从零开始的操作系统生活05-port

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1、介绍

操作系统想要实现键盘写入或者其他硬件的相关操作时，需要用到端口读写。

本节内容较为单一，也没有太多前置知识，主要实现向固定的端口中写入数据以及读取数据。

2、code

新建文件port.h,port.cpp

我们需要实现8Bit、16Bit以及32Bit数据的读写

首先是port.h

#ifndef __PORT_H
#define __PORT_H

#include "types.h"

class Port{
protected:
    uint16_t portnumber;
    Port(uint16_t portnumber);
    ~Port();
};

class Port8Bit : public Port {
public:
    Port8Bit(uint16_t portnumber);
    ~Port8Bit();
    virtual void write(uint8_t data);
    virtual uint8_t read();
};


class Port16Bit : public Port {
public:
    Port16Bit(uint16_t portnumber);
    ~Port16Bit();
    virtual void write(uint16_t data);
    virtual uint16_t read();
};

class Port32Bit : public Port {
public:
    Port32Bit(uint16_t portnumber);
    ~Port32Bit();
    virtual void write(uint32_t data);
    virtual uint32_t read();
};

#endif

我们首先创建一个port类表示需要写入的端口，端口长度位16Bit，然后使用具体的8Bit，16Bit，32Bit的类继承并实现读写功能。

接下来是实现port.cpp

#include "port.h"


Port::Port(uint16_t portnumber)
    : portnumber(portnumber){}

Port::~Port() {}

//8Bit
Port8Bit::Port8Bit(uint16_t portnumber)
    : Port(portnumber){}

Port8Bit::~Port8Bit() {}

void Port8Bit::Write(uint8_t data){
    __asm__ volatile("outb %0, %1" : : "a" (data), "Nd" (portnumber));
}

uint8_t Port8Bit::Read(){
    uint8_t data;
    __asm__ volatile("inb %1, %0" : "=a" (data) : "Nd" (portnumber));
    return data;
}

// 16 Bit
Port16Bit::Port16Bit(uint16_t portnumber)
    : Port(portnumber){}

Port16Bit::~Port16Bit() {}

void Port16Bit::Write(uint16_t data){
    __asm__ volatile("outw %0, %1" : : "a" (data) , "Nd" (portnumber));
}

uint16_t Port16Bit::Read(){
    uint16_t data;
    __asm__ volatile("inw %1, %0" : "=a" (data) : "Nd" (portnumber));
    return data;
}

// 32Bit
Port32Bit::Port32Bit(uint16_t portnumber)
    : Port(portnumber){}

Port32Bit::~Port32Bit() {}

void Port32Bit::Write(uint32_t data){
    __asm__ volatile("outl %0, %1" : : "a" (data) , "Nd" (portnumber));
}

uint32_t Port32Bit::Read(){
    uint32_t data;
    __asm__ volatile("inl %1, %0" : "=a" (data) : "Nd" (portnumber));
    return data;
}

我们这里仍然采用内嵌汇编的方法实现功能，其中outb以及inb分别表示向固定的端口写入以及读取端口数据

3、slow write

最后，我们需要实现一个慢写入，这里面由于未查到资料，所以并不清楚实现慢写入的原因，暂时码住。

port.h

class Port8BitSlow : public Port8Bit {
public:
    Port8BitSlow(uint16_t portnumber);
    ~Port8BitSlow();
    virtual void write(uint8_t data);
};

port.cpp

Port8BitSlow::Port8BitSlow(uint16_t portnumber)
    : Port8Bit(portnumber){}

Port8BitSlow::~Port8BitSlow() {}

void Port8BitSlow::Write(uint8_t data){
    __asm__ volatile("outb %0, %1\njmp 1f\n1: jmp 1f\n1:" : : "a" (data) , "Nd" (portnumber));
}

可以看出，慢写入的汇编语句如下：

outb data, portnumber
jmp 1f
1: jmp 1f
1:

上面的data以及portnumber不是真实的汇编语句，这里只是为了说明汇编语句的操作，而且主要目的是介绍下面的内容

jmp 1f，f表示向下跳转，跳转到1这个位置，到达1这个位置之后又出现了一句jmp 1f，再次向下跳转无汇编语句，执行结束。

我们通过两次跳转指令实现了慢写入，也就是在执行outb汇编指令之后做一些无用功，然后再返回，应该是为了等待一些工作的完成。