✨131 CPU 功能检测

docs/09 设备驱动/131 CPU 功能检测.md

@@ -0,0 +1,37 @@
+# CPU 功能检测
+
+## CPUID
+
+`CPUID` [^osdev] 指令可以用于获取很多 CPU 的信息，比如供应商(Vendor) 字符串，和模型数，内部缓存大小，以及很多其他有趣的东西。
+
+EFLAGS 位图：
+
+![](../04%20中断和时钟/images/eflags.drawio.svg)
+
+## 功能检测
+
+在执行 `CPUID` 指令之前，首先应该检测处理器是否支持该指令，如果 EFLAGS 的 ID 位可修改，那么表示处理器支持 `CPUID` 指令。
+
+## 基础用法
+
+执行 `CPUID` 指令前，将参数 `0` 传入 `EAX`，不同的参数将返回不同的信息。
+
+### 供应商 ID
+
+当 `EAX=0` 时，CPUID 将返回供应商 ID 字符串到 `EBX`, `EDX` 和 `ECX`，将它们写入内存将得到长度 12 的字符串。这个字符串表示了供应商的 ID。下面是典型的供应商 ID：
+
+```c++
+#define CPUID_VENDOR_AMD "AuthenticAMD"
+#define CPUID_VENDOR_INTEL "GenuineIntel"
+```
+
+`EAX` 中返回最大的输入数；
+
+### CPU 功能
+
+使用参数 `EAX` = 1 调用 CPUID，返回一个位图存储在 `EDX` 和 `ECX` 中 [^info]。注意不同品牌的 CPU 可能有不同的含义。
+
+## 参考
+
+[^osdev]: https://wiki.osdev.org/CPUID
+[^info]: Intel® 64 and IA-32 Architectures Software Developer's Manual

src/builtin/osh.c

@@ -81,6 +81,7 @@ void builtin_logo()
 
 void builtin_test(int argc, char *argv[])
 {
+    test();
 }
 
 void builtin_pwd()
@@ -556,6 +557,9 @@ static int signal_handler(int sig)
 
 int main()
 {
+    // 方便调试，直接调用测试
+    builtin_test(0, NULL);
+
     // 注册信号 CTRL + C
     signal(SIGINT, (int)signal_handler);
 

src/include/onix/cpu.h

@@ -0,0 +1,108 @@
+#ifndef ONIX_CPU_H
+#define ONIX_CPU_H
+
+#include <onix/types.h>
+
+// Vendor strings from CPUs.
+#define CPUID_VENDOR_AMD "AuthenticAMD"
+#define CPUID_VENDOR_INTEL "GenuineIntel"
+
+bool cpu_check_cpuid();
+
+typedef struct cpu_vendor_t
+{
+    u32 max_value;
+    char info[13];
+} _packed cpu_vendor_t;
+
+void cpu_vendor_id(cpu_vendor_t *item);
+
+typedef struct cpu_version_t
+{
+    u8 stepping : 4;
+    u8 model : 4;
+    u8 family : 4;
+    u8 type : 2;
+    u8 RESERVED : 2;
+    u8 emodel : 4;
+    u8 efamily0 : 4;
+    u8 efamily1 : 4;
+    u8 RESERVED : 4;
+
+    u8 brand_index;
+    u8 clflush;
+    u8 max_num;
+    u8 apic_id;
+
+    // ECX;
+    u8 SSE3 : 1;       // 0
+    u8 PCLMULQDQ : 1;  // 1
+    u8 DTES64 : 1;     // 2
+    u8 MONITOR : 1;    // 3
+    u8 DS_CPL : 1;     // 4
+    u8 VMX : 1;        // 5
+    u8 SMX : 1;        // 6
+    u8 EIST : 1;       // 7
+    u8 TM2 : 1;        // 8
+    u8 SSSE3 : 1;      // 9
+    u8 CNXT_ID : 1;    // 10
+    u8 SDBG : 1;       // 11
+    u8 FMA : 1;        // 12
+    u8 CMPXCHG16B : 1; // 13
+    u8 xTPR : 1;       // 14
+    u8 PDCM : 1;       // 15
+    u8 RESERVED : 1;   // 16
+    u8 PCID : 1;       // 17
+    u8 DCA : 1;        // 18
+    u8 SSE4_1 : 1;     // 19
+    u8 SSE4_2 : 1;     // 20
+    u8 x2APIC : 1;     // 21
+    u8 MOVBE : 1;      // 22
+    u8 POPCNT : 1;     // 23
+    u8 TSCD : 1;       // 24
+    u8 AESNI : 1;      // 25
+    u8 XSAVE : 1;      // 26
+    u8 OSXSAVE : 1;    // 27
+    u8 AVX : 1;        // 28
+    u8 F16C : 1;       // 29
+    u8 RDRAND : 1;     // 30
+    u8 RESERVED : 1;   // 31
+
+    // EDX
+    u8 FPU : 1;      // 0 x87 FPU on Chip
+    u8 VME : 1;      // 1 Virtual-8086 Mode Enhancement
+    u8 DE : 1;       // 2 Debugging Extensions
+    u8 PSE : 1;      // 3 Page Size Extensions
+    u8 TSC : 1;      // 4 Time Stamp Counter
+    u8 MSR : 1;      // 5 RDMSR and WRMSR Support
+    u8 PAE : 1;      // 6 Physical Address Extensions
+    u8 MCE : 1;      // 7 Machine Check Exception
+    u8 CX8 : 1;      // 8 CMPXCHG8B Inst.
+    u8 APIC : 1;     // 9 APIC on Chip
+    u8 RESERVED : 1; // 10
+    u8 SEP : 1;      // 11 SYSENTER and SYSEXIT
+    u8 MTRR : 1;     // 12 Memory Type Range Registers
+    u8 PGE : 1;      // 13 PTE Global Bit
+    u8 MCA : 1;      // 14 Machine Check Architecture
+    u8 CMOV : 1;     // 15 Conditional Move/Compare Instruction
+    u8 PAT : 1;      // 16 Page Attribute Table
+    u8 PSE36 : 1;    // 17 Page Size Extension
+    u8 PSN : 1;      // 18 Processor Serial Number
+    u8 CLFSH : 1;    // 19 CLFLUSH instruction
+    u8 RESERVED : 1; // 20
+    u8 DS : 1;       // 21 Debug Store
+    u8 ACPI : 1;     // 22 Thermal Monitor and Clock Ctrl
+    u8 MMX : 1;      // 23 MMX Technology
+    u8 FXSR : 1;     // 24 FXSAVE/FXRSTOR
+    u8 SSE : 1;      // 25 SSE Extensions
+    u8 SSE2 : 1;     // 26 SSE2 Extensions
+    u8 SS : 1;       // 27 Self Snoop
+    u8 HTT : 1;      // 28 Multi-threading
+    u8 TM : 1;       // 29 Therm. Monitor
+    u8 RESERVED : 1; // 30
+    u8 PBE : 1;      // 31 Pend. Brk. EN.
+} _packed cpu_version_t;
+
+void cpu_version(cpu_version_t *ver);
+
+#endif

src/kernel/cpu.c

@@ -0,0 +1,47 @@
+#include <onix/cpu.h>
+
+// 检测是否支持 cpuid 指令
+bool cpu_check_cpuid()
+{
+    bool ret;
+    asm volatile(
+        "pushfl \n" // 保存 eflags
+
+        "pushfl \n"                   // 得到 eflags
+        "xorl $0x00200000, (%%esp)\n" // 反转 ID 位
+        "popfl\n"                     // 写入 eflags
+
+        "pushfl\n"                  // 得到 eflags
+        "popl %%eax\n"              // 写入 eax
+        "xorl (%%esp), %%eax\n"     // 将写入的值与原值比较
+        "andl $0x00200000, %%eax\n" // 得到 ID 位
+        "shrl $21, %%eax\n"         // 右移 21 位，得到是否支持
+
+        "popfl\n" // 恢复 eflags
+        : "=a"(ret));
+    return ret;
+}
+
+// 得到供应商 ID 字符串
+void cpu_vendor_id(cpu_vendor_t *item)
+{
+    asm volatile(
+        "cpuid \n"
+        : "=a"(*((u32 *)item + 0)),
+          "=b"(*((u32 *)item + 1)),
+          "=d"(*((u32 *)item + 2)),
+          "=c"(*((u32 *)item + 3))
+        : "a"(0));
+    item->info[12] = 0;
+}
+
+void cpu_version(cpu_version_t *item)
+{
+    asm volatile(
+        "cpuid \n"
+        : "=a"(*((u32 *)item + 0)),
+          "=b"(*((u32 *)item + 1)),
+          "=c"(*((u32 *)item + 2)),
+          "=d"(*((u32 *)item + 3))
+        : "a"(1));
+}

src/kernel/gate.c

@@ -1,14 +1,8 @@
 #include <onix/interrupt.h>
+#include <onix/task.h>
+#include <onix/syscall.h>
 #include <onix/assert.h>
 #include <onix/debug.h>
-#include <onix/syscall.h>
-#include <onix/task.h>
-#include <onix/console.h>
-#include <onix/memory.h>
-#include <onix/device.h>
-#include <onix/string.h>
-#include <onix/buffer.h>
-#include <onix/fs.h>
 
 #define LOGK(fmt, args...) DEBUGK(fmt, ##args)
 
@@ -29,28 +23,7 @@ static void sys_default()
     panic("syscall not implemented!!!");
 }
 
-static u32 sys_test()
-{
-    char ch;
-    device_t *device;
-
-    device_t *serial = device_find(DEV_SERIAL, 0);
-    assert(serial);
-
-    device_t *keyboard = device_find(DEV_KEYBOARD, 0);
-    assert(keyboard);
-
-    device_t *console = device_find(DEV_CONSOLE, 0);
-    assert(console);
-
-    device_read(serial->dev, &ch, 1, 0, 0);
-    // device_read(keyboard->dev, &ch, 1, 0, 0);
-
-    device_write(serial->dev, &ch, 1, 0, 0);
-    device_write(console->dev, &ch, 1, 0, 0);
-
-    return 255;
-}
+extern int sys_test();
 
 extern void sys_execve();
 extern int sys_kill();

src/kernel/test.c

@@ -0,0 +1,25 @@
+#include <onix/types.h>
+#include <onix/cpu.h>
+#include <onix/printk.h>
+#include <onix/debug.h>
+#include <onix/errno.h>
+
+#define LOGK(fmt, args...) DEBUGK(fmt, ##args)
+
+err_t sys_test()
+{
+    LOGK("test syscall...\n");
+
+    cpu_vendor_t vendor;
+
+    cpu_vendor_id(&vendor);
+    printk("CPU vendor id: %s\n", vendor.info);
+    printk("CPU max value: 0x%X\n", vendor.max_value);
+
+    cpu_version_t ver;
+
+    cpu_version(&ver);
+    printk("FPU support state: %d\n", ver.FPU);
+    printk("APIC support state: %d\n", ver.APIC);
+    return EOK;
+}

src/makefile

@@ -101,6 +101,8 @@ $(BUILD)/kernel.bin: \
 	$(BUILD)/kernel/execve.o \
 	$(BUILD)/kernel/signal.o \
 	$(BUILD)/kernel/alarm.o \
+	$(BUILD)/kernel/cpu.o \
+	$(BUILD)/kernel/test.o \
 	$(BUILD)/fs/super.o \
 	$(BUILD)/fs/bmap.o \
 	$(BUILD)/fs/inode.o \