20120519_qpstudy 2012.05 いやらしい@hasegawのI/O秘T
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qpstudy2012.05 session by @hasegaw http://www.zusaar.com/event/273001
![コンピュ`タア`キテクチャ
I/O秘T
qpstudy 2012.05
゛エンジニアのためのハ`ドウェア莿徃謇T゛
May 19, 2012
Takeshi HASEGAWA
[ja] @hasegaw / [en] @hasegaw_en](https://image.slidesharecdn.com/20120519qstudyhasegaw2-120519044205-phpapp02/85/20120519_qpstudy-2012-05-hasegaw-I-O-1-320.jpg)
![(箭) ソフトウェアからみたキ`ボ`ドI/O - 2
;------------------------------------------------- int09_check_pause: ;; check for pause key
;- INT09h : Keyboard Hardware Service Entry Point - cmp al, #0xe1
;-------------------------------------------------
.org 0xe987 jne int09_process_key
int09_handler: xor ax, ax
cli mov ds, ax
push ax mov al, BYTE [0x496] ;; mf2_state ?= 0x01
or al, #0x01
mov al, #0xAD ;;disable keyboard
mov BYTE [0x496], al
out #0x64, al
jmp int09_done
mov al, #0x0B
out #0x20, al int09_process_key:
in al, #0x20 mov bx, #0xf000
and al, #0x02
mov ds, bx
jz int09_?nish
call _int09_function
in al, #0x60 ;;read key from keyboard controller
sti int09_done:
push ds popa
pusha
pop ds
;; check for extended key cli
cmp al, #0xe0 call eoi_master_pic
jne int09_check_pause
xor ax, ax int09_?nish:
mov ds, ax
mov al, #0xAE ;;enable keyboard
mov al, BYTE [0x496] ;; mf2_state ?= 0x02
or al, #0x02 out #0x64, al
mov BYTE [0x496], al pop ax
jmp int09_done iret 16](https://image.slidesharecdn.com/20120519qstudyhasegaw2-120519044205-phpapp02/85/20120519_qpstudy-2012-05-hasegaw-I-O-16-320.jpg)
20120519_qpstudy 2012.05 いやらしい@hasegawのI/O秘T
- 1. コンピュ`タア`キテクチャ I/O秘T qpstudy 2012.05 ゛エンジニアのためのハ`ドウェア莿徃謇T゛ May 19, 2012 Takeshi HASEGAWA [ja] @hasegaw / [en] @hasegaw_en
- 2. プロフィ`ル L紅寒?値 (HASEGAWA Takeshi) twitter: @hasegaw 麼にLinuxや∀觧室gを誼吭とするj奮狼SE Xen/KVMを{法FreeBSD virtioをg廾吉? 恷除のアップデ`ト瑳劼縫ネス匿と伏ハムおきました 2
- 3. おもな彭慕?篠後 3
- 4. Webサイトの並など エンジニアなら岑っておきたい∀襯泪轡鵑里靴み http://gihyo.jp/dev/serial/01/vm_work/ 4
- 5. 書晩の朕議 5
- 6. 云セッションの朕議 ?? コンピュ`タにおけるI/O(秘竃薦)の叨護を尖盾する ?? IA-32において旋喘されるI/OのNを尖盾する ?? gHにコンピュ`タに俊AされているI/Oデバイスの箭をる ?? gHにI/Oデバイスを垢恬すると採が軟きるかをる ?? セッションK阻rには、コンピュ`タの秘竃薦とFall in Love! 6
- 8. 秘竃薦とは採か ?? コンピュ`タの眉寄コンポ`ネント o? 麻する 嶄刹I尖處麻廾崔 ? o? する (CPU) ? o? 秘竃薦(I/O)する 麼廾崔 ? ?? I/Oはコンピュ`タにとって (Main ?Memory) ? 駅ではない o? I/Oなしでも麻はできる 秘竃薦廾崔 ? (I/O ?Devices) ? 8
- 9. 秘竃薦とは採か ?? 弯で冱えば o? 匣唱鮫中(Output) o? テンキ`(Input) 9
- 10. (歌深) Linux KVMの∀襯泪轡鵑離路`ドウェア撹 CPU ? Intel ?82441FX ? System ?Memory ? (North-?\bridge) ? Cirrus ?Logic ? LSI ?Logic ? VGA ? CL-?\GD5446 ? SCSI ?HDD ? LSI53c895a ? Realtek ? PCI ? PCI ?Slot ? Ethernet ? RTL8029 ? Bus ? PCI ?Slot ? Ensoniq ? Speaker ? ES1370 ? IDE ?HDD ? PIIX3 ?PCI ?IDE ? Intel ?82371 ?PIIX3 ? CD-?\ROM ? Bochs ? (South-?\bridge) ? PIIX3 ?PCI ?USB ? USB ? Flash ?BIOS ? ISA ? Bus ? ISA ? Floppy ? Real ?Time ? Keyboard ? Clock ? I/O ?Interface ? PS/2 ? PC ?Speaker ? Mouse ? Serial ? Parallel ? 10 Port ? Port ? 竃灸: ?KVM莿徃謇T (2010定 葭症) ?
- 12. IA-32で聞われる秘竃薦 ?? I/Oポ`ト ?? 護りzみ (Interrupt) ?? Direct Memory Access (DMA) ?? メモリマップドI/O 12
- 13. I/Oポ`ト ?? コンピュ`タで旋喘される硬灸議な秘竃薦 ?? プロセッサから翌何に俊Aするためのデジタルインタ`フェイス ?? 1アドレス 8ビット〜64K、ON(1) もしくは OFF(0) を宥佚する ?? アクセスg了が児云8ビットなので掲械に詰堀 ?? 聞余 ?? キ`ボ`ドの兀和彜r_J、ディスクコントロ`ラの彜BO協、宥 岑など 13
- 14. 護りzみ (interrupt) ?? デバイスからCPUへイベントを宥岑するための佚催 o? IRQ(Interrupt ReQuest) = 護りzみ秘薦喘の16云の佚催 ?? 護りzみハンドラ o? 護りzみがk伏すると、CPUは護りzみハンドラに崙囮を卞す o? 書rに冱えば´´ 採か軟きたときの Listener を協xできる ?? 聞余 o? タイマ`の宥岑 o? キ`ボ`ドの彜B篁宥岑 o? デ`タ僕頼阻宥岑(DMA, MMIO)など 14
- 15. (箭) ソフトウェアからみたキ`ボ`ドI/O - 1 コンピュ`タ キ`ボ`ドコントロ`ラ ?? 8bit嫌のI/Oポ`ト2つで俊A CPU 送れ ?? キ`ボ`ドの彜Bが笋錣襪噺遒袰z みがk伏する ?? 護りzみがk伏すると、BIOSもし I/Oポ`ト I/Oポ`ト くはOS坪の護りzみハンドラが柵 0x60 0x64 び竃される 護りzむハンドラでのI尖 護りzみ ?? キ`ボ`ドの彜B_J ステ`タスレジスタ(0x64) コマンド 秘薦レジスタ レジスタ ステ`タス ?? 兀されているキ`秤鵑燐iみ函り 竃薦レジスタ レジスタ 秘薦レジスタ(0x60) キ`ボ`ド 15
- 16. (箭) ソフトウェアからみたキ`ボ`ドI/O - 2 ;------------------------------------------------- int09_check_pause: ;; check for pause key ;- INT09h : Keyboard Hardware Service Entry Point - cmp al, #0xe1 ;------------------------------------------------- .org 0xe987 jne int09_process_key int09_handler: xor ax, ax cli mov ds, ax push ax mov al, BYTE [0x496] ;; mf2_state ?= 0x01 or al, #0x01 mov al, #0xAD ;;disable keyboard mov BYTE [0x496], al out #0x64, al jmp int09_done mov al, #0x0B out #0x20, al int09_process_key: in al, #0x20 mov bx, #0xf000 and al, #0x02 mov ds, bx jz int09_?nish call _int09_function in al, #0x60 ;;read key from keyboard controller sti int09_done: push ds popa pusha pop ds ;; check for extended key cli cmp al, #0xe0 call eoi_master_pic jne int09_check_pause xor ax, ax int09_?nish: mov ds, ax mov al, #0xAE ;;enable keyboard mov al, BYTE [0x496] ;; mf2_state ?= 0x02 or al, #0x02 out #0x64, al mov BYTE [0x496], al pop ax jmp int09_done iret 16
- 18. どう聞うか ?? コンピュ`タに秘竃薦廾崔がついている並はわかった。 ?? しかし、それをどう聞うのか殖殖 (。?ω?。) 書業、何試B初でバトン何がパフォ`マンスをします。 毅輝縮I 慧僕溜T氏で孚苧のお返擦い鬚靴燭い繁爾い泙 パソコンでスポットライトをチカチカ泣けようか丶 (?ω?? ) 険溜TL (繁?ω) いいね丶 溜TL 18
- 19. どう聞うか(2) ´ 方晩瘁 ?? コンピュ`タに秘竃薦廾崔がついている並はわかった。 ?? しかし、それをどう聞うのか殖殖 (繁?ω) 険溜TL、スポットライト崙囮喘の児Pができたよ? 溜TL え殖?あれマジなの (?д?) 険溜TL 19
- 20. スポットライト崙囮┗/或児徒の更撹イメ`ジ) }譴拝つけたパソコン (PC-9801VM2) セントロニクス碧 (IEEE1284) リレ` リレ` リレ` リレ` リレ` リレ` リレ` リレ` リレ` リレ` リレ` リレ` リレ` リレ` リレ` リレ` 白 白 白 白 白 白 白 白 悶圄^坪O 20
- 21. コントロ`ル out 0x40, 0x00 白 白 白 白 白 白 白 白 (0000 0000) out 0x40, 0xB2 白 白 白 白 白 白 白 白 (1011 0010) out 0x40, 0xA5 白 白 白 白 白 白 白 白 (1010 0101) out 0x40, 0xFF (1111 11111) 白 白 白 白 白 白 白 白 21
- 22. スポットライト崙囮システムのデザイン コンピュ`タ スポットライト崙囮システム云悶 ┘ぅ鵐肇蹇Aメロ、Bメロ吉ごとの泣菊パタ`ンデ`タを隔つ ライト パタ`ン rg スポットライト崙囮ドライバ ┘▲札鵐屮蕕DOS喘TSRとして_k ユ`ザ 荷恬 ライト タイマ 崙囮佚催 護z マルチメディア セントロニクス碧 キ`ボ`ド タイマ インタ`フェイス ハ`ドウェア 22
- 23. その麿の I/O メモリマップドI/O Direct Memory Access (DMA) IRQの慌嗤とMSI 23
- 24. メモリマップドI/O (MMIO) ?? プロセッサの麗尖メモリ腎gに、デバイス貧のメモリ腎gをマッピ ングする ?? ソフトウェアからデバイス貧のメモリ腎gに岷俊アクセスできる ?? 聞余 o? ビデオカ`ド、サウンドカ`ド、ディスクコントロ`ラ、イ`サネット コントロ`ラなどでの寄楚僕 24
- 25. ダイレクトメモリアクセス (DMA) ?? プロセッサの峺幣に惄辰DMAコントロ`ラがデ`タ僕する ?? デ`タ僕の_兵rK阻rのみプロセッサが孤hするため、 プロセッサrgをsできる ?? 聞余 o? ビデオカ`ド、サウンドカ`ド、ディスクコントロ`ラ、イ`サネット コントロ`ラなどでの寄楚僕 25
- 26. IRQとMSI ?? IRQの方には崙泙ある ?? キ`ボ`ド、マウス、タイマ、???? ?? コンピュ`タに俊AされるデバイスはえAけている ?? 護りzみ佚催が怎りない ?? IRQの慌嗤 26
- 27. IRQの慌嗤 ?? 護りzみ佚催を}方のデバイスで慌嗤する o? 15云しかないIRQ o? 箭坤`ボ`ドとマウスで揖じIRQを聞う ?? 護りzみ佚催を慌嗤した栽の}泣 o? 護りzみのk伏圷がわからない o? 護りzみがk伏した．`ボ`ドが兀された織泪Ε垢咾い殖 ?? 盾Q貨 o? 護りzみk伏をk伏されたrに1になるフラグをハ`ドウェアに笋垢 o? 護りzみがk伏したら、光ドライバのステ`タスをチェックし、駅勣な ハンドラのみがg佩される 27
- 28. Bus (バス)によるI/O 28
- 29. バス(Bus)とは採か ?? コンピュ`タ坪何で光指揃がデ`タをやり函りするための史預 バスのN ?? 坪何バス ´. CPU坪何の指揃gを俊A ?? 巓x指揃 ´. CPUgのインタ`コネクト ?? バス ´. デバイスと俊Aするためのインタ`コネクト 29
- 30. PCIバス ?? Peripheral Component Interconnect ?? コンピュ`タに光Nハ`ドウェアデバイスを俊Aするための 癖 o? 32bit パラレル宥佚, 33MB/sec, ｡囃嫌133MB/s ?? プラグアンドプレイ(Plug and Play Pray) o? 俊AされたデバイスのNや駅勣リソ`ス秤鵑鯡畊し、OSが徭啜弔 リソ`スアサインできるようにする o? I/Oポ`ト、IRQ、メモリマッピングなど o? 試iができるわけではない 30
- 31. PCI-Xバス ?? PCIの巓襖方を33MHzから133MHz、｡囃嫌1.06GB/sに哈き貧げ ?? PCI-X 2.0では533MHz, 4.24GB/s ?? PCIバスの貧了札Q、PCIバスにPCI-Xデバイスの俊Aも辛嬬 ?? 書でも硬いサ`バでかけるかもしれない 31
- 32. PCI Express バス ?? }方のレ`ンを崩ねて聞う ?? 1レ`ンあたり 250MB/s ?? 4レ`ン 1,000Mbps = 1GB/s, 16レ`ンで 4GB/s ?? 試iに (ハ`ドウェア、ソフトウェアの鬉皹慴) ?? ソフトウェアレベルで PCI の貧了札Q ?? 1.25GHzの巓襖方でデ`タをシリアル史 (1クロックあたり2ビット 史) 32
- 33. PCI Express バス PCI Express 2.0 ?? クロックが2蔚 (1.25MHz★2.5GHz)、レ`ンあたりの僕堀業も 250MB/sから500MB/sに ?? 16レ`ンで8GB/sの｡囃をサポ`ト ?? Message Signal Interrupt のサポ`トが駅に PCI Express 3.0 ?? ｸ餡澡嶄 33
- 34. MSI ?? Message Signal Interrupt o? メモリきzみにより護りzみを宥岑する (0x0FEExxxx) o? PCIデバイスで旋喘される o? IRQを聞わない o? 32 メッセ`ジまで慌贋辛嬬 ?? Enhanced MSI (MSI-X) o? PCI Express バス鬚韻 MSI o? PCI Express 2.0 ではg廾が駅に o? 2048 メッセ`ジまで慌贋辛嬬 34
- 35. CPUgのインタ`コネクト ´ QPIとHyperTransport NUMA(掲各メモリアクセス) vs UMA(各侏マルチプロセッサ Non-Uniform Memory Access NUMA) Uniform Memory Access (UMA) 除いデバイスへ堀くアクセスできるが、hく どのCPUからても揖じrgでアクセスで のデバイスにはアクセスにrgがかかる きるが、畠CPUでバスを慌嗤する 35
- 36. CPUgのインタ`コネクト ´ QPIとHyperTransport Hyper Transport (AMD) Quick Path Interconnect (Intel) 36
- 37. まとめ 37
- 38. まとめ ?? I/Oとは o? コンピュ`タにするデ`タ秘薦竃薦のC嬬 ?? 旗燕議なI/O圭隈 o? I/Oポ`ト、護りzみ o? メモリマップドI/O、DMA ?? バス o? バス ?? PCI, PCI-X, PCI Express o? 恷除の坪何バス ?? F旗のコンピュ`タはほとんどNUMA <-> UMA ?? Quick Path Interconnect, Hyper Transport 38
- 39. お藤れでした。 ガッテン #qpstudy 39
- 40. Backup I/Oを茶するには 40
- 41. I/Oを茶するには マイコンをいじると登りやすい´? 階兜伉宀 ?? Arduino ´ デザイナ`によるプロトタイピングを覿┐靴榛gマイコン 兜伉宀 ?? PICマイコン (ex: 18F2550) 方為劼肺Iえる、とりあえずk尅徨つけれ ば咾マイコンチップ ?? AVRマイコン ´ PICよりこちらをお瓩瓩垢襪劼閥猜。 ArduinoもAVRベ`ス ?? Intel 8051 ´ 來嬬が護と互めだが晩云Zでの秤鵑呂△泙蠅覆気修 41
- 42. Arduino 秘Tキット 42
- 43. Arduino (Books) 43
- 44. PIC ?? a 44
- 45. もっとガチな繁には BeagleBoard なんていかが 45
- 46. お藤れでした。 ガッテン #qpstudy 46