查看“HPET”的源代码

:''本页不是对HPET的完整描述，只是一个轻量级的介绍。 如果你需要本文未涵盖的任何信息，请参考[http://www.intel.com/content/dam/www/public/us/en/documents/technical-specifications/software-developers-hpet-spec-1-0a.pdf HPET规范]。''

'''HPET'''或高精度事件定时器（High Precision Event Timer），是英特尔和微软设计的一款硬件，用于取代较旧的 [[PIT]] 和 [[RTC]]。 它由（通常为64位）主计数器（递增计数）以及3到32位或64位宽的比较器组成。 HPET使用内存映射IO进行编程，使用[[ACPI]]可以找到HPET的基地址。

== 使用ACPI检测HPET ==

那个[http://www.intel.com/content/dam/www/public/us/en/documents/technical-specifications/software-developers-hpet-spec-1-0a.pdf HPET规范]定义了一个ACPI 2.0表，用于检测系统中存在的HPET的存在、地址和功能。 如果该表不存在，你应该假设没有HPET，并且应该回退到[[PIT]]或[[APIC Timer]]。

<source lang="cpp">
struct address_structure
{
    uint8_t address_space_id;    // 0 - system memory, 1 - system I/O
    uint8_t register_bit_width;
    uint8_t register_bit_offset;
    uint8_t reserved;
    uint64_t address;
} __attribute__((packed));

struct description_table_header
{
    char signature[4];    // 'HPET' in case of HPET table
    uint32_t length;
    uint8_t revision;
    uint8_t checksum;
    char oemid[6];
    uint64_t oem_tableid;
    uint32_t oem_revision;
    uint32_t creator_id;
    uint32_t creator_revision;
} __attribute__((packed));

struct hpet : public description_table_header
{
    uint8_t hardware_rev_id;
    uint8_t comparator_count:5;
    uint8_t counter_size:1;
    uint8_t reserved:1;
    uint8_t legacy_replacement:1;
    uint16_t pci_vendor_id;
    address_structure address;
    uint8_t hpet_number;
    uint16_t minimum_tick;
    uint8_t page_protection;
} __attribute__((packed));
</source>

== HPET-定时器（timer）vs比较器（comparators） ==

定时器中只有一个递增计数主计数器，但中断生成由*比较器*处理。 有3到32个比较器，确切的数量由上面<code>hpet</code>结构中的<code>compasator_count</code>字段表示。 请记住，你必须初始化主计数器和所有比较器。 此外，比较器中断的路由以及'''允许的'''路由是独立的，因此你必须为每个中断单独检测和设置它。 正文中进一步提供了有关此过程的更多信息。

== HPET操作模式 ==

HPET提供两种操作模式： 单次(one-shot,规范中也称为“非周期”)和周期模式。

=== One-shot模式 ===

在非周期模式下，操作系统用主计数器的值对定时器的一个比较器寄存器进行编程，以触发中断。 如果定时器设置为32位模式，则计数器回绕（wraps around）时也会产生中断。 比较器寄存器的值永远不会被硬件写入，你可以随时对其进行写入和读取，因此你可以更改主计数器中将生成中断的值。

HPET中的每个比较器都必须支持非周期模式。

===周期模式===

周期模式比非周期模式更棘手。 对于周期模式，类似于一次触发模式，写入一个值，在该值处，将向比较器寄存器生成中断。 但是，当产生中断时，硬件将'''将比较器寄存器中的值增加最后一个写入它的值'''！ 这是HPET的主要计数器向上计数的结果。

因此，如果我们设置定时器时，主计数器的值是12345，并且我们将12456写入比较器（即，从现在起，中断将触发111个时间单位），当中断触发时，12456将“添加”到比较器寄存器，因此它将变为24912，即从第一个中断开始的12456个时间单位。 有两种技术可以处理此问题；这两种技术都将在本文的后面部分介绍。

'''不需要''' 比较器来支持此模式; 初始化比较器时，你必须检测到此功能。 本文将进一步提供有关这方面的更多信息。

==中断例程（Interrupt routing）==

HPET支持三种中断映射选项: “遗留替换（legacy replacement）” 选项、标准选项和FSB选项。

===“旧版替换”映射===

在此映射中，HPET的定时器(比较器)#0替换PIT中断，而定时器#1替换RTC的中断(换句话说，PIC和RTC将不再导致中断)。 虽然HPET规范提供了下表描述了此映射中定时器 #0和 #1的路由，但建议至少检查ACPI表中IRQ0和IRQ8到I/O APIC的路由例程（routing）。

{| {{wikitable}}
! 定时器
! PIC映射
! IOAPIC映射
|-
|0
|IRQ0
|IRQ2
|-
|1
|IRQ8
|IRQ8
|-
|N
|根据IRQ路由字段
|根据IRQ路由字段
|}

=== 标准映射 ===

在标准映射中，每个定时器都有自己的中断路由控制。 通过读取定时器的能力寄存器可以找到允许的I/O APIC输入。

=== FSB映射 ===

这种映射几乎与PCI的消息信号中断相同。 定义如何配置FSB中断的“定时器N FSB中断路由寄存器”可在规范中找到。 使用定时器配置寄存器中的 “Tn_FSB_EN_CNF” 字段启用FSB中断。 本文将不再进一步讨论这种映射模式。

==HPET寄存器==

下表和字段描述也可以在规范中找到。 “偏移量”指与<code>hpet</code>struct的<code>address</code>字段中定义的地址的偏移量。 下表跳过规范中定义的保留寄存器。

{| {{wikitable}}
!偏移
!寄存器
! 类型
|-
|0x000 - 0x007
|General Capabilities and ID Register
|Read only
|-
|0x010 - 0x017
|General Configuration Register
|Read/write
|-
|0x020 - 0x027
|General Interrupt Status Register
|Read/write clear
|-
|0x0F0 - 0x0F7
|Main Counter Value Register
|Read/write
|-
|(0x100 + 0x20 * N) - (0x107 + 0x20 * N)
|Timer N Configuration and Capability Register
|Read/write
|-
|(0x108 + 0x20 * N) - (0x10F + 0x20 * N)
|Timer N Comparator Value Register
|Read/write
|-
|(0x110 + 0x20 * N) - (0x117 + 0x20 * N)
|Timer N FSB Interrupt Route Register
|Read/write
|}

===General Capabilities and ID Register===

{| {{wikitable}}
! 位
!名称
!描述
|-
|63:32
|COUNTER_CLK_PERIOD
|主计数器计时周期，单位为飞秒(10^-15s)。 不得为零，必须小于或等于0x05F5E100或100纳秒。
|-
|31-16
|供应商ID
| 此字段的解释应与PCI的供应商ID类似。
|-
|15
|LEG_RT_CAP
| 如果此位为1，则HPET能够使用 “遗留替换” 映射。
|-
|14
| 保留
| -
|-
|13
|COUNT_SIZE_CAP
|该位为1时，HPET主计数器可以在64位模式下运行。
|-
|12:8
|NUM_TIM_CAP
|定时器的数量为-1。
|-
|7:0
|REV_ID
表示实现的是哪个版本的功能，不能为0
|}

===General Configuration Register===

{| {{wikitable}}
!位
!名称
!描述
|-
|63:2
| 保留
| -
|-
|1
|LEG_RT_CNF
|0-“旧版替换”映射已禁用
1-启用“传统替换”映射
|-
|0
|ENABLE_CNF
| 整体（Overall）启用。
0-主计数器停止，定时器中断被禁用

1-主计数器正在运行，如果启用，则允许定时器中断
|}

===General Interrupt Status Register===

{| {{wikitable}}
!位
!名称
!描述
|-
|63:32
| 保留
| -
|-
|n
|Tn_INT_STS
|该功能取决于定时器#n使用的是边缘触发模式还是电平触发模式。

对于'''电平触发：'''，默认值为0。 当相应的定时器中断处于活动状态时，将设置此位为1。 如果设置了1，软件可以通过向该位写入1来清除它。 写入0不起作用。

''' 对于边缘触发: ''' 应忽略此位。 它始终设置为0。
|}

===Main Counter Value Register===

该寄存器的位63：0称为MAIN_COUNTER_VAL。 仅当计数器暂停 (ENABLE_CNF = 0) 时，才应执行对该寄存器的写入操作。 Reads将返回主计数器的当前值。32位计数器对于较高的32位总是返回0。 如果在64位计数器上执行32位读取，请参考规范中的2.4.7，了解如何安全执行该操作的说明。 建议在仅32位软件上使用32位计数器。

===Timer N Configuration and Capability Register===

{| {{wikitable}}
!位
!名称
!描述
|-
|63:32
|Tn_INT_ROUTE_CAP
|定时器n中断路由功能。 如果在该字段中设置了位X，则意味着该定时器可以映射到I/O APIC的IRQX线。
|-
|31:16
|Reserved
| -
|-
|15
|Tn_FSB_INT_DEL_CAP
| 如果此只读位为1，则此定时器支持FSB中断映射。
|-
|14
|Tn_FSB_EN_CNF
|如果该位设置为1，该定时器将使用FSB中断映射。
|-
|13:9
|Tn_INT_ROUTE_CNF
|表示I/O APIC路由。可以使用TN_INT_ROUTE_CAP确定允许值。如果写入非法值，则从此字段读回的值将与写入的值不匹配。
|-
|8
|Tn_32MODE_CNF
| 对于64位定时器，如果设置了此字段，则定时器将被强制以32位模式工作。否则没有效果。
|-
|7
|Reserved
| -
|-
|6
|Tn_VAL_SET_CNF
|此字段用于允许软件直接设置周期定时器的累加器。详细解释将在本文中进一步提供。
|-
|5
|Tn_SIZE_CAP
|如果该只读位设置为1，则定时器的大小为64位。否则，它是32位的。
|-
|4
|Tn_PER_INT_CAP
| 如果此只读位设置为1，则此定时器支持周期性模式。
|-
|3
|Tn_TYPE_CNF
| 如果Tn_PER_INT_CAP为1，则向该字段写入1将启用周期定时器，写入0将启用非周期模式。否则，该位将被忽略，读取它将始终返回0。
|-
|2
|Tn_INT_ENB_CNF
|将此位设置为1可启用中断触发。即使此位为0，此定时器仍将设置TN_INT_STS。
|-
|1
|Tn_INT_TYPE_CNF
|0 - this timer generates edge-triggered interrupts.
1-此定时器生成电平触发的中断。当产生中断时，设置Tn_INT_STS。如果在清除该位之前发生另一个中断，则该中断将保持活动状态。
|-
|0
|Reserved
| -
|}

===Timer N Comparator Value Register===

位63:0（或31:0，如果定时器在32位模式下工作）用于与主计数器进行比较，以检查是否应生成中断。

==初始化==

以下是初始化主计数器和比较器以接收中断所需执行的过程。

一般初始化：

1. 在‘HPET’ACPI表中查找HPET基地址。

2. 计算HPET频率 (f = 10 ^ 15/周期)。

3.保存最小刻度（来自ACPI表或配置寄存器）。

4. 初始化比较器。

5. 设置ENABLE_CNF位

定时器N初始化：

1.确定定时器N是否具有周期性功能，保存该信息以避免每次重新读取。

2.确定当前定时器的允许中断路由，并为其分配一个中断。

我只在实际使用定时器时才启用它们，所以这里没有比较器的“真正”初始化。

请记住，允许的中断例程 '''可能跑飞'''。 也就是说，你可能还需要使用一些ISA中断-或者至少能够在某一点上明确使用它们。 上次我检查VirtualBox允许的HPET映射时，它允许将每个定时器路由到系统上存在的32个I/O APIC输入中的“任意”。 知道硬件有多有漏洞，我不会太惊讶，如果有一台带有HPET的PC声称允许输入#31，而实际上只有24个I/O APIC输入。 为定时器选择中断路由时请注意这一点。

==使用定时器==

===单次（One-shot）模式===

要启用一次性模式:

<source lang="cpp">
// "time" is time in femtoseconds from now to interrupt
if (time < COUNTER_CLK_PERIOD)
{
    time = adjust_time(time);
}

write_register_64(timer_configuration(n), (ioapic_input << 9) | (1 << 2));
write_register_64(timer_comparator(n), read_register(main_counter) + time);
</source>

我希望上面的代码是显而易见的。 如果不是，请分析上面使用的寄存器中特定字段的含义。

=== 周期模式 ===

要启用周期模式，请执行以下操作：

<source lang="cpp">
// "time" is time in femtoseconds from now to interrupt
if (time < COUNTER_CLK_PERIOD)
{
    time = adjust_time(time);
}

write_register_64(timer_configuration(n), (ioapic_input << 9) | (1 << 2) | (1 << 3) | (1 << 6));
write_register_64(timer_comparator(n), read_register(main_counter) + time);
write_register_64(timer_comparator(n), time);
</source>

这段代码需要更多注释。

位2同上，中断使能。 第3位也很简单——1表示周期定时器。 但我们也设置了第6位。 为什么？

让我们看看HPET规范的引用内容：

<blockquote>Timer n Value Set: [...] Software uses this read/write bit only for timers that have been set to periodic mode. By writing this bit to a 1, the software is then allowed to directly set a periodic timer’s accumulator.</blockquote>
<blockquote>软件不必将此位写回0(自动清0)。 如果定时器设置为非周期性模式，则软件不应在此位位置写入1。</blockquote>

这意味着下一次写入定时器N比较器寄存器将具有通常的含义，而“第二次”下一次写入将直接写入累加器。 我举得这里的措辞本可以更好。

== 另见 ==
* [[IOAPIC]]
* [[APIC]]
* [[APIC timer]]
* [[PIT]]
* [[RTC]]

==外部链接==
* [http://en.wikipedia.org/wiki/High_Precision_Event_Timer HPET article on Wikipedia]
* [http://www.intel.com/content/dam/www/public/us/en/documents/technical-specifications/software-developers-hpet-spec-1-0a.pdf Intel's HPET Specification v1.0a]


[[Category:Common Devices]]
[[Category:Interrupts]]
[[Category:Time]]