はじめに

前回のチュートリアルでは、割込み処理の世界に深く潜り込みました。ソフトウェア割込み処理に必要なことはほぼすべて網羅しました。しかし、ハードウェア割り込みについてはどうでしょうか？

多くの重要なシステムデバイスは割り込みを使うので、ハードウェアデバイスによって引き起こされる割り込みを処理し、キャッチすることができるようにする必要があります。良いニュース？これはもうすでに私たちのために行われています!8259プログラマブル割り込みコントローラ(PIC)である。次のセクションで詳しく見ていきましょう。

たとえハードウェア割り込みがそれ自体で動作するようになったとしても、システムタイマーの問題に遭遇することになります。システムタイマーは、私たちが設定した有効な割り込みハンドラを使用しない限り、ハードウェア割り込みを有効にしてから数ミリ秒後にトリプルフォルトを起こします。結局のところ、無効な割り込みハンドラを呼び出すことになるわけですからね。したがって、この小さな問題は、プログラマブルインターバルタイマ（PIT）として知られるシステムタイマを再プログラムすることによっても解決されるでしょう。

このチュートリアルでは、多くのことを学びます。このチュートリアルでは、次のようなことを学びます。

• ハードウェア割り込み
• インタラプトチェーン
• Hal: プログラマブルインタラプトコントローラ
• Hal：プログラマブルインターバルタイマ
• ハードウェアの抽象化
• 割り込みのインプリメンテーションとHALの設計

さて、それでは早速見ていきましょう。

ハードウェア割り込み

ハードウェア割り込みは、PCにとって非常に重要です。他のハードウェアデバイスから、何かが起ころうとしていることをCPUに知らせることができます。例えば、キーボードのキーストロークや、内部タイマーの1クロックの刻みなどです。

これらの割り込みが発生したときに、どのような割り込み要求（IRQ）を発生させるかをマッピングしておく必要があります。こうすることで、ハードウェアの変化を追跡することができます。

これらのハードウェア割り込みについて見てみましょう。

各デバイスについては、まだそれほど心配する必要はありません。 8259Aのピンは、8259PICチュートリアルで詳しく説明されています。 この表に記載されている割り込み番号は、これらのイベントが発生したときに実行するデフォルトのDOS割り込み要求（IRQ）です。

ほとんどの場合、新しい割り込みテーブルを再作成する必要があります。このように、ほとんどのOSでは、PICが使用する割り込みを再マッピングして、IVT内で適切なIRQを呼び出すことを保証する必要があります。これは、リアルモードIVTのBIOSによって行われます。 このチュートリアルの後半で、これを行う方法についても説明します。

待てよ、このPICというのは何なんだ？ハードウェアデバイスに信号を送ることができるこれらのハードウェアデバイスはすべて、8259Aプログラマブル割り込みコントローラ(PIC)に間接的に接続されています。これは特別な、そして非常に重要なマイクロコントローラーで、マイクロプロセッサーがハードウェア割り込みを発射する必要があるときに信号を送るために使用されます。

このマイクロコントローラのプログラミングは、このチュートリアルの後半で少し行います。このマイクロコントローラはかなり複雑なので、別のチュートリアルを用意しています。こちらをお読みください。

割り込みの連鎖

しかし、待ってください...IDTの中でどのIRQを呼び出すか、PICはどのように知るのでしょうか？私たちはそれを教えています。

そのため、どの割り込みを使用するかを知らせるために、PICを再プログラムする必要があります。

さて、ソフトウェアとハードウェアの割り込みを処理するための割り込みハンドラができたとします。さて、どうでしょう？私たちの視点から見るとどうでしょうか？確かにデバイスごとにハンドラをインストールするのは簡単ですが、複数のデバイスが同じ割り込みを要求したらどうでしょう？ソフトウエア割り込みで複数の機能が必要な場合はどうでしょうか？そこで登場するのがインタラプトチェーンです。

インタラプトチェーニングは、同じ割り込み番号を共有するすべての割り込みハンドラを復元して呼び出すために使用される技術です。これは、以前の割込みルーチン（IR）を関数ポインタに保存し、新しいハンドラをインストールし、新しいIRが呼ばれるたびに以前の割込みハンドラを呼び出すことによって行われます。

以下はその例です。

void deviceInitialize () {
 
	//store previus interrupt handler
	prevhandler = getvect (0);
 
	//install new interrupt handler
	setvect (0, handler);
}
 
void deviceShutdown () {
 
	//install previus interrupt handler
	setvect (0, prevhandler);
}
 
void handler () {
 
	// do stuff...
 
	// call previus interrupt handler
	(*prevhandler) ();
}

割込み処理の実装の準備

プログラマブルインタラプトコントローラのプログラミングを学ぶまでは、ハードウェア割り込み処理を実装できません。 また、タイミングの問題を解決するまでは、ハードウェア割り込みを有効にできません（BIOSのおかげでプログラマブルインターバルタイマがまだIRQ8に接続されているのを覚えていますか？つまり、ハードウェア割り込みを再度有効にすると、次のタイマーティックでダブルフォールトが発生するのです)。このため、Programmable Interval Timerを再プログラムする方法を学ぶ必要があります。

ここからが、読者の皆さんにとって、ややこしいところです。ハードウェアプログラミングの世界へようこそ!）

しかし、良いニュースもあります...これらのマイクロコントローラは、どれもそれほど複雑ではありません。しかし、本シリーズが複雑になり過ぎないように、これらのマイコンに特化したチュートリアルを2つ書くことにしました。このチュートリアルは、この先のデモやコードを理解するための必読書です。

このため、読者の皆さんには、次のチュートリアルを読んでから続きを読むことをお勧めします。

• 8259プログラマブルインタラプトコントローラ
• 8253 プログラマブルインターバルタイマ

また、上記のチュートリアルを参考文献として使用することも有用でしょう。この後のセクションで、上記のチュートリアルを多く参照します。

さてと...？何を待っているのですか？これらのチュートリアルに飛び込んでください。そして、終わったらここに戻って来てください。心配しないでください、私はただのテキストです...あなたが戻ってきても、私はまだここにいます。）

ハードウェアの抽象化

新しい hal.h

この後使うコードの多くは、HALの中のルーチンを使ってタスクを実行します。このため、ハードウェアの抽象化レイヤと、それが提供するルーチンを見ていただきたいと思います。

extern	int			_cdecl	hal_initialize ();
extern	int			_cdecl	hal_shutdown ();
extern	void			_cdecl	enable ();
extern	void			_cdecl	disable ();
extern	void			_cdecl	geninterrupt (int n);
extern	unsigned char		_cdecl	inportb (unsigned short id);
extern	void			_cdecl	outportb (unsigned short id, unsigned char value);
extern	void			_cdecl	setvect (int intno, void (_cdecl far &vect) ( ) );
extern	void (_cdecl	far *   _cdecl	getvect (int intno)) ( );
extern	bool			_cdecl	interruptmask (uint8_t intno, bool enable);
extern	inline void		_cdecl	interruptdone (unsigned int intno);
extern	void			_cdecl	sound (unsigned frequency);
extern  const char*		_cdecl	get_cpu_vender ();
extern	int			_cdecl	get_tick_count ();

もし、あなたが16bit DOSをプログラムしたことがあるなら、今すぐ家にいるような気分になれるはずです!:)

プログラマブルインタラプトコントローラ

8259:マイクロコントローラ

8259は複雑なマイクロコントローラなので、ここですべてを説明します。このため、このコントローラだけをカバーするために、完全なチュートリアルを用意しました。このため、このセクションを最大限に活用するために、PICについて学ぶために次のチュートリアルを参照してください（参照）。

8259Aプログラマブルインタラプトコントローラチュートリアル

注意：ここでは、PICやハードウェア割り込み処理に関するすべてをカバーするわけではありません。上記のチュートリアルを参照してください。

8259:概要

PICはハードウェア割り込み要求のすべてを制御します。これにより、異なるハードウェアデバイスが注意を必要とするときに、そのデバイスからの信号を受信することができます。フロッピーディスクコントローラ（FDC）のようなデバイスが注意を必要とするとき、それは割り当てられているIRQを発射するようにPICに指示します。ここから、PICはプロセッサに信号を送り、呼び出すべき割り込み番号を伝えます。プロセッサは次にIDTにオフセットし、リング0で割り込みハンドラを実行します。 すべての割り込みハンドラを定義したので、これで制御が可能になりました。

これの最も良いところは、PICのおかげですべて自動で行われることです。デバイスがPICに信号を送るたびに、私たちの割り込みハンドラが自動的に実行されます。プロセッサはリング0へのタスクスイッチも実行するので、我々は常にカーネルランドで要求を処理することになる。クールでしょう？

PIC自体は複雑なマイクロコントローラです。このチュートリアルを最大限に活用するために、読者の皆さんには上記のPICチュートリアルを読んでいただくことをお勧めします。

それでは、インターフェイスを見ていきましょう。このコードはすべて、このチュートリアルの最後にあるデモの中で見ることができます。

操作コマンド

ICWは操作コマンドで、デバイスの初期化中にのみ使用する必要があります。OCWは、デバイスが初期化された後に、デバイスを制御するために使用されます。

pic.h:インターフェース

pic.h:デバイスの接続

個々のデバイスとそのIRQを扱うときに役立つように、それらが使用するIRQを抽象化したいと思います。 これは移植性を高めるだけでなく、それらが美しい定数の後ろにあるため可読性を高めるのにも役に立ちます。覚えておいてください。マジックナンバーは悪です!

//! The following devices use PIC 1 to generate interrupts
#define		I86_PIC_IRQ_TIMER		0
#define		I86_PIC_IRQ_KEYBOARD		1
#define		I86_PIC_IRQ_SERIAL2		3
#define		I86_PIC_IRQ_SERIAL1		4
#define		I86_PIC_IRQ_PARALLEL2		5
#define		I86_PIC_IRQ_DISKETTE		6
#define		I86_PIC_IRQ_PARALLEL1		7
 
//! The following devices use PIC 2 to generate interrupts
#define		I86_PIC_IRQ_CMOSTIMER		0
#define		I86_PIC_IRQ_CGARETRACE		1
#define		I86_PIC_IRQ_AUXILIARY		4
#define		I86_PIC_IRQ_FPU			5
#define		I86_PIC_IRQ_HDC			6

今、私たちにとって最も重要な2つのデバイスは、タイマー（I86_PIC_IRQ_TIMER）とキーボード（I86_PIC_IRQ_KEYBOARD）です。このチュートリアルでは、I86_PIC_IRQ_TIMERを使用するので、すべてがどのように連動しているかがわかると思います。

pic:8259コマンド

pic:オペレーション・コマンド・ワード1

この後、インタラプトマスクレジスタについて説明します。

pic:オペレーション・コマンド・ワード（OCW）2

それでは!

OCW 2のフォーマットは非常に簡単です。最初の3ビットは現在の割り込みレベルです。ビット3-4は予約です（0でなければなりません）。ビット5はEOI(End of Interrupt)を表します。Bit 6はSelectionビットです。ビット 7 はローテーションコマンドを提供します。

各コマンドは個別のビットで選択されるため、これらのコマンドをビットごとに ORして OCW 2 を生成することができます。

//! Command Word 2 bit masks. Use when sending commands
#define		I86_PIC_OCW2_MASK_L1		1		//00000001	//Level 1 interrupt level
#define		I86_PIC_OCW2_MASK_L2		2		//00000010	//Level 2 interrupt level
#define		I86_PIC_OCW2_MASK_L3		4		//00000100	//Level 3 interrupt level
#define		I86_PIC_OCW2_MASK_EOI		0x20		//00100000	//End of Interrupt command
#define		I86_PIC_OCW2_MASK_SL		0x40		//01000000	//Select command
#define		I86_PIC_OCW2_MASK_ROTATE	0x80		//10000000	//Rotation command

PICは実行されると割り込みをマスクオフするのを覚えていますか？これは、プロセッサがPICを確認するまで、そのIRライン上の割り込み要求がそれ以上実行できないことを意味します。これは、End of Interruptコマンドワードを正しいPICに送信することによって行われます。これは、コマンドワードのEOIビットをマスクオフすることで行えます。これがI86_PIC_OCW2_MASK_EOIが使用される理由です。

少し後に、インターフェイスにはi86_pic_send_commandルーチンがあり、これはPICにコマンドを送信するために使用されることがわかります。このルーチンを使ってEOIコマンドを送信する例を見て、どのように動作するのかを確認しましょう。

i86_pic_send_command (I86_PIC_OCW2_MASK_EOI, picNumber);

OCW 2はこれで終わりです。次のものに移ります。

pic:オペレーションコマンドワード 3

//! Command Word 3 bit masks. Use when sending commands
#define		I86_PIC_OCW3_MASK_RIS		1		//00000001
#define		I86_PIC_OCW3_MASK_RIR		2		//00000010
#define		I86_PIC_OCW3_MASK_MODE		4		//00000100
#define		I86_PIC_OCW3_MASK_SMM		0x20		//00100000
#define		I86_PIC_OCW3_MASK_ESMM		0x40		//01000000
#define		I86_PIC_OCW3_MASK_D7		0x80		//10000000

pic.cpp:インプリメンテーション

pic.cppは、PICインターフェイスの実装を提供します。最初に見ておかなければならないのは、レジスタです。

pic.cppを参照してください。レジスタ定数

//! PIC 1 register port addresses
#define I86_PIC1_REG_COMMAND			0x20			// command register
#define I86_PIC1_REG_STATUS			0x20			// status register
#define I86_PIC1_REG_DATA			0x21			// data register
#define I86_PIC1_REG_IMR			0x21			// interrupt mask register (imr)
 
//! PIC 2 register port addresses
#define I86_PIC2_REG_COMMAND			0xA0			// ^ see above register names
#define I86_PIC2_REG_STATUS			0xA0
#define I86_PIC2_REG_DATA			0xA1
#define I86_PIC2_REG_IMR			0xA1

アクセスするレジスタは、書き込み操作か読み出し操作かによって異なります。ポート 0x20 に書き込む場合は、コマンド・レジスタにアクセスすることになります。ポート 0x20 に書き込む場合は、コマンド・レジスタにアクセスし、ポート 0x20 から読み出す場合は、ステータ ス・レジスタにアクセスします。

最後に、これは実装の詳細なので、インタフェースではなく、実装(pic.cpp)の一部となります。

次に、初期化時に使用される定数について見てみましょう。

pic.cpp。初期化制御語1

このように、いろいろなことが起こっています。これらのいくつかは、以前にも見たことがあります。これらのビットのほとんどはx86プラットフォームでは使用されないので、これはそれほど難しいことではありません。

各コマンドワードには、2種類の定数があります。1つ目のタイプはビットマスクで、データが表すビットをマスクするために使用されます。もう1つはコマンド・コントロール・ビットで、マスクと組み合わせて正しい値に設定するために使用されます。

もう少し詳しく見てみましょう。以下はICWの1ビットマスクです。最後の3ビットはx86アーキテクチャでは常に0なので、何も定義していません。

//! Initialization Control Word 1 bit masks
#define I86_PIC_ICW1_MASK_IC4			0x1	//00000001	// Expect ICW 4 bit
#define I86_PIC_ICW1_MASK_SNGL			0x2	//00000010	// Single or Cascaded
#define I86_PIC_ICW1_MASK_ADI			0x4	//00000100	// Call Address Interval
#define I86_PIC_ICW1_MASK_LTIM			0x8	//00001000	// Operation Mode
#define I86_PIC_ICW1_MASK_INIT			0x10	//00010000	// Initialization Command

さて、上記のビットマスクを使えば、ICW1のビットを設定するのは簡単ですが、その意味をどうやって知るのでしょうか？ つまり、設定したいビットをマスクしたとき、設定する値の意味をどうやって知るのでしょうか？そこで登場するのがコマンド・コントロール・ビットです。

コマンド制御ビットには、上記のマスクオフされたビットに設定するための定数値が格納されています。これにより、可読性と拡張性が大幅に向上します。

ICW1のコマンド・コントロール・ビットを以下に示します。見てみましょう。

#define I86_PIC_ICW1_IC4_EXPECT			1	//1		//Use when setting I86_PIC_ICW1_MASK_IC4
#define I86_PIC_ICW1_IC4_NO			0	//0
#define I86_PIC_ICW1_SNGL_YES			2	//10		//Use when setting I86_PIC_ICW1_MASK_SNGL
#define I86_PIC_ICW1_SNGL_NO			0	//00
#define I86_PIC_ICW1_ADI_CALLINTERVAL4		4	//100		//Use when setting I86_PIC_ICW1_MASK_ADI
#define I86_PIC_ICW1_ADI_CALLINTERVAL8		0	//000
#define I86_PIC_ICW1_LTIM_LEVELTRIGGERED	8	//1000		//Use when setting I86_PIC_ICW1_MASK_LTIM
#define I86_PIC_ICW1_LTIM_EDGETRIGGERED		0	//0000
#define I86_PIC_ICW1_INIT_YES			0x10	//10000		//Use when setting I86_PIC_ICW1_MASK_INIT
#define I86_PIC_ICW1_INIT_NO			0	//00000

以下は、それらの連携例です。PICを初期化する際、初期化を有効にし、ICW4を送信する必要があります。 これを行うには、単純に以下のようにICW1を設定します。

	uint8_t	icw=0;
	icw = (icw & ~I86_PIC_ICW1_MASK_INIT) | I86_PIC_ICW1_INIT_YES;
	icw = (icw & ~I86_PIC_ICW1_MASK_IC4) | I86_PIC_ICW1_IC4_EXPECT;

初期化制御ワード2

初期化時に、ICW2をPICに送って、使用するIRQのベースアドレスを伝える必要があります。もしICW1がPICに送られたなら（初期化ビットが設定された状態で）、次にICW2を送らなければなりません。そうしないと、未定義の結果になることがあります。ほとんどの場合、不正な割り込みハンドラが実行されます。

このコマンドは複雑な形式ではないので、pic.cpp内部で直接処理され、定数はありません。

初期化制御ワード 3

このコマンドは複雑な形式ではないので、pic.cpp内部で直接処理され、定数はありません。

初期化制御ワード4

これはかなり複雑なコマンドワードですが、それほど悪くはありません。それでは、定義されたビット・マスクを見てみましょう。 上図のようなフォーマットになっていることに注目してください。

//! Initialization Control Word 4 bit masks
#define I86_PIC_ICW4_MASK_UPM		0x1	//00000001	// Mode
#define I86_PIC_ICW4_MASK_AEOI		0x2	//00000010	// Automatic EOI
#define I86_PIC_ICW4_MASK_MS		0x4	//00000100	// Selects buffer type
#define I86_PIC_ICW4_MASK_BUF		0x8	//00001000	// Buffered mode
#define I86_PIC_ICW4_MASK_SFNM		0x10	//00010000	// Special fully-nested mode

#define I86_PIC_ICW4_UPM_86MODE		1	//1		//Use when setting I86_PIC_ICW4_MASK_UPM
#define I86_PIC_ICW4_UPM_MCSMODE	0	//0
#define I86_PIC_ICW4_AEOI_AUTOEOI	2	//10		//Use when setting I86_PIC_ICW4_MASK_AEOI
#define I86_PIC_ICW4_AEOI_NOAUTOEOI	0	//00
#define I86_PIC_ICW4_MS_BUFFERMASTER	4	//100		//Use when setting I86_PIC_ICW4_MASK_MS
#define I86_PIC_ICW4_MS_BUFFERSLAVE	0	//000
#define I86_PIC_ICW4_BUF_MODEYES	8	//1000		//Use when setting I86_PIC_ICW4_MASK_BUF
#define I86_PIC_ICW4_BUF_MODENO		0	//0000
#define I86_PIC_ICW4_SFNM_NESTEDMODE	0x10	//10000		//Use when setting I86_PIC_ICW4_MASK_SFNM
#define I86_PIC_ICW4_SFNM_NOTNESTED	0	//00000

インプリメンテーションで使用する定数はこれで終わりとします。では、関数に取りかかりましょう。

i86_pic_send_command ():PICにコマンドを送信します。

これはインターフェイスの一部ですが、インターフェイスの外ではそれほど使用されるべきものではありません。これは、必要であれば、手動でPICを送信し、制御できるようにメソッドを提供します。これは、EOIコマンドを送信するための割り込みハンドラによって必要とされるでしょう。

inline void i86_pic_send_command (uint8_t cmd, uint8_t picNum) {
 
	if (picNum > 1)
		return;
 
	uint8_t	reg = (picNum==1) ? I86_PIC2_REG_COMMAND : I86_PIC1_REG_COMMAND;
	outportb (reg, cmd);
}

i86_pic_send_data()とi86_pic_read_data()。PICにデータバイトを送ったり、PICからデータバイトを返したりします。

inline void i86_pic_send_data (uint8_t data, uint8_t picNum) {
 
	if (picNum > 1)
		return;
 
	uint8_t	reg = (picNum==1) ? I86_PIC2_REG_DATA : I86_PIC1_REG_DATA;
	outportb (reg, data);
}
 
inline uint8_t i86_pic_read_data (uint8_t picNum) {
 
	if (picNum > 1)
		return 0;
 
	uint8_t	reg = (picNum==1) ? I86_PIC2_REG_DATA : I86_PIC1_REG_DATA;
	return inportb (reg);
}

i86_pic_initialize()。PICを初期化する

このルーチンはあまり複雑ではありません。というか、見た目ほど複雑ではありません ;)このルーチンが行うのは、PICに初期化コマンドを送るだけです。これは、コマンドワードのI86_PIC_ICW1_INIT_YESビットを設定することで行います。また、I86_PIC_ICW1_IC4_EXPECTビットを設定し、コントローラがICW 4を送信することを保証しています。 定数が可読性を向上させていることにお気づきでしょうか。

ICWは...そう...icwに格納されています。i86_pic_send_command()ルーチンを使って、両方のPICにコマンドを送ります。

ICW 1が送信された後、ICW 2を送信して初期化を開始します。ICW 2にはベース割り込み番号が含まれており、base0と base1パラメータに渡されます。

ICW 3はPICコントローラのマスターとセカンダリ間の接続に使用されます。

最後にICW 4ですが、I86_PIC_ICW4_UPM_86MODEビットをセットして、x86モードをセットアップしています。このルーチンをPICチュートリアルにある例と比較してみてください、驚くことでしょう...その類似性にとても驚かされることでしょう!

//! Initialize pic
void i86_pic_initialize (uint8_t base0, uint8_t base1) {
 
	uint8_t		icw	= 0;
 
	//! Begin initialization of PIC
 
	icw = (icw & ~I86_PIC_ICW1_MASK_INIT) | I86_PIC_ICW1_INIT_YES;
	icw = (icw & ~I86_PIC_ICW1_MASK_IC4) | I86_PIC_ICW1_IC4_EXPECT;
 
	i86_pic_send_command (icw, 0);
	i86_pic_send_command (icw, 1);
 
	//! Send initialization control word 2. This is the base addresses of the irq's
 
	i86_pic_send_data (base0, 0);
	i86_pic_send_data (base1, 1);
 
	//! Send initialization control word 3. This is the connection between master and slave.
	//! ICW3 for master PIC is the IR that connects to secondary pic in binary format
	//! ICW3 for secondary PIC is the IR that connects to master pic in decimal format
 
	i86_pic_send_data (0x04, 0);
	i86_pic_send_data (0x02, 1);
 
	//! Send Initialization control word 4. Enables i86 mode
 
	icw = (icw & ~I86_PIC_ICW4_MASK_UPM) | I86_PIC_ICW4_UPM_86MODE;
 
	i86_pic_send_data (icw, 0);
	i86_pic_send_data (icw, 1);
}

プログラマブルインターバルタイマ

プログラマブルインターバルタイマ（PIT）は、プログラムされたカウントに達すると割り込みを発生させるカウンタです。8253および8254マイコンは、i86アーキテクチャで使用可能なPITで、i86互換システムのタイマとして使用されます。

x86アーキテクチャでは、PITはシステムタイマーとして動作し、PICのIR0ラインに接続されています。 これにより、PITはタイマーを刻むごとにIRQ 0を発生させることができます。このため、このマイクロコントローラを使用する前に、再プログラムする必要があります。

PITはプログラミングが複雑なマイコンです。このため、PITについては、別のチュートリアルを作成しました。 それでも、すべてを詳細に説明するつもりですが、ここでは、PITのすべてをカバーすることはできません。

PITについて学ぶには、以下のチュートリアルをご覧ください（参考）。

8253プログラマブルインターバルタイマチュートリアル

pit.h:インターフェース

操作コマンドワード

コマンドワードは、少し複雑です。以下は、コマンドワードの完全版です。

• ビット0：（BCP）バイナリカウンタ
• 0：バイナリ
• 1：バイナリコード付き10進数（BCD）
• ビット1-3：(M0, M1, M2)動作モード。それぞれの説明は、上記のセクションを参照してください。
• 000：モード0：割込みまたは端子カウント
• 001:モード 1: プログラマブルワンショット
• 010:モード 2: レートジェネレータ
• 011:モード3：方形波発生器
• 100:Mode 4: ソフトウェアトリガー ストロボ
• 101:Mode 5: ハードウェアトリガー ストロボ
• 110:未定義、使用しないでください。
• 111:未定義、使用せず
• 第4-5ビット：（RL0, RL1）リード/ロード・モード。カウンタ・レジスタへのデータの読み出し、または送信を行います
• 00:カウンタ値はI/Oライト動作時に内部コントロールレジスタにラッチされます。
• 01:最下位バイト(LSB)のみをリードまたはロードします。
• 10: 最上位バイト(MSB)のみ読み出し/読み出し
• 11:LSBを先に読み出し、その後MSBを読み出す。
• ビット6-7：(SC0-SC1)セレクトカウンタ。それぞれの説明は、上記のセクションを参照してください。
• 00:カウンタ0
• 01: カウンタ1
• 10:カウンタ2
• 11:不正な値

PICのインターフェースと同様に、コマンドのフォーマットを記述するために、いくつかのビットマスクを設定します。以下は、その内容です...

#define		I86_PIT_OCW_MASK_BINCOUNT			1	//00000001
#define		I86_PIT_OCW_MASK_MODE				0xE	//00001110
#define		I86_PIT_OCW_MASK_RL				0x30	//00110000
#define		I86_PIT_OCW_MASK_COUNTER			0xC0	//11000000

これはコマンド制御ビットが輝くところです。これらは、上記の異なるビットマスクのための異なる設定とビットの組み合わせを定義するのに役立ちます。以下はその例です。

#define		I86_PIT_OCW_BINCOUNT_BINARY	0	//0		//! Use when setting I86_PIT_OCW_MASK_BINCOUNT
#define		I86_PIT_OCW_BINCOUNT_BCD	1	//1
#define		I86_PIT_OCW_MODE_TERMINALCOUNT	0	//0000		//! Use when setting I86_PIT_OCW_MASK_MODE
#define		I86_PIT_OCW_MODE_ONESHOT	0x2	//0010
#define		I86_PIT_OCW_MODE_RATEGEN	0x4	//0100
#define		I86_PIT_OCW_MODE_SQUAREWAVEGEN	0x6	//0110
#define		I86_PIT_OCW_MODE_SOFTWARETRIG	0x8	//1000
#define		I86_PIT_OCW_MODE_HARDWARETRIG	0xA	//1010
#define		I86_PIT_OCW_RL_LATCH		0	//000000	//! Use when setting I86_PIT_OCW_MASK_RL
#define		I86_PIT_OCW_RL_LSBONLY		0x10	//010000
#define		I86_PIT_OCW_RL_MSBONLY		0x20	//100000
#define		I86_PIT_OCW_RL_DATA		0x30	//110000
#define		I86_PIT_OCW_COUNTER_0		0	//00000000	//! Use when setting I86_PIT_OCW_MASK_COUNTER
#define		I86_PIT_OCW_COUNTER_1		0x40	//01000000
#define		I86_PIT_OCW_COUNTER_2		0x80	//10000000

	uint8_t ocw=0;
	ocw = (ocw & ~I86_PIT_OCW_MASK_MODE) | I86_PIT_OCW_MODE_SQUAREWAVEGEN;
	ocw = (ocw & ~I86_PIT_OCW_MASK_BINCOUNT) | I86_PIT_OCW_BINCOUNT_BINARY;
	ocw = (ocw & ~I86_PIT_OCW_MASK_COUNTER) | I86_PIT_OCW_COUNTER_0;

私はそれがpit.hにあるすべてであると思います。次は、pit.cppに飛び込んでみましょうか？ウィー......!

pit.cpp。インプリメンテーション

pit.cpp。レジスタ

#define		I86_PIT_REG_COUNTER0		0x40
#define		I86_PIT_REG_COUNTER1		0x41
#define		I86_PIT_REG_COUNTER2		0x42
#define		I86_PIT_REG_COMMAND		0x43
 
//! Global Tick count
uint32_t		_pit_ticks=0;

また、_pit_ticksに注目してください。これは非常に特別で重要なグローバルです。

PITカウンタ0がPICのIR0ラインに接続されているのを覚えていますか？つまり、カウンタ0が発火すると、割り込み要求（IRQ）0が発生します。この要求を処理するために、割り込みハンドラを作成し、インストールする必要があります。

割り込みハンドラが行うべきことは、システムのグローバルティックカウントを更新することです。そのために_pit_ticksがあります。

i86_pit_irq()。PITカウンタ0割り込みハンドラ

このハンドラが行うことは、割り込みが発生するたびにグローバルティックカウントをインクリメントすることだけです。割り込みハンドラの一般的な書式に注意してください。

intstart()は、ハードウェア割り込みを無効にしてスタックフレームを保存し、タスクのスタックを空けずに復帰するために使用するマクロです。この目的は、単純に現在のスタックを変更されないように保護し、そのスタックを維持したままタスクに戻るためです。これらのマクロは、カーネルやデバイスドライバの割り込みハンドラで使用できるようにasm/system.hで定義されています。

割り込みは、特定のコンパイラでのみ使用される特別な定数です。MSVC++の場合は、__declspec（裸）として定義されています。これは、コンパイラが追加したコードを気にする必要がないようにするためです。一部のコンパイラはこのキーワードを直接サポートしています（最も顕著なのは16ビットコンパイラです）。他は（MSVC++のように）サポートしていないので、定義する必要があります。

interruptdone()は、ハードウェア抽象化レイヤで定義された特別なルーチンです。これは、PICに割り込み終了コマンドを送信する責任があります。

これは、私たちのすべての割り込みハンドラが使用する一般的な形式です。

void interrupt _cdecl i86_pit_irq () {
 
	//! macro to hide interrupt start code
	intstart ();
 
	//! increment tick count
	_pit_ticks++;
 
	//! tell hal we are done
	interruptdone(0);
 
	//! macro used with intstart to return from interrupt handler
	intret ();
}

i86_pit_send_command ():PIT にコマンドを送信

//! send command to pic
void i86_pit_send_command (uint8_t cmd) {
 
	outportb (I86_PIT_REG_COMMAND, cmd);
}

i86_pit_send_data()とi86_pit_read_data()。カウンタにデータを送る、カウンタからデータを読み取る

//! send data to a counter
void i86_pit_send_data (uint16_t data, uint8_t counter) {
 
	uint8_t	port= (counter==I86_PIT_OCW_COUNTER_0) ? I86_PIT_REG_COUNTER0 :
		((counter==I86_PIT_OCW_COUNTER_1) ? I86_PIT_REG_COUNTER1 : I86_PIT_REG_COUNTER2);
 
	outportb (port, data);
}
 
//! read data from counter
uint8_t i86_pit_read_data (uint16_t counter) {
 
	uint8_t	port= (counter==I86_PIT_OCW_COUNTER_0) ? I86_PIT_REG_COUNTER0 :
		((counter==I86_PIT_OCW_COUNTER_1) ? I86_PIT_REG_COUNTER1 : I86_PIT_REG_COUNTER2);
 
	return inportb (port);
}

i86_pit_initialize ():PITを初期化する

i86_install_ir()ルーチンを使って、割り込みハンドラ（i86_pit_irq）を割り込み記述子表にインストールします。irqは、プライマリ PIC が IRQ 0 にマッピングされたことを確認するために使用したのと同じベース IRQ 番号であるべきです。

//! initialize minidriver
void i86_pit_initialize (uint8_t irq, uint8_t irCodeSeg) {
 
	//! Install our interrupt handler
	i86_install_ir (irq, I86_IDT_DESC_PRESENT | I86_IDT_DESC_BIT32,
		irCodeSeg, i86_pit_irq);
}

i86_pit_start_counter()。内部カウンタをスタートさせる

本ルーチンは、ルーチンに渡されたパラメータに基づいて、操作コマンド・ワードを構築する。

void i86_pit_start_counter (uint32_t freq, uint8_t counter, uint8_t mode) {
 
	if (freq==0)
		return;
 
	uint16_t divisor = 1193180 / freq;
 
	//! send operational command
	uint8_t ocw=0;
	ocw = (ocw & ~I86_PIT_OCW_MASK_MODE) | mode;
	ocw = (ocw & ~I86_PIT_OCW_MASK_RL) | I86_PIT_OCW_RL_DATA;
	ocw = (ocw & ~I86_PIT_OCW_MASK_COUNTER) | counter;
	i86_pit_send_command (ocw);
 
	//! set frequency rate
	i86_pit_send_data (divisor & 0xff, 0);
	i86_pit_send_data ((divisor >> 8) & 0xff, 0);
 
	//! reset tick count
	_pit_ticks=0;
}

まとめ

これで基本的なことはすべて完了です。プロセッサのモードやアーキテクチャから、プロセッサテーブル、割り込み、割り込み管理など、このシリーズでは多くのことをカバーしました。これはカーネルの始まりであり、カーネルがそこから構築される場所です。

このチュートリアルでは、PIC、PIT、例外、およびハードウェア割り込み管理のサポートを追加しました。これは重要なステップで、多くの重要なデバイスがハードウェア割り込みを使用するからです。また、これはハードウェア割り込みを再有効化する手段を提供します（保護モードに切り替える前に、ハードウェア割り込みを無効にする必要があったことを思い出してください）。

次のチュートリアルでは、カーネル自体に戻ります。その時は、コンピュータシステムの最も基本的な側面の1つについて話をします。ページングと 低レベルのメモリ管理です。これはまた、私たち自身のシステムAPIの基礎となるものです。