Порты ввода-вывода

Порты ввода/вывода
Прикладная программа
Операционная система
BIOS / UEFI

Порты ввода/вывода
Используются для взаимодействия с внешними устройствами.
216 портов по 8 бит.
С номерами от 0000 до FFFF.
F8–FF — зарезервированы.
Соседние 8-битные порты могут группироваться в 16- и 32-битные.

Инструкция IN
Операнды:
первый (приёмник) — AL/AX/EAX;
второй (источник) — imm8 или DX.
Читает значение из порта.
Второй операнд задаёт номер порта.

Инструкция OUT
Операнды:
первый (приёмник) — imm8 или DX;
второй (источник) — AL/AX/EAX.
Записывает значение в порт.
Первый операнд задаёт номер порта.

Инструкции INS и OUTS
Среди строковых команд есть две для работы с портами:
INSB/INSW/INSD
OUTSB/OUTSW/OUTSD
Принцип работы — аналогично другим строковым командам.

Порты ввода/вывода
Внешним устройствам ставятся в соответствие те или иные порты.
Для некоторых устройств номера портов фиксированные.
Для некоторых — могут изменяться.
Запись в порт — отправка данных устройству.
Чтение из порта — приём данных от устройства.

Порты ввода/вывода
Пример:
Видеоадаптер VGA использует порты с номерами 03B0–03DF.
Порты 03C7, 03C8 и 03C9 можно использовать для чтения/изменения используемого набора цветов.

Порты ввода/вывода
Изменение цвета номер X (0–255):
В порт 3C8 записать номер цвета X.
В порт 3C9 последовательно записать
красную составляющую (0–63);
зелёную составляющую (0–63);
синюю составляющую (0–63).

Порты ввода/вывода
Получение цвета номер X (0–255):
В порт 3C7 записать номер цвета X.
Из порта 3C9 последовательно читать
красную составляющую;
зелёную составляющую;
синюю составляющую.

Порты ввода/вывода
Порты 0040–0043 используются для управления таймерами.
Есть три канала таймеров:
Канал 0 отвечает за таймер, срабатывающий 18.2 раза в секунду и генерирующий прерывание 08h.
Канал 1 отвечает за memory refresh.
Канал 2 позволяет управлять встроенным динамиком (пищалкой).

Порты ввода/вывода
Порты 0060–0063 используются для управления PPI — Programmable Peripheral Interface.
Бит 1 порта 0061 управляет состоянием встроенного динамика:
Всего 2 состояния.
Изменяя значение этого бита с определённой частотой, можно добиться звука требуемой частоты.

Порты ввода/вывода
Для вывода звука можно соединить выход таймера 2 со входом динамика.
См. TechHelp -> Speaker control

Порты ввода/вывода
Порты 0330 и 0331 используются для взаимодействия с MPU-401 (если есть такое устройство).
Эмулируется NTVDM и DOSBox.
Но в NTVDM есть ошибка эмуляции, из-за которой нота начинает звучать только после записи следующего сообщения.

MPU-401
MPU — MIDI Processing Unit.
MIDI:
16 каналов (канал 10 — перкуссия);
один из 128 инструментов в каждом.
В режиме UART MP-401 просто передаёт поступающие данные на устройство воспроизведения.

MPU-401
Порт 0331 — управляющий:
используется для отправки команд и определения готовности MPU-401 к приёму/передаче данных/команд.
Порт 0330 — порт данных:
используется для передачи данных (MIDI-сообщений).

MPU-401
Сброс устройства:
отправить команду FFh в порт 331.
Переключение в режим UART:
отправить команду 3Fh в порт 331.
Воспроизведение звуков:
посылать MIDI-сообщения в порт 330.

MIDI-сообщения
nnnn — номер канала
kkkkkkk — номер клавиши (ноты)
vvvvvvv — сила (скорость) нажатия/отпускания
ppppppp — номер программы (инструмента)

MIDI-сообщения

MPU-401
Бит 6 порта 330h равен 0, когда MPU-401 готов принимать данные.
Нужно дождаться этого перед отправкой MIDI-сообщения.
Бит 7 порта 330h равен 0, когда MPU-401 хочет передать данные.
Нужно считывать данные перед продолжением работы.

Порты ввода/вывода
Для большинства устройств взаимодействие намного сложнее.
С ними приходится общаться через контроллер шины, к которой они подключены (ISA, PCI и т.п.).
Само устройство может содержать сотни т.н. регистров и поддерживать десятки различных режимов работы.

Порты ввода/вывода
Для большинства устройств взаимодействие намного сложнее.
Драйвер — набор процедур, реализующих взаимодействие с устройством.
ОС определяет, какие процедуры должен содержать драйвер.