c语言inb outb如何定义

C语言inb outb如何定义

C语言中，inb和outb是用于进行低级别的端口输入输出操作的函数。 这些函数通常用于与计算机硬件直接交互，例如读写I/O端口。inb用于从指定端口读取一个字节，outb用于向指定端口写入一个字节。这些操作通常在操作系统内核或驱动程序开发中使用，因为它们允许程序直接与硬件通信。下面详细描述如何在C语言中定义和使用这些函数。

一、inb和outb的基本定义

inb和outb的基本定义通常依赖于系统的架构和编译器。 在x86架构中，这些函数通常在汇编语言中实现，然后在C语言中通过内联汇编或外部函数声明来调用。以下是这些函数的基本定义方式：

#include <stdint.h>

static inline uint8_t inb(uint16_t port) {
    uint8_t ret;
    __asm__ volatile ("inb %1, %0"
                      : "=a"(ret)
                      : "Nd"(port));
    return ret;
}
static inline void outb(uint16_t port, uint8_t data) {
    __asm__ volatile ("outb %0, %1"
                      :
                      : "a"(data), "Nd"(port));
}

在这段代码中：

• inb函数从指定的端口读取一个字节。
• outb函数向指定的端口写入一个字节。
• __asm__ volatile表示内联汇编代码，"inb %1, %0"和"outb %0, %1"分别是x86汇编指令，用于执行端口输入输出操作。
• : "=a"(ret)和: "a"(data), "Nd"(port)用于指定操作数约束。

二、inb和outb的应用场景

这些函数主要用于操作系统开发、驱动程序编写以及与硬件直接交互的应用程序中。 以下是一些具体应用场景：

1、操作系统内核

在操作系统内核中，经常需要直接与硬件交互。例如，操作系统可能需要读取键盘输入，这时就需要使用inb函数从键盘控制器端口读取数据：

#define KEYBOARD_DATA_PORT 0x60

uint8_t read_keyboard_data() {
    return inb(KEYBOARD_DATA_PORT);
}

2、驱动程序开发

在开发设备驱动程序时，通常需要向设备发送命令或从设备读取状态。这时就可以使用outb和inb函数。例如，在开发网络卡驱动时，可能需要向网络卡的控制端口发送命令：

#define NETWORK_CARD_COMMAND_PORT 0x300

void send_network_command(uint8_t command) {
    outb(NETWORK_CARD_COMMAND_PORT, command);
}

三、注意事项

使用inb和outb函数时需要注意以下几点：

1、权限问题

这些函数通常只能在内核模式下使用，用户模式下的程序通常没有权限直接访问I/O端口。在Linux系统中，可以使用ioperm和iopl系统调用来设置I/O权限。例如：

#include <sys/io.h>

void set_io_permissions() {
    if (ioperm(0x60, 1, 1)) {
        perror("ioperm");
        exit(1);
    }
}

2、硬件依赖性

这些函数的正确性依赖于硬件架构。不同架构的I/O端口访问方法可能不同，因此在移植代码时需要特别注意。

3、内存屏障

在某些情况下，需要使用内存屏障来确保I/O操作的顺序。例如，在多核处理器上，确保I/O操作按预期顺序执行非常重要。可以使用内联汇编中的mfence、lfence、sfence指令来实现内存屏障。

四、示例代码

以下是一个完整的示例代码，展示如何在C语言中使用inb和outb函数进行I/O端口操作：

#include <stdint.h>

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <sys/io.h>
static inline uint8_t inb(uint16_t port) {
    uint8_t ret;
    __asm__ volatile ("inb %1, %0"
                      : "=a"(ret)
                      : "Nd"(port));
    return ret;
}
static inline void outb(uint16_t port, uint8_t data) {
    __asm__ volatile ("outb %0, %1"
                      :
                      : "a"(data), "Nd"(port));
}
#define KEYBOARD_DATA_PORT 0x60
uint8_t read_keyboard_data() {
    return inb(KEYBOARD_DATA_PORT);
}
#define NETWORK_CARD_COMMAND_PORT 0x300
void send_network_command(uint8_t command) {
    outb(NETWORK_CARD_COMMAND_PORT, command);
}
void set_io_permissions() {
    if (ioperm(0x60, 1, 1) || ioperm(0x300, 1, 1)) {
        perror("ioperm");
        exit(1);
    }
}
int main() {
    set_io_permissions();
    uint8_t keyboard_data = read_keyboard_data();
    printf("Keyboard data: 0x%xn", keyboard_data);
    send_network_command(0x01);
    printf("Network command sent.n");
    return 0;
}

五、总结

inb和outb函数是C语言中用于进行低级别I/O端口操作的重要工具。它们允许程序直接与硬件通信，常用于操作系统内核、驱动程序开发以及与硬件直接交互的应用中。在使用这些函数时，需要注意权限问题、硬件依赖性以及内存屏障的使用。通过掌握这些基本知识和技巧，开发者可以更好地进行系统编程和硬件控制。

相关问答FAQs：

1. 什么是C语言中的inb和outb？

inb和outb是C语言中用于输入和输出字节的函数。它们主要用于与硬件设备进行通信，例如读取和写入设备的寄存器或端口。

2. 如何在C语言中定义inb和outb函数？

要在C语言中定义inb和outb函数，您需要包含适当的头文件并使用内联汇编。下面是一个示例代码：

#include <stdio.h>

static inline unsigned char inb(unsigned short port)
{
    unsigned char value;
    asm volatile("inb %w1, %0" : "=a"(value) : "Nd"(port));
    return value;
}

static inline void outb(unsigned char value, unsigned short port)
{
    asm volatile("outb %0, %w1" : : "a"(value), "Nd"(port));
}

int main()
{
    unsigned char data = inb(0x80); // 从端口0x80读取一个字节的数据
    printf("Read data: %xn", data);
    
    outb(0xFF, 0x80); // 向端口0x80写入一个字节的数据
    printf("Data written successfully.n");
    
    return 0;
}

3. inb和outb函数有什么作用？

inb函数用于从指定的端口读取一个字节的数据，而outb函数用于向指定的端口写入一个字节的数据。这些函数是与硬件设备进行低级别通信的重要工具，例如与外部设备进行数据交换或控制硬件寄存器的状态。通过使用inb和outb函数，您可以直接与硬件进行交互，实现更底层的控制和通信。