單片機串行通信發射機 我所做的單片機串行通信發射機主要在實驗室完成,參考有關的書籍和資料，個人完成電路的設計、焊接、檢查、調試，再根據自己的硬件和通信協議用匯編語言編寫發射和顯示程序，然后加電調試，最終達到準確無誤的發射和顯示。在這過程中需要選擇適當的元件，合理的電路圖扎實的焊接技術，基本的故障排除和糾正能力，會使用基本的儀器對硬件進行調試，會熟練的運用匯編語言編寫程序，會用相關的軟件對自己的程序進行翻譯，并燒進芯片中，要與對方接收機統一通信協議，要耐心的反復檢查、修改和調試，直到達到預期目的。單片機串行通信發射機采用串行工作方式，發射并顯示兩位數字信息，既顯示00-99，使數據能夠在不同地方傳遞。硬件部分主要分兩大塊，由AT89C51和多個按鍵組成的控制模塊，包括時鐘電路、控制信號電路，時鐘采用6MHZ晶振和30pF的電容來組成內部時鐘方式，控制信號用手動開關來控制，P1口來控制，P2、P3口產生信號并通過共陽極數碼管來顯示，軟件采用匯編語言來編寫，發射程序在通信協議一致的情況下完成數據的發射，同時顯示程序對發射的數據加以顯示。畢業設計的目的是了解基本電路設計的流程，豐富自己的知識和理論，鞏固所學的知識，提高自己的動手能力和實驗能力，從而具備一定的設計能力。我做得的畢業設計注重于對單片機串行發射的理論的理解，明白發射機的工作原理，以便以后單片機領域的開發和研制打下基礎，提高自己的設計能力，培養創新能力，豐富自己的知識理論，做到理論和實際結合。本課題的重要意義還在于能在進一步層次了解單片機的工作原理，內部結構和工作狀態。理解單片機的接口技術，中斷技術，存儲方式，時鐘方式和控制方式，這樣才能更好的利用單片機來做有效的設計。我的畢業設計分為兩個部分，硬件部分和軟件部分。硬件部分介紹：單片機串行通信發射機電路的設計，單片機AT89C51的功能和其在電路的作用。介紹了AT89C51的管腳結構和每個管腳的作用及各自的連接方法。AT89C51 與MCS-51 兼容，4K字節可編程閃爍存儲器，壽命：1000次可擦，數據保存10年，全靜態工作：0HZ-24HZ，三級程序存儲器鎖定，128*8 位內部RAM，32 跟可編程I/O 線，兩個16 位定時/計數器，5 個中斷源，5 個可編程串行通道，低功耗的閑置和掉電模式，片內震蕩和時鐘電路，P0和P1 可作為串行輸入口，P3口因為其管腳有特殊功能，可連接其他電路。例如P3.0RXD 作為串行輸出口，其中時鐘電路采用內時鐘工作方式，控制信號采用手動控制。數據的傳輸方式分為單工、半雙工、全雙工和多工工作方式；串行通信有兩種形式，異步和同步通信。介紹了串行串行口控制寄存器，電源管理寄存器PCON，中斷允許寄存器IE，還介紹了數碼顯示管的工作方式、組成，共陽極和共陰極數碼顯示管的電路組成，有動態和靜態顯示兩種方式，說明了不同顯示方法與單片機的連接。再后來還介紹了硬件的焊接過程，及在焊接時遇到的問題和應該注意的方面。硬件焊接好后的檢查電路、不裝芯片上電檢查及上電裝芯片檢查。軟件部分：在了解電路設計原理后，根據原理和目的畫出電路流程圖，列出數碼顯示的斷碼表，計算波特率，設置串行口，在與接受機設置相同的通信協議的基礎上編寫顯示和發射程序。編寫完程序還要進行編譯，這就必須會使用編譯軟件。介紹了編譯軟件的使用和使用過程中遇到的問題，及在編譯后燒入芯片使用的軟件PLDA，后來的加電調試，及遇到的問題，在沒問題后與接受機連接，發射數據，直到對方準確接收到。在軟件調試過程中將詳細介紹調試遇到的問題，例如：通信協議是否相同，數碼管是否與芯片連接對應，計數器是否開始計數等。
上傳時間： 2013-10-19
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用C18編譯器進行Microwire串行EEPROM與PIC18單片機的接口設計 AN1004中文資料 目前市場上有許多種單片機用在嵌入式控制系統設計中，這些嵌入式控制系統中的很大一部分都要用到非易失性存儲器。由于串行EEPROM 具有封裝尺寸小，存儲容量靈活，對I/O 引腳要求低，和低功耗低成本等特點，已成為非易失性存儲器的首選。 為了滿足市場需求， Microchip Technology 已經推出了一整套符合工業標準的串行EEPROM，覆蓋了2 線式（I2C™）、3 線式（Microwire）和SPI 通信標準，并提供了不同的存儲容量、工作電壓范圍和封裝形式。
上傳時間： 2013-10-22
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7.1 串行通信基本知識7.2 串行口及應用7.3 RS-232C標準接口總線 及串行通信硬件設計7.4 89C51與89C51點對點異步通信7.5 89C51與PC機間通信軟件的設計7.6 PC機與多個單片機間的通信本章將介紹89C51串行口的結構及應用PC機與89C51間的雙機通信一臺PC機控制多臺89C51前沿機的分布式系統，以及通信接口電路和軟件設計，并給出設計實例，包括接口電路、程序框圖、主程序和接收/發送子程序．
上傳時間： 2013-10-27
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自動檢測80C51串行通訊中的波特率:本文介紹一種在80C51 串行通訊應用中自動檢測波特率的方法。按照經驗，程序起動后所接收到的第1 個字符用于測量波特率。這種方法可以不用設定難于記憶的開關，還可以免去在有關應用中使用多種不同波特率的煩惱。人們可以設想：一種可靠地實現自動波特檢測的方法是可能的，它無須嚴格限制可被確認的字符。問題是：在各種的條件下，如何可以在大量允許出現的字符中找出波特率定時間隔。顯然，最快捷的方法是檢測一個單獨位時間（single bit time），以確定接收波特率應該是多少。可是，在RS-232 模式下，許多ASCII 字符并不能測量出一個單獨位時間。對于大多數字符來說，只要波特率存在合理波動（這里的波特率是指標準波特率），從起始位到最后一位“可見”位的數據傳輸周期就會在一定范圍內發生變化。此外，許多系統采用8 位數據、無奇偶校驗的格式傳輸ASCII 字符。在這種格式里，普通ASCII 字節不會有MSB 設定，并且，UART總是先發送數據低位（LSB），后發送數據高位（MSB），我們總會看見數據的停止位。在下面的波特率檢測程序中，先等待串行通訊輸入管腳的起始信號（下降沿），然后起動定時器T0。在其后的串行數據的每一個上升沿，將定時器T0 的數值捕獲并保存。當定時器T0溢出時，其最后一次捕獲的數值即為從串行數據起始位到最后一個上升沿（我們假設是停止位）過程所持續的時間。
上傳時間： 2014-08-22
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單片機溫度采集器與PC104分站的串行通信:用PC104 模塊組建的礦井變電所采集分站,具有強大的以太網和CAN 總線通信功能。在PC104模塊底板上,設計了一個基于89C2051 單片機的溫度采集器,用于采集溫度傳感器監測值并通過串口將該監測值傳送到PC104 分站。該設計簡化了變電所環境溫度監測的軟、硬件,并且編程簡單,充分利用了PC104 的空閑串口資源。關鍵詞:溫度采集器; 單片機; 串行通信; PC104
上傳時間： 2013-11-24
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串口調試軟件SSCOM可供免費使用，免費下載，本軟件可以在Win95/98、Win2000、WinNT、WinXP下面運行.軟件功能主要為: 1.接收從串口進來的數據并在窗口顯示. 2.所接收到的數據數據顯示方式可以選擇為字符方式或者HEX方式 4.中文顯示無亂碼,且不影響速度 5.串口波特率可以選擇為110bps-256000bps.(波特率>115200時需要硬件支持) 6.可以即時顯示存在的串口號.如果您增加了usb轉串口等設備,串口號也會在列表中出現. 7.可以選擇“5、6、7、8”四種數據長度. 8.可以選擇為“1、1.5、2”三種停止位.（1.5停止位需要硬件支持) 8.第9位數據可以選擇為“無、奇校驗、偶校驗、1、0”四種方式. 9.可以選擇“無流控、軟流控、硬流控、自定義”四種流控方式. 10.串口設置和字符串操作等設置在程序關閉時自動保存，打開時自動載入. 11.可以在接收窗口按鍵即發送該鍵值. 12.可以在字符串輸入框輸入您想發送的字符串，并發送. 13.可以在字符串輸入框輸入您想發送的HEX數據串，數據的值從00到FF，沒有任何限制. 14.可以定時重復發送數據，并可以設置發送時間間隔. 15.可以在發送字符串時選擇發送新行，即自動加上回車換行. 16.可以顯示當前串口的CTS、DSR、RLSL(CD)信號線的狀態. 17.可以自由控制當前串口的DTR、RTS信號線的輸出狀態. 18.可以打開一個文本文件或者一個二進制文件預覽其內容，查看方式可以是文本或者HEX方式. 19.可以打開一個文本文件或者一個二進制文件并以當前波特率發送到串口. 20.可以保存窗口內容到一個文本文件,文件名取自當前時間，保存在當前目錄. 21.可以即時顯示發送的字節數和接收到的字節數，按清除窗口將會清零. 22.帶有功能強大的擴展功能：多條字符串發送定義和網上查找串口資料等. 23.可以定義最多32條預備發送的字符串，每條字符串可以定義為HEX數據串或者字符串方式.在每一條數據的左邊打勾就表示這是一條hex數據串. 24.點擊字符串右邊的標號即可以發送這條定義好的字符串. 25.可以設置為循環發送你定義過的多條字符串，并且可以設置發送時間間隔. 26.在串口資料欄您可以從mcu51網站或者Google查找有關串口技術資料. 27.在串口資料欄您可以進入技術討論bbs，在此發表您的高見或者提出您的問題和需求. 28.在產品信息欄您可以獲得現時最新的產品信息. 29.這是個綠色軟件，單個文件即可執行，不會給您的機器增加任何負擔. 此版本使用C++Builder編寫，相對于上一版本SSCOM2.0，主要改進在: 1.程序更穩定可靠,修改了一些報錯信息.使用更加人性化。 2.修改了避免顯示漢字亂碼的算法,快了許多. 3.hex數據輸入的錯誤兼容性. 4.發送字符串可以加發回車換行. 5.可以保存窗口內容到文件. 6.發送和接收的字符數統計更準確. 7.不再接收到一定數量字符數就清屏,因為發現即使收到很多內容也不會溢出,速度仍然很快. 8,可以打開二進制文件并發送,從前只能發文本文件. 9.打開文件后可以用asc方式或者hex方式預覽文件中前4K內容. 10.發送文件前告訴操作者需要發送多少時間.免得久等. 11.新增功能強大的擴展功能,多達32條自定義字符串操作,程序關閉時這些字符串會自動保存，下次開機時再載入,每條可以定義為HEX數據串或者ASC字符串,按后邊的數字按鈕可以發送.也可以自動循環發送定義過的字符串. 12.新增串口設置自動保存. 13.加入了網絡支持功能，用戶很方便討論問題和找到技術支持.
上傳時間： 2013-10-26
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一、實驗目的１．掌握定時/計數器、輸入/輸出接口電路設計方法。 ２．掌握中斷控制編程技術的方法和應用。３．掌握8086匯編語言程序設計方法。 二、實驗內容與要求 微機燈光控制系統主要用于娛樂場所的彩燈控制。系統的彩燈共有12組，在實驗時用12個發光二極管模擬。1. 基本要求：燈光控制共有8種模式，如12個燈依次點亮；12個燈同時閃爍等八種。系統可以通過鍵盤和顯示屏的人機對話，將8種模式進行任意個數、任意次序的連接組合。系統不斷重復執行輸入的模式組合，直至鍵盤有任意一個鍵按下，退出燈光控制系統，返回DOS系統。2. 提高要求：音樂彩燈控制系統，根據音樂的變化控制彩燈的變化，主要有以下幾種：第一種為音樂節奏控制彩燈，按音樂的節拍變換彩燈花樣。第二種音律的強弱（信號幅度大小）控制彩燈。強音時，燈的亮度加大，且被點亮的數目增多。第三種按音調高低（信號頻率高低）控制彩燈。低音時，某一部分燈點亮；高音時，另一部分點亮。 三、實驗報告要求 １．設計目的和內容 ２．總體設計 ３．硬件設計：原理圖（接線圖）及簡要說明 ４．軟件設計框圖及程序清單５．設計結果和體會（包括遇到的問題及解決的方法） 四、設計原理我們以背景霓虹燈的一種顯示效果為例，介紹控制霓虹燈顯示的基本原理。設有一排 n 段水平排列的霓虹燈，某種顯示方式為從左到右每0.2 秒逐個點亮。其控制過程如下： 若以“ 1 ”代表霓虹燈點亮，以“ 0 ”代表霓虹燈熄滅，則開始時刻， n 段霓虹燈的控制信號均為“ 0 ”，隨后，控制器將一幀 n 個數據送至 n 段霓虹燈的控制端，其中，最左邊的一段霓虹燈對應的控制數據為“ 1 ”，其余的數據均為零，即 1000 … 000 。當 n 個數據送完以后，控制器停止送數，保留這種狀態（定時） 0.2 秒，此時，第 1 段霓虹燈被點亮，其余霓虹燈熄滅。隨后，控制器又在極短的時間內將數據 1100 … 000 送至霓虹燈的控制端，并定時 0.2 秒，這段時間，前兩段霓虹燈被點亮。由于送數據的過程很快，我們觀測到的效果是第一段霓虹燈被點亮 0.2 秒后，第 2 段霓虹燈接著被點亮，即每隔 0.2 秒顯示一幀圖樣。如此下去，最后控制器將數據 1111 … 111 送至 n 段霓虹燈的控制端，則 n 段霓虹燈被全部點亮。 只要改變送至每段霓虹燈的數據，即可改變霓虹燈的顯示方式，顯然，我們可以通過合理地組合數據（編程）來得到霓虹燈的不同顯示方式。 五、總體方案論證分析系統設計思路如下：1) 采集8位開關輸入信號，若輸入數據為0時，將其修改為1。確定輸入的硬件接口電路。采樣輸入開關量，并存入NUM的軟件程序段。2) 以12個燈依次點亮為例(即燈光控制模式M1)，考慮與其相應的燈光顯示代碼數據。確定顯示代碼數據輸出的接口電路。輸出一個同期顯示代碼的軟件程序段（暫不考慮時隙的延時要求）。3) 應用定時中斷服務和NUM數據，實現t＝N×50ms的方法。4) 實現某一種模式燈光顯示控制中12個時隙一個周期，共重復四次的控制方法。要求在初始化時采樣開關輸入數據NUM，并以此控制每一時隙的延時時間；在每一時隙結束時，檢查有無鍵按下，若是退出鍵按下，則結束燈光控制，返回DOS系統，若是其他鍵就返回主菜單，重新輸入控制模式數據。5) 通過人機對話，輸入8種燈光顯示控制模式的任意個數、任意次序連接組合的控制模式數據串（以ENTER鍵結尾）。對輸入的數據進行檢查，若數據都在1 - 8之間，則存入INBUF；若有錯誤，則通過屏幕顯示輸入錯誤，準備重新輸入燈光顯示控制模式數據。6) 依次讀取INBUF中的控制模式數據進行不同模式的燈光顯示控制，在沒有任意鍵按下的情況下，系統從第一個控制模式數據開始，順序工作到最后一個控制模式數據后，又返回到第一個控制模式數據，不斷重復循環進行燈光顯示控制。7) 本系統的軟件在總體上有兩部份，即主程序（MAIN）和實時中斷服務程序（INTT）。討論以功能明確、相互界面分割清晰的軟件程序模塊化設計方法。即確定有關功能模塊，并畫出以功能模塊表示的主程序（MAIN）流程框圖和定時中斷服務程序的流程框圖。 六、硬件電路設計 以微機實驗平臺和PC機資源為硬件設計的基礎,不需要外加電路。主要利用了以下的資源：1．8255并行口電路8255并行口電路主要負責數據的輸入與輸出，可以輸出數據控制發光二極管的亮滅和讀取乒乓開關的數據。實驗時可以將8255的A口、B口和一組發光二極管相連，C口和乒乓開關相連。2．8253定時/計數器8253定時/計數器和8259中斷控制器一起實現時隙定時。本設計的定時就是采用的t＝N×50ms的方法，50ms由8253定時/計數器的計數器0控制定時，N是在中斷服務程序中軟件計時。8253的OUT0接到IRQ2，產生中斷請求信號。8253定時/計數器定時結束會發出中斷信號，進入中斷服務程序。3．PC機資源本設計除了利用PC機作為控制器之外，還利用了PC機的鍵盤和顯示器。鍵盤主要是輸入控制模式數據，顯示器就是顯示提示信息。 七、軟件設計 軟件主要分為主程序（MAIN）和中斷服務程序（INTT），主程序包含系統初始化、讀取乒乓開關、讀取控制模式數據以及按鍵處理等模塊。中斷服務程序主要是定時時間到后根據控制模式數據點亮相應的發光二極管。1．主程序主程序的程序流程圖如圖1所示。
上傳時間： 2014-04-05
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基于P87 C591的CAN總線系統智能節點設計Design of CAN System Intelligent Node Based on P87C591 給出了基于帶CAN控制器的單片8位微控制器P87C591的智能節點的硬件電路及軟件結構，詳細介紹了設計中的難點及實現過程中應注意的問題。關鍵詞:CAN總線;智能節點 Abstract:A h ardc ircuita nds oftw arec onfigurationo fth ei ntelligentnode based on a microcontroller with CAN controller P87C591 arepresented.E speciallyt hec ruxi nd esigninga ndt hep roblemst hatshould be paid attention in realizing are discussed in details.Keyw ords:C AN;in telligentn ode CA N 總線 是德國Bosch從20世紀80年代初為解決現代汽車中眾多的控制與測試儀器之間的數據交換而開發的一種串行數據通信協議，它是一種多主總線，通信介質可以是雙絞線、同軸電纜或光導纖維。由于CAN總線具有較強的糾錯能力，支持差分收發，因而適合高噪聲環境。并具有較遠的傳輸距離，適用于許多領域的分布式測控系統。目前已在工業自動化、建筑物環境控制、醫療設備等許多領域得到廣泛的應用。CAN已成為國際標準化組織IS011898標準。
上傳時間： 2013-10-30
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串行編程器源程序(Keil C語言)//FID=01:AT89C2051系列編程器//實現編程的讀，寫，擦等細節//AT89C2051的特殊處:給XTAL一個脈沖，地址計數加1;P1的引腳排列與AT89C51相反，需要用函數轉換#include <e51pro.h> #define C2051_P3_7 P1_0#define C2051_P1 P0//注意引腳排列相反#define C2051_P3_0 P1_1#define C2051_P3_1 P1_2#define C2051_XTAL P1_4#define C2051_P3_2 P1_5#define C2051_P3_3 P1_6#define C2051_P3_4 P1_7#define C2051_P3_5 P3_5 void InitPro01()//編程前的準備工作{ SetVpp0V(); P0=0xff; P1=0xff; C2051_P3_5=1; C2051_XTAL=0; Delay_ms(20); nAddress=0x0000; SetVpp5V();} void ProOver01()//編程結束后的工作，設置合適的引腳電平{ SetVpp5V(); P0=0xff; P1=0xff; C2051_P3_5=1; C2051_XTAL=1;} BYTE GetData()//從P0口獲得數據{ B_0=P0_7; B_1=P0_6; B_2=P0_5; B_3=P0_4; B_4=P0_3; B_5=P0_2; B_6=P0_1; B_7=P0_0; return B;} void SetData(BYTE DataByte)//轉換并設置P0口的數據{ B=DataByte; P0_0=B_7; P0_1=B_6; P0_2=B_5; P0_3=B_4; P0_4=B_3; P0_5=B_2; P0_6=B_1; P0_7=B_0;} void ReadSign01()//讀特征字{ InitPro01(); Delay_ms(1);//----------------------------------------------------------------------------- //根據器件的DataSheet，設置相應的編程控制信號 C2051_P3_3=0; C2051_P3_4=0; C2051_P3_5=0; C2051_P3_7=0; Delay_ms(20); ComBuf[2]=GetData(); C2051_XTAL=1; C2051_XTAL=0; Delay_us(20); ComBuf[3]=GetData(); ComBuf[4]=0xff;//----------------------------------------------------------------------------- ProOver01();} void Erase01()//擦除器件{ InitPro01();//----------------------------------------------------------------------------- //根據器件的DataSheet，設置相應的編程控制信號 C2051_P3_3=1; C2051_P3_4=0; C2051_P3_5=0; C2051_P3_7=0; Delay_ms(1); SetVpp12V(); Delay_ms(1); C2051_P3_2=0; Delay_ms(10); C2051_P3_2=1; Delay_ms(1);//----------------------------------------------------------------------------- ProOver01();} BOOL Write01(BYTE Data)//寫器件{//----------------------------------------------------------------------------- //根據器件的DataSheet，設置相應的編程控制信號 //寫一個單元 C2051_P3_3=0; C2051_P3_4=1; C2051_P3_5=1; C2051_P3_7=1; SetData(Data); SetVpp12V(); Delay_us(20); C2051_P3_2=0; Delay_us(20); C2051_P3_2=1; Delay_us(20); SetVpp5V(); Delay_us(20); C2051_P3_4=0; Delay_ms(2); nTimeOut=0; P0=0xff; nTimeOut=0; while(!GetData()==Data)//效驗:循環讀，直到讀出與寫入的數相同 { nTimeOut++; if(nTimeOut>1000)//超時了 { return 0; } } C2051_XTAL=1; C2051_XTAL=0;//一個脈沖指向下一個單元//----------------------------------------------------------------------------- return 1;} BYTE Read01()//讀器件{ BYTE Data;//----------------------------------------------------------------------------- //根據器件的DataSheet，設置相應的編程控制信號 //讀一個單元 C2051_P3_3=0; C2051_P3_4=0; C2051_P3_5=1; C2051_P3_7=1; Data=GetData(); C2051_XTAL=1; C2051_XTAL=0;//一個脈沖指向下一個單元//----------------------------------------------------------------------------- return Data;} void Lock01()//寫鎖定位{ InitPro01();//先設置成編程狀態//----------------------------------------------------------------------------- //根據器件的DataSheet，設置相應的編程控制信號 if(ComBuf[2]>=1)//ComBuf[2]為鎖定位 { C2051_P3_3=1; C2051_P3_4=1; C2051_P3_5=1; C2051_P3_7=1; Delay_us(20); SetVpp12V(); Delay_us(20); C2051_P3_2=0; Delay_us(20); C2051_P3_2=1; Delay_us(20); SetVpp5V(); } if(ComBuf[2]>=2) { C2051_P3_3=1; C2051_P3_4=1; C2051_P3_5=0; C2051_P3_7=0; Delay_us(20); SetVpp12V(); Delay_us(20); C2051_P3_2=0; Delay_us(20); C2051_P3_2=1; Delay_us(20); SetVpp5V(); }//----------------------------------------------------------------------------- ProOver01();} void PreparePro01()//設置pw中的函數指針，讓主程序可以調用上面的函數{ pw.fpInitPro=InitPro01; pw.fpReadSign=ReadSign01; pw.fpErase=Erase01; pw.fpWrite=Write01; pw.fpRead=Read01; pw.fpLock=Lock01; pw.fpProOver=ProOver01;}
上傳時間： 2013-11-12
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九.輸入/輸出保護為了支持多任務，80386不僅要有效地實現任務隔離，而且還要有效地控制各任務的輸入/輸出，避免輸入/輸出沖突。本文將介紹輸入輸出保護。 這里下載本文源代碼。 <一>輸入/輸出保護80386采用I/O特權級IPOL和I/O許可位圖的方法來控制輸入/輸出，實現輸入/輸出保護。 1.I/O敏感指令輸入輸出特權級(I/O Privilege Level)規定了可以執行所有與I/O相關的指令和訪問I/O空間中所有地址的最外層特權級。IOPL的值在如下圖所示的標志寄存器中。 標 志寄存器 BIT31—BIT18 BIT17 BIT16 BIT15 BIT14 BIT13—BIT12 BIT11 BIT10 BIT9 BIT8 BIT7 BIT6 BIT5 BIT4 BIT3 BIT2 BIT1 BIT0 00000000000000 VM RF 0 NT IOPL OF DF IF TF SF ZF 0 AF 0 PF 1 CF I/O許可位圖規定了I/O空間中的哪些地址可以由在任何特權級執行的程序所訪問。I/O許可位圖在任務狀態段TSS中。 I/O敏感指令 指令 功能 保護方式下的執行條件 CLI 清除EFLAGS中的IF位 CPL<=IOPL STI 設置EFLAGS中的IF位 CPL<=IOPL IN 從I/O地址讀出數據 CPL<=IOPL或I/O位圖許可 INS 從I/O地址讀出字符串 CPL<=IOPL或I/O位圖許可 OUT 向I/O地址寫數據 CPL<=IOPL或I/O位圖許可 OUTS 向I/O地址寫字符串 CPL<=IOPL或I/O位圖許可 上表所列指令稱為I/O敏感指令，由于這些指令與I/O有關，并且只有在滿足所列條件時才可以執行，所以把它們稱為I/O敏感指令。從表中可見，當前特權級不在I/O特權級外層時，可以正常執行所列的全部I/O敏感指令；當特權級在I/O特權級外層時，執行CLI和STI指令將引起通用保護異常，而其它四條指令是否能夠被執行要根據訪問的I/O地址及I/O許可位圖情況而定(在下面論述)，如果條件不滿足而執行，那么將引起出錯碼為0的通用保護異常。 由于每個任務使用各自的EFLAGS值和擁有自己的TSS，所以每個任務可以有不同的IOPL，并且可以定義不同的I/O許可位圖。注意，這些I/O敏感指令在實模式下總是可執行的。 2.I/O許可位圖如果只用IOPL限制I/O指令的執行是很不方便的，不能滿足實際要求需要。因為這樣做會使得在特權級3執行的應用程序要么可訪問所有I/O地址，要么不可訪問所有I/O地址。實際需要與此剛好相反，只允許任務甲的應用程序訪問部分I/O地址，只允許任務乙的應用程序訪問另一部分I/O地址，以避免任務甲和任務乙在訪問I/O地址時發生沖突，從而避免任務甲和任務乙使用使用獨享設備時發生沖突。 因此，在IOPL的基礎上又采用了I/O許可位圖。I/O許可位圖由二進制位串組成。位串中的每一位依次對應一個I/O地址，位串的第0位對應I/O地址0，位串的第n位對應I/O地址n。如果位串中的第位為0，那么對應的I/O地址m可以由在任何特權級執行的程序訪問；否則對應的I/O地址m只能由在IOPL特權級或更內層特權級執行的程序訪問。如果在I/O外層特權級執行的程序訪問位串中位值為1的位所對應的I/O地址，那么將引起通用保護異常。 I/O地址空間按字節進行編址。一條I/O指令最多可涉及四個I/O地址。在需要根據I/O位圖決定是否可訪問I/O地址的情況下，當一條I/O指令涉及多個I/O地址時，只有這多個I/O地址所對應的I/O許可位圖中的位都為0時，該I/O指令才能被正常執行，如果對應位中任一位為1，就會引起通用保護異常。 80386支持的I/O地址空間大小是64K，所以構成I/O許可位圖的二進制位串最大長度是64K個位，即位圖的有效部分最大為8K字節。一個任務實際需要使用的I/O許可位圖大小通常要遠小于這個數目。 當前任務使用的I/O許可位圖存儲在當前任務TSS中低端的64K字節內。I/O許可位圖總以字節為單位存儲，所以位串所含的位數總被認為是8的倍數。從前文中所述的TSS格式可見，TSS內偏移66H的字確定I/O許可位圖的開始偏移。由于I/O許可位圖最長可達8K字節，所以開始偏移應小于56K，但必須大于等于104，因為TSS中前104字節為TSS的固定格式，用于保存任務的狀態。 1.I/O訪問許可檢查細節保護模式下處理器在執行I/O指令時進行許可檢查的細節如下所示。 (1)若CPL<=IOPL，則直接轉步驟(8)；(2)取得I/O位圖開始偏移；(3)計算I/O地址對應位所在字節在I/O許可位圖內的偏移；(4)計算位偏移以形成屏蔽碼值，即計算I/O地址對應位在字節中的第幾位；(5)把字節偏移加上位圖開始偏移，再加1，所得值與TSS界限比較，若越界，則產生出錯碼為0的通用保護故障；(6)若不越界，則從位圖中讀對應字節及下一個字節；(7)把讀出的兩個字節與屏蔽碼進行與運算，若結果不為0表示檢查未通過，則產生出錯碼為0的通用保護故障；(8)進行I/O訪問。設某一任務的TSS段如下： TSSSEG SEGMENT PARA USE16 TSS <> ;TSS低端固定格式部分 DB 8 DUP(0) ;對應I/O端口00H—3FH DB 10000000B ;對應I/O端口40H—47H DB 01100000B ;對用I/O端口48H—4FH DB 8182 DUP(0ffH) ;對應I/O端口50H—0FFFFH DB 0FFH ;位圖結束字節TSSLen = $TSSSEG ENDS 再假設IOPL=1，CPL=3。那么如下I/O指令有些能正常執行，有些會引起通用保護異常： in al,21h ;(1)正常執行 in al,47h ;(2)引起異常 out 20h,al ;(3)正常實行 out 4eh,al ;(4)引起異常 in al,20h ;(5)正常執行 out 20h,eax ;(6)正常執行 out 4ch,ax ;(7)引起異常 in ax,46h ;(8)引起異常 in eax,42h ;(9)正常執行 由上述I/O許可檢查的細節可見，不論是否必要，當進行許可位檢查時，80386總是從I/O許可位圖中讀取兩個字節。目的是為了盡快地執行I/O許可檢查。一方面，常常要讀取I/O許可位圖的兩個字節。例如，上面的第(8)條指令要對I/O位圖中的兩個位進行檢查，其低位是某個字節的最高位，高位是下一個字節的最低位。可見即使只要檢查兩個位，也可能需要讀取兩個字節。另一方面，最多檢查四個連續的位，即最多也只需讀取兩個字節。所以每次要讀取兩個字節。這也是在判別是否越界時再加1的原因。為此，為了避免在讀取I/O許可位圖的最高字節時產生越界，必須在I/O許可位圖的最后填加一個全1的字節，即0FFH。此全1的字節應填加在最后一個位圖字節之后，TSS界限范圍之前，即讓填加的全1字節在TSS界限之內。 I/O許可位圖開始偏移加8K所得的值與TSS界限值二者中較小的值決定I/O許可位圖的末端。當TSS的界限大于I/O許可位圖開始偏移加8K時，I/O許可位圖的有效部分就有8K字節，I/O許可檢查全部根據全部根據該位圖進行。當TSS的界限不大于I/O許可位圖開始偏移加8K時，I/O許可位圖有效部分就不到8K字節，于是對較小I/O地址訪問的許可檢查根據位圖進行，而對較大I/O地址訪問的許可檢查總被認為不可訪問而引起通用保護故障。因為這時會發生字節越界而引起通用保護異常，所以在這種情況下，可認為不足的I/O許可位圖的高端部分全為1。利用這個特點，可大大節約TSS中I/O許可位圖占用的存儲單元，也就大大減小了TSS段的長度。 <二>重要標志保護輸入輸出的保護與存儲在標志寄存器EFLAGS中的IOPL密切相關，顯然不能允許隨便地改變IOPL，否則就不能有效地實現輸入輸出保護。類似地，對EFLAGS中的IF位也必須加以保護，否則CLI和STI作為敏感指令對待是無意義的。此外，EFLAGS中的VM位決定著處理器是否按虛擬8086方式工作。 80386對EFLAGS中的這三個字段的處理比較特殊，只有在較高特權級執行的程序才能執行IRET、POPF、CLI和STI等指令改變它們。下表列出了不同特權級下對這三個字段的處理情況。 不同特權級對標志寄存器特殊字段的處理 特權級 VM標志字段 IOPL標志字段 IF標志字段 CPL=0 可變(初POPF指令外) 可變 可變 0 不變 不變 可變 CPL>IOPL 不變 不變 不變 從表中可見，只有在特權級0執行的程序才可以修改IOPL位及VM位；只能由相對于IOPL同級或更內層特權級執行的程序才可以修改IF位。與CLI和STI指令不同，在特權級不滿足上述條件的情況下，當執行POPF指令和IRET指令時，如果試圖修改這些字段中的任何一個字段，并不引起異常，但試圖要修改的字段也未被修改，也不給出任何特別的信息。此外，指令POPF總不能改變VM位，而PUSHF指令所壓入的標志中的VM位總為0。 <三>演示輸入輸出保護的實例(實例九)下面給出一個用于演示輸入輸出保護的實例。演示內容包括：I/O許可位圖的作用、I/O敏感指令引起的異常和特權指令引起的異常；使用段間調用指令CALL通過任務門調用任務，實現任務嵌套。 1.演示步驟實例演示的內容比較豐富，具體演示步驟如下：(1)在實模式下做必要準備后，切換到保護模式；(2)進入保護模式的臨時代碼段后，把演示任務的TSS段描述符裝入TR，并設置演示任務的堆棧；(3)進入演示代碼段，演示代碼段的特權級是0；(4)通過任務門調用測試任務1。測試任務1能夠順利進行；(5)通過任務門調用測試任務2。測試任務2演示由于違反I/O許可位圖規定而導致通用保護異常；(6)通過任務門調用測試任務3。測試任務3演示I/O敏感指令如何引起通用保護異常；(7)通過任務門調用測試任務4。測試任務4演示特權指令如何引起通用保護異常；(8)從演示代碼轉臨時代碼，準備返回實模式；(9)返回實模式，并作結束處理。
上傳時間： 2013-12-11
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