九.输入/输出保护为了支持多任务，80386不仅要有效地实现任务隔离，而且还要有效地控制各任务的输入/输出，避免输入/输出冲突。本文将介绍输入输出保护。 这里下载本文源代码。 <一>输入/输出保护80386采用I/O特权级IPOL和I/O许可位图的方法来控制输入/输出，实现输入/输出保护。 1.I/O敏感指令输入输出特权级(I/O Privilege Level)规定了可以执行所有与I/O相关的指令和访问I/O空间中所有地址的最外层特权级。IOPL的值在如下图所示的标志寄存器中。 标 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许可位图规定了I/O空间中的哪些地址可以由在任何特权级执行的程序所访问。I/O许可位图在任务状态段TSS中。 I/O敏感指令 指令 功能 保护方式下的执行条件 CLI 清除EFLAGS中的IF位 CPL<=IOPL STI 设置EFLAGS中的IF位 CPL<=IOPL IN 从I/O地址读出数据 CPL<=IOPL或I/O位图许可 INS 从I/O地址读出字符串 CPL<=IOPL或I/O位图许可 OUT 向I/O地址写数据 CPL<=IOPL或I/O位图许可 OUTS 向I/O地址写字符串 CPL<=IOPL或I/O位图许可 上表所列指令称为I/O敏感指令，由于这些指令与I/O有关，并且只有在满足所列条件时才可以执行，所以把它们称为I/O敏感指令。从表中可见，当前特权级不在I/O特权级外层时，可以正常执行所列的全部I/O敏感指令；当特权级在I/O特权级外层时，执行CLI和STI指令将引起通用保护异常，而其它四条指令是否能够被执行要根据访问的I/O地址及I/O许可位图情况而定(在下面论述)，如果条件不满足而执行，那么将引起出错码为0的通用保护异常。 由于每个任务使用各自的EFLAGS值和拥有自己的TSS，所以每个任务可以有不同的IOPL，并且可以定义不同的I/O许可位图。注意，这些I/O敏感指令在实模式下总是可执行的。 2.I/O许可位图如果只用IOPL限制I/O指令的执行是很不方便的，不能满足实际要求需要。因为这样做会使得在特权级3执行的应用程序要么可访问所有I/O地址，要么不可访问所有I/O地址。实际需要与此刚好相反，只允许任务甲的应用程序访问部分I/O地址，只允许任务乙的应用程序访问另一部分I/O地址，以避免任务甲和任务乙在访问I/O地址时发生冲突，从而避免任务甲和任务乙使用使用独享设备时发生冲突。 因此，在IOPL的基础上又采用了I/O许可位图。I/O许可位图由二进制位串组成。位串中的每一位依次对应一个I/O地址，位串的第0位对应I/O地址0，位串的第n位对应I/O地址n。如果位串中的第位为0，那么对应的I/O地址m可以由在任何特权级执行的程序访问；否则对应的I/O地址m只能由在IOPL特权级或更内层特权级执行的程序访问。如果在I/O外层特权级执行的程序访问位串中位值为1的位所对应的I/O地址，那么将引起通用保护异常。 I/O地址空间按字节进行编址。一条I/O指令最多可涉及四个I/O地址。在需要根据I/O位图决定是否可访问I/O地址的情况下，当一条I/O指令涉及多个I/O地址时，只有这多个I/O地址所对应的I/O许可位图中的位都为0时，该I/O指令才能被正常执行，如果对应位中任一位为1，就会引起通用保护异常。 80386支持的I/O地址空间大小是64K，所以构成I/O许可位图的二进制位串最大长度是64K个位，即位图的有效部分最大为8K字节。一个任务实际需要使用的I/O许可位图大小通常要远小于这个数目。 当前任务使用的I/O许可位图存储在当前任务TSS中低端的64K字节内。I/O许可位图总以字节为单位存储，所以位串所含的位数总被认为是8的倍数。从前文中所述的TSS格式可见，TSS内偏移66H的字确定I/O许可位图的开始偏移。由于I/O许可位图最长可达8K字节，所以开始偏移应小于56K，但必须大于等于104，因为TSS中前104字节为TSS的固定格式，用于保存任务的状态。 1.I/O访问许可检查细节保护模式下处理器在执行I/O指令时进行许可检查的细节如下所示。 (1)若CPL<=IOPL，则直接转步骤(8)；(2)取得I/O位图开始偏移；(3)计算I/O地址对应位所在字节在I/O许可位图内的偏移；(4)计算位偏移以形成屏蔽码值，即计算I/O地址对应位在字节中的第几位；(5)把字节偏移加上位图开始偏移，再加1，所得值与TSS界限比较，若越界，则产生出错码为0的通用保护故障；(6)若不越界，则从位图中读对应字节及下一个字节；(7)把读出的两个字节与屏蔽码进行与运算，若结果不为0表示检查未通过，则产生出错码为0的通用保护故障；(8)进行I/O访问。设某一任务的TSS段如下： TSSSEG SEGMENT PARA USE16 TSS <> ;TSS低端固定格式部分 DB 8 DUP(0) ;对应I/O端口00H—3FH DB 10000000B ;对应I/O端口40H—47H DB 01100000B ;对用I/O端口48H—4FH DB 8182 DUP(0ffH) ;对应I/O端口50H—0FFFFH DB 0FFH ;位图结束字节TSSLen = $TSSSEG ENDS 再假设IOPL=1，CPL=3。那么如下I/O指令有些能正常执行，有些会引起通用保护异常： in al,21h ;(1)正常执行 in al,47h ;(2)引起异常 out 20h,al ;(3)正常实行 out 4eh,al ;(4)引起异常 in al,20h ;(5)正常执行 out 20h,eax ;(6)正常执行 out 4ch,ax ;(7)引起异常 in ax,46h ;(8)引起异常 in eax,42h ;(9)正常执行 由上述I/O许可检查的细节可见，不论是否必要，当进行许可位检查时，80386总是从I/O许可位图中读取两个字节。目的是为了尽快地执行I/O许可检查。一方面，常常要读取I/O许可位图的两个字节。例如，上面的第(8)条指令要对I/O位图中的两个位进行检查，其低位是某个字节的最高位，高位是下一个字节的最低位。可见即使只要检查两个位，也可能需要读取两个字节。另一方面，最多检查四个连续的位，即最多也只需读取两个字节。所以每次要读取两个字节。这也是在判别是否越界时再加1的原因。为此，为了避免在读取I/O许可位图的最高字节时产生越界，必须在I/O许可位图的最后填加一个全1的字节，即0FFH。此全1的字节应填加在最后一个位图字节之后，TSS界限范围之前，即让填加的全1字节在TSS界限之内。 I/O许可位图开始偏移加8K所得的值与TSS界限值二者中较小的值决定I/O许可位图的末端。当TSS的界限大于I/O许可位图开始偏移加8K时，I/O许可位图的有效部分就有8K字节，I/O许可检查全部根据全部根据该位图进行。当TSS的界限不大于I/O许可位图开始偏移加8K时，I/O许可位图有效部分就不到8K字节，于是对较小I/O地址访问的许可检查根据位图进行，而对较大I/O地址访问的许可检查总被认为不可访问而引起通用保护故障。因为这时会发生字节越界而引起通用保护异常，所以在这种情况下，可认为不足的I/O许可位图的高端部分全为1。利用这个特点，可大大节约TSS中I/O许可位图占用的存储单元，也就大大减小了TSS段的长度。 <二>重要标志保护输入输出的保护与存储在标志寄存器EFLAGS中的IOPL密切相关，显然不能允许随便地改变IOPL，否则就不能有效地实现输入输出保护。类似地，对EFLAGS中的IF位也必须加以保护，否则CLI和STI作为敏感指令对待是无意义的。此外，EFLAGS中的VM位决定着处理器是否按虚拟8086方式工作。 80386对EFLAGS中的这三个字段的处理比较特殊，只有在较高特权级执行的程序才能执行IRET、POPF、CLI和STI等指令改变它们。下表列出了不同特权级下对这三个字段的处理情况。 不同特权级对标志寄存器特殊字段的处理 特权级 VM标志字段 IOPL标志字段 IF标志字段 CPL=0 可变(初POPF指令外) 可变 可变 0 不变 不变 可变 CPL>IOPL 不变 不变 不变 从表中可见，只有在特权级0执行的程序才可以修改IOPL位及VM位；只能由相对于IOPL同级或更内层特权级执行的程序才可以修改IF位。与CLI和STI指令不同，在特权级不满足上述条件的情况下，当执行POPF指令和IRET指令时，如果试图修改这些字段中的任何一个字段，并不引起异常，但试图要修改的字段也未被修改，也不给出任何特别的信息。此外，指令POPF总不能改变VM位，而PUSHF指令所压入的标志中的VM位总为0。 <三>演示输入输出保护的实例(实例九)下面给出一个用于演示输入输出保护的实例。演示内容包括：I/O许可位图的作用、I/O敏感指令引起的异常和特权指令引起的异常；使用段间调用指令CALL通过任务门调用任务，实现任务嵌套。 1.演示步骤实例演示的内容比较丰富，具体演示步骤如下：(1)在实模式下做必要准备后，切换到保护模式；(2)进入保护模式的临时代码段后，把演示任务的TSS段描述符装入TR，并设置演示任务的堆栈；(3)进入演示代码段，演示代码段的特权级是0；(4)通过任务门调用测试任务1。测试任务1能够顺利进行；(5)通过任务门调用测试任务2。测试任务2演示由于违反I/O许可位图规定而导致通用保护异常；(6)通过任务门调用测试任务3。测试任务3演示I/O敏感指令如何引起通用保护异常；(7)通过任务门调用测试任务4。测试任务4演示特权指令如何引起通用保护异常；(8)从演示代码转临时代码，准备返回实模式；(9)返回实模式，并作结束处理。
上传时间： 2013-12-11
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用单片机实现温度远程显示摘 要：文章介绍了用AT89S8252单片机的串行接口与智能温度巡回检测仪（XJ-08S）通过RS—485总线相互通讯实现热水温度远程显示的一种低成本解决方案，内容涉及RS—485总线通讯、单片机驱动数码管显示、数据转换以及键盘处理软硬件设计等内容。关键词：单片机 RS—485总线 数码管显示 数据转换 键盘处理一、前 言目前检测温度一般采用热电偶或热敏电阻作为传感器，这种传感器至仪表之间一般都要用专用的温度补偿导线，而温度补偿导线价格很贵，并且线路太长也会影响测量精度。在实际应用中往往需要对较远处（1KM左右）的温度信号进行监视。现有的解决方案有很多，例如：1、 在现场用智能仪表对温度信号进行测量，用计算机作上位机与智能仪表进行通讯来实现远程温度监测（采用这种方案要增加计算机设备及相关计算机软件）。2、 NCU+DDC实现远程温度监测。用两个DDC，一个安装在现场测量温度，另一个安装在监视地，两个DDC通过NCU进行通讯从而实现远程温度监测。但以上方案都存在成本高的问题，有没有低成本的解决方案呢？其实，在单片机应用日益广泛的今天，完全可以用单片机以极低的成本来实现远程温度监测。二、问题的提出我单位管理的锅炉房同时给两栋建筑物内的两家酒店供应蒸汽，由安装在两栋建筑物地下室的热交换器进行热交换后产生热水送给客房。从锅炉房至两个热交换站的距离分别约600米，值班人员要不停地奔波于两个热交换站与锅炉房之间进行设备巡视，检查热水温度是否控制在规定的范围，这样不仅增加了值班人员的劳动强度，同时也使锅炉房经常无人(因每班1人值班)。如果能在锅炉房显示两个热交换站内各热交换器的热水温度，则值班人员仅在热水温度异常时才需到各热交换站检查设备，这样便可解决上述问题。我公司曾就此问题找专业公司作过方案，其报价在人民币１０万元左右，后因种种原因该项目未实施。经过分析，本人发现可以用单片机+智能仪表以低成本实现温度远程显示，并且经过实验取得了成功，现将设计方案简述如下：三、控制要求及解决方案选择 1、 两个热交换站分高低区共安装有8个热交换器，正常水温在45oC至65oC之间；两个热交换站与锅炉房的距离分别为500米和600米左右。2、 要求在锅炉房能以巡回及定点两种方式显示8个热交换器的热水温度，巡回方式以3秒为周期轮流更新及显示各热交换器热水温度。定点方式时每按上键或下键一次则显示上或下一个热交换器热水温度，每3秒自动更新数据一次。3、 根据控制要求选择单片机+智能仪表的解决方案：用带通讯接口的智能仪表安装在现场测量温度，设计制作一个单片机装置完成与智能仪表的通讯及数据显示。四、通讯协议、智能仪表选择及其参数介绍因热水温度信号变化较慢，因而对通信的速度要求不高，对于这种低速率远距离的通讯选用RS-485总线适宜。RS-485是EIA（美国电子工业联合会）在1983年公布的新的平衡传输标准，是工业界使用最为广泛的双向、平衡传输线标准接口，它以半双工方式通信，支持多点连接，传统驱动器允许创建多达32个节点的网络，且其具有传输距离远（最大传输距离为1200M），传输速度快（1200M时为100KBPS）等优点。其连接方法如下图所示。
上传时间： 2013-10-12
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电子发烧友网核心提示：医疗内窥镜的市场发展带来了各种挑战，例如，要求增强功能，更高的精度，更好的处理性能，以及更小的体积等。本文介绍Altera高级医疗内窥镜系统解决方案，它使用了1080p视频设计工作台、DSP 构建模块、参考设计，以及 Stratix® V、Cyclone® V 和 Arria® V FPGA 等。通过下文介绍，资深专家向您支招，教你懂得如何通过采用基于FPGA的方法来缩短高级医疗内窥镜系统的开发时间。 引言 对内窥镜检查的需求在不断增长，同时还需要不断改进检查过程，增强医疗设备的功能。全球竞争不断加剧，导致各种新功能的出现，新市场的变化也非常快，开发周期越来越短，工程团队必须集中精力提高核心竞争力，加强系统知识。工程师需要灵活的硬件平台和支持各种平台的工作台工具，使他们能够针对新标准或者标准的变化而对产品进行更新。此外，设计团队必须更高效的进行开发工作。Altera® 1080p 视频设计工作台和28-nm FPGA提供了灵活的系统方法来满足当前以及不断发展的功能需求。 不断增长的全球需求 很多因素导致对内窥镜检查的需求越来越强。今后数十年内，世界60岁以上的人口数量将会大幅度增长，对医疗卫生服务的需求也会随之增长。而且，胃肠道患病人口在不断增加，需要进行检查和治疗。越来越多的医生采用内窥镜检查方法。很多政府报销政策鼓励非置入式治疗，这有利于患者更快的恢复，从而降低了治疗总成本，患者的体验会更好。 很多国家增加了在医疗基础设施上的投入，特别是加大了医疗设备的采购。反过来，这些新市场需求也扩大了对下一代内窥镜系统的需求。设计团队体验到需求的不断增长，而全球竞争导致他们推迟其产品发布计划。
上传时间： 2014-12-28
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在基于ASIC或FPGA的设计中，设计人员必须认真考虑某些性能标准，他们面临的挑战主要体现在面积、速度和功耗方面。 与ASIC一样，供应商在FPGA设计中也需要应对面积和速度的挑战。随着门数不断增加，FPGA需要更大的面积和尺寸来适应更多的应用，设计工具需要采用更好的算法以便更有效地利用面积。不断演进的FPGA技术也给设计人员带来一系列新的挑战，电源利用率就是其中之一，这对于为手持或便携式设备设计基于FPGA的嵌入式系统来说是急需解决的问题。
上传时间： 2013-11-14
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出于提高船载测控通信设备监控系统信息化水平及模拟训练能力，在深入研究船载测控通信设备原理及组成的基础上，利用虚拟仪器技术与HLA技术，以网络为传输媒介，开发了船载测控通信设备监控模训综合系统。鉴于设备监控系统与模拟训练系统共同的特性，该系统利用SQL Server的ADO功能、Web服务和XML技术实现数据的汇总与跨网同步，选用LabWindows/CVI平台开发监控系统本地监控终端及模训系统界面，采用Ajax技术架构与VML语言完成数据的Web发布，最终使系统可靠性、接入便捷性、网络数量流量控制及构件重用性均达到最优。
上传时间： 2013-11-03
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在泛在网络环境下，为了实现物联网服务的无缝注册与调用，提出了一种物联网设备即插即用系统设计方案。该系统支持IPv6协议，采用XML语言对设备与服务进行描述，借助XMill技术将描述文件进行有效压缩，最终通过Restful Web Service方式进行服务调用，实现了设备与服务能力描述、服务注册以及服务调用等功能。实际应用表明，该系统具有低开销、响应时间短的特点，达到了设计要求。
上传时间： 2013-11-23
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Si4432在无线抄表设备上的应用
上传时间： 2013-10-31
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简单介绍微波天线的测试设备和测试参数
上传时间： 2013-11-15
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光纤接口设备
上传时间： 2014-12-29
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介绍基于RFID无线手持终端的油井设备信息管理应用的设计，主要采用RFID芯片和毫秒P430微功耗单片机，结合基于Windows CE的嵌入式应用通过射频信号手持机自动识别电子标签，并通过WIFI无线网络实现相关设备信息的实时读取和写入，为设备监控和维护工作提供方便。通过在新疆克拉玛依市油田采油现场的实际应用，证明在油田生产现场的恶略环境下，通过RFID移动终端对油井设备进行自动化管理，不仅能够保证系统维持稳定运行，并且能够为工作人员带来极大便利。
上传时间： 2013-10-09
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