit:ret;-------------------------------------------------------------------------------
put_char:                                ;显示一个字符;输入：cl=字符asciipush axpush bxpush cxpush dxpush dspush es;以下取当前光标位置mov dx,0x3d4mov al,0x0eout dx,almov dx,0x3d5in al,dx                        ;高8位 mov ah,almov dx,0x3d4mov al,0x0fout dx,almov dx,0x3d5in al,dx                        ;低8位 mov bx,ax                       ;BX=代表光标位置的16位数cmp cl,0x0d                     ;回车符？jnz .put_0a                     ;不是。看看是不是换行等字符 mov ax,bx                       ; mov bl,80                       div blmul blmov bx,axjmp .set_cursor.put_0a:cmp cl,0x0a                     ;换行符？jnz .put_other                  ;不是，那就正常显示字符 add bx,80jmp .roll_screen.put_other:                             ;正常显示字符mov ax,0xb800mov es,axshl bx,1mov [es:bx],cl;以下将光标位置推进一个字符shr bx,1add bx,1.roll_screen:cmp bx,2000                     ;光标超出屏幕？滚屏jl .set_cursormov ax,0xb800mov ds,axmov es,axcldmov si,0xa0mov di,0x00mov cx,1920rep movswmov bx,3840                     ;清除屏幕最底一行mov cx,80.cls:mov word[es:bx],0x0720add bx,2loop .clsmov bx,1920.set_cursor:mov dx,0x3d4mov al,0x0eout dx,almov dx,0x3d5mov al,bhout dx,almov dx,0x3d4mov al,0x0fout dx,almov dx,0x3d5mov al,blout dx,alpop espop dspop dxpop cxpop bxpop axret;===============================================================================
SECTION data align=16 vstart=0init_msg       db 'Starting...',0x0d,0x0a,0inst_msg       db 'Installing a new interrupt 70H...',0done_msg       db 'Done.',0x0d,0x0a,0tips_msg       db 'Clock is now working.',0;===============================================================================
SECTION stack align=16 vstart=0resb 256
ss_pointer:;===============================================================================
SECTION program_trail
program_end:

以上就是全部的代码了（加载器采用第八章的）

也不知道我这个插件怎么了，显示出的源码歪歪扭扭，没有对齐好吧，咱们就凑合看吧。

2.用户程序结构图

3.中断处理程序

最开始的部分是头部，严格遵循第八章作者约定的格式，我们就不多说了。

;===============================================================================
SECTION code align=16 vstart=0           ;定义代码段（16字节对齐）
new_int_0x70:push axpush bxpush cxpush dxpush es

这里就开始中断处理程序了。首先是把用到的寄存器入栈，这是必须的。

.w0:                                    mov al,0x0a                        ;阻断NMI。当然，通常是不必要的or al,0x80                          out 0x70,alin al,0x71                         ;读寄存器Atest al,0x80                       ;测试第7位UIP jnz .w0                            ;以上代码对于更新周期结束中断来说 ;是不必要的 xor al,alor al,0x80out 0x70,alin al,0x71                         ;读RTC当前时间(秒)push axmov al,2or al,0x80out 0x70,alin al,0x71                         ;读RTC当前时间(分)push axmov al,4or al,0x80out 0x70,alin al,0x71                         ;读RTC当前时间(时)push ax

这段代码要细说，有很多新知识。

（1）CMOS RAM

在外围设备控制芯片（ICH）内部，集成了实时时钟电路（RTC）和两小块由互补金属氧化物（CMOS）材料组成的静态存储器（CMOS RAM）。实时时钟电路负责计时，而日期和时间的数值则存储在这块存储器中，它们由电脑主板上的一个小纽扣电池提供能量。

日期和时间信息存储在CMOS RAM中，通常CMOS RAM有128个存储单元，而日期和时间信息只占了一小部分容量，其余空间则保存整机的配置信息。

RTC芯片由一个频率为32.768kHz的晶振驱动，经过分频后，用于对CMOS RAM进行每秒一次的时间刷新。

表格9-1 CMOS RAM中的时间信息

偏移地址	内容	偏移地址	内容
0x00	秒	0x07	日
0x01	闹钟秒	0x08	月
0x02	分	0x09	年
0x03	闹钟分	0x0a	寄存器A
0x04	时	0x0b	寄存器B
0x05	闹钟时	0x0c	寄存器C
0x06	星期	0x0d	寄存器D

CMOS RAM的访问，需要两个端口：0x70是索引端口，用来指定内存单元；0x71是数据端口，用来读写相应单元里的内容。

举例：

mov al,2
out 0x70,al ;指定内存单元为2
in al,0x71 ;读RTC当前时间(分)

需要说明的是，从很早的时候开始，端口0x70的最高位是控制NMI中断的开关，当它为0时，允许NMI中断；为1时，阻断所有的NMI信号。其他7个bit,实际上用来指定CMOS RAM单元的索引号。

作者为了简化问题，所以在访问RTC时，直接关闭NMI，访问结束后，再打开NMI（不管它之前是不是打开的）。

查阅资料，有的朋友说“访问CMOS RAM可能导致产生NMI，所以需要关闭NMI。”

还有一点要注意：CMOS RAM中保存的日期和时间，默认是8421 BCD编码，也就是用0000~1001分别代表它所对应的十进制数。

.w0:                                    mov al,0x0a                        ;访问寄存器Aor al,0x80                         ;阻断NMIout 0x70,alin al,0x71                         ;读寄存器Atest al,0x80                       ;测试第7位UIP jnz .w0                            ;以上代码对于更新周期结束中断来说是不必要的

test al,0x80 ，这句是测试寄存器A的bit7

正如书上155页所说：

CMOS RAM中的时间和日期会由RTC周期性地更新，在此期间，用户程序不应当访问它们。

寄存器A的bit7为0时，表示更新周期至少在488us内不会启动。换句话说，此时访问时间信息是安全的。

寄存器A的bit7为1时，表示正处于更新周期或者马上就要启动。

可以看到，上面的代码就是反复测试寄存器A的bit7，如果是0，可以向下执行。

xor al,alor al,0x80out 0x70,alin al,0x71                         ;读RTC当前时间(秒)push ax

这段代码很好理解，就是读出秒，并且把结果压栈（压栈时为了之后显示在屏幕上）

mov al,2or al,0x80out 0x70,alin al,0x71                         ;读RTC当前时间(分)push axmov al,4or al,0x80out 0x70,alin al,0x71                         ;读RTC当前时间(时)push ax

道理同上。

mov al,0x0c                        ;寄存器C的索引。且开放NMI out 0x70,alin al,0x71                         ;读一下RTC的寄存器C，否则只发生一次中断;此处不考虑闹钟和周期性中断的情况

这里要说一下寄存器C，这个寄存器是只读寄存器。可以通过读取这个寄存器，知道中断是否发生，如果发生，还可以知道中断原因。

寄存器C是8位寄存器。

[3:0]：保留；

[7]:中断请求标志，周期性中断/闹钟中断/更新结束中断，任何一种发生都会使这位置1；

[6]:周期性中断标志，置1则表示发生了周期性中断

[5]:闹钟中断标志，置1则表示发生了闹钟中断

[4]:更新结束中断标志，置1则表示发生了更新结束中断

注意，对寄存器的读操作将导致[7:4]清零。在中断发生后，我们应该读取这个寄存器，将其清零，否则同样的中断不再产生。

（2）把BCD码转换为ascii码

前面的代码中，把时分秒都读取出来并且压栈了。下一步的工作就是出栈，在屏幕上显示。前文已经说过，CMOS RAM中保存的日期和时间，默认是8421 BCD编码，所以我们可以利用一个过程，把BCD编码转换成与其对应的ascii码。

bcd_to_ascii:                            ;BCD码转ASCII;输入：AL=bcd码;输出：AX=asciimov ah,al                          ;分拆成两个数字 and al,0x0f                        ;仅保留低4位 add al,0x30                        ;转换成ASCII shr ah,4                           ;逻辑右移4位 and ah,0x0f                        add ah,0x30ret

举个例子来说吧，比如前面我们读取了小时到AL中，比如是12时，那么al=00010010b；前文我们压栈是把AX压进去，也就是说AX的低8位（AL）是有用的。现在我们需要调用这个过程，把00010010b转换成0x3132（因为字符‘1’对应的ASCII码是0x31，字符‘2’对应的ASCII码是0x32）。

mov ah,al ;分拆成两个数字
and al,0x0f ;仅保留低4位（就是个位）
add al,0x30 ;把个位转换成ASCII

shr ah,4 ;逻辑右移4位，ah中是十位数字
and ah,0x0f
add ah,0x30 ；把十位转换成ASCII

OK，这样之后，AX的高八位就是十位的ASCII，低八位就是个位的ASCII；

（3）把时间信息显示在屏幕上

mov ax,0xb800mov es,axpop axcall bcd_to_asciimov bx,12*160 + 36*2               ;从屏幕上的12行36列开始显示mov [es:bx],ahmov [es:bx+2],al                   ;显示两位小时数字mov al,':'mov [es:bx+4],al                   ;显示分隔符':'not byte [es:bx+5]                 ;反转显示属性

前两句让es指向了显示缓冲区；

pop ax ;小时出栈
call bcd_to_ascii ;转为ASCII码
mov bx,12*160 + 36*2 ;从屏幕上的12行36列开始显示

mov [es:bx],ah ;显示小时的十位
mov [es:bx+2],al ;显示小时的个位

mov al,':'
mov [es:bx+4],al ;显示分隔符':'
not byte [es:bx+5] ;反转显示属性

其实前两句可以写成

mov [es:bx+4],':’ ;显示分隔符':'

not是按位取反指令，假如之前属性是0x07（黑底白字），那么Not之后就是0xf8（闪烁白底灰色字）。

pop axcall bcd_to_asciimov [es:bx+6],ahmov [es:bx+8],al                   ;显示两位分钟数字mov al,':'mov [es:bx+10],al                  ;显示分隔符':'not byte [es:bx+11]                ;反转显示属性pop axcall bcd_to_asciimov [es:bx+12],ahmov [es:bx+14],al                  ;显示两位小时数字

上面的代码同理。

mov al,0x20                        ;中断结束命令EOI out 0xa0,al                        ;向从片发送 out 0x20,al                        ;向主片发送

书上162页已经说明：在中断处理过程的结尾，我们要显式地向8259芯片写中断结束命令EOI（至于具体原因，可以参考361页，图17-17：8259A的初始化命令字）。如果外部中断是8259主片处理的，那么仅发送给主片即可，端口号是0x20；如果外部中断是由从片处理的，那么命令既要发给主片也要发给从片，端口号是0xa0. 中断结束命令的代码是0x20.

pop espop dxpop cxpop bxpop axiret

寄存器出栈，用iret命令返回。

4.主程序

（1）初始化

start:mov ax,[stack_segment]mov ss,axmov sp,ss_pointermov ax,[data_segment]mov ds,axmov bx,init_msg                    ;显示初始信息 call put_stringmov bx,inst_msg                    ;显示安装信息 call put_string

这就是程序的入口了。首先，设置栈段，栈段被安排在整个程序的末尾，保留了256字节。

SECTION stack align=16 vstart=0resb 256
ss_pointer:;===============================================================================
SECTION program_trail
program_end:

之后，设置好DS，令其指向数据段；然后显示一些信息。

（2）中断初始化和安装

书上158页说：在计算机启动期间，BIOS会初始化中断控制器，将主片的中断号设为从0x08开始，从片的从0x70开始。从上图可以看出来，实时时钟连到了从片的IR0，也就是说实时时钟的中断号是0x70.

mov al,0x70mov bl,4mul bl                             ;计算0x70号中断在IVT中的偏移mov bx,ax                          cli                                ;防止改动期间发生新的0x70号中断

前文已经说过：

中断向量在中断向量表中的位置=中断类型号×4

N*4的字单元存放偏移地址；

N*4+2的字单元存放段基址。

我们已经知道中断类型号是0x70了，下面要计算它在中断向量表中的位置（也就是计算0x70*4）：用乘法指令， AX=AL*r8; 前四句执行后，BX中就是0x70号中断向量在向量表中的偏移。

cli这个指令用来清除IF位标志，相当于屏蔽外部中断。因为在修改中断向量表时，如果表项信息只修改了一部分，这时候发生0x70号中断，将会产生不可预料的问题。

push esmov ax,0x0000mov es,axmov word [es:bx],new_int_0x70      ;偏移地址。mov word [es:bx+2],cs              ;段地址pop es

将ES压栈（暂时保存），并使它指向中断向量表所在的段，把偏移地址设置为new_int_0x70 ，把段基地址设置为CS。最后恢复ES。

mov al,0x0b                        ;RTC寄存器Bor al,0x80                         ;阻断NMI out 0x70,almov al,0x12                        ;设置寄存器B，禁止周期性中断，开放更 out 0x71,al                        ;新结束后中断，BCD码，24小时制

上面的代码用来设置寄存器B；寄存器B与本实验相关的位有：

[7]: 0表示更新周期每秒都会发生；1表示中止当前的更新周期，此后也不再产生更新周期；

[6]: 0表示禁止周期性中断，1表示允许周期性中断；

[5]: 0表示闹钟中断禁止，1表示闹钟中断允许；

[4]: 0表示禁止更新结束中断，1表示允许更新结束中断；

[3]:该位空着不用；

[2]:数据模式，0表示BCD，1表示2进制；

[1]: 小时格式，0表示12小时制（bit7为0时表示AM，为1表示PM，举例：在BCD模式下，10010001b表示上午11点），1表示24小时制；

[0]:该位空着不用；

从代码可以看出，我们写入寄存器B的值是0x12,也就是：

[7]:0,允许更新周期发生；

[6]:0,禁止周期性中断；

[5]:0,禁止闹钟中断；

[4]:1,允许更新结束中断；

[3]:0

[2]:0,BCD模式

[1]:1,24小时制

[0]:0

mov al,0x0cout 0x70,alin al,0x71                         ;读RTC寄存器C，复位未决的中断状态

读寄存器C，使之开始产生中断信号。注意，在向端口0x70写入al的同时，也打开了NMI，因为这是最后一次在主程序中访问RTC。到此，RTC芯片设置完毕。

in al,0xa1                         ;读8259从片的IMR寄存器 and al,0xfe                        ;清除bit 0(此位连接RTC)out 0xa1,al                        ;写回此寄存器 sti                                ;重新开放中断

8259A内部有一个中断屏蔽寄存器，如下图所示：

IMR是一个8位的寄存器，位0-7对应着引脚中断IR0-IR7；如果对应的位为0，则允许中断；为1，则屏蔽中断。

我们通过端口0xa1读取从片的IMR寄存器，用and指令清除bit0（其他位保持原样），然后再写回去。这样，关于中断的初始化就完成了。

最后，sti指令将IF置1，打开中断。从这时候开始，随时发生的中断就可以被处理了。

mov bx,done_msg                    ;显示安装完成信息 call put_stringmov bx,tips_msg                    ;显示提示信息call put_string

显示一些信息，表示中断设置和安装已完成。

mov cx,0xb800mov ds,cxmov byte [12*160 + 33*2],'@'       ;屏幕第12行，33列

在屏幕12行33列显示一个“@”；

.idle:hlt                                ;使CPU进入低功耗状态，直到用中断唤醒not byte [12*160 + 33*2+1]         ;反转显示属性 jmp .idle

hlt是停机指令，使程序停止运行。这时候处理器进入暂停状态，不执行任何操作。当复位线上有复位信号、CPU响应非屏蔽中断、CPU响应可屏蔽中断3种情况之一发生时，CPU就会脱离暂停状态，执行hlt的下一条指令。

代码分析就到这里吧，下次我们看一下运行结果。