CMOS

Aus Lowlevel

Ein Complementary Metal Oxide Semiconductor (= CMOS) ist eigentlich ein elektronischer Baustein, aber im Bereich der Betriebssystemprogrammierung ist damit meistens der Batterie-gepufferte SRAM eines x86- bzw. x86-64-Computers gemeint. In diesem speichert das BIOS Informationen beispielsweise über die angeschlossene Hardware. Außerdem wird darin die momentane Uhrzeit und das Datum gespeichert und von einer Echtzeituhr aktualisiert.

Aufbau

Im CMOS werden folgende jeweils 1 Byte große Felder gespeichert. Die mit BCD markierten Einträge sind standardmässig im BCD-Format kodiert. Die Kodierung kann aber auch im Statusregister B (Bit 2) geändert werden. Dabei ist allerdings zu beachten, dass die momentanen Werte im Register an die neue Kodierung angepasst werden müssen und dies nicht von selbst geschieht.

0x0A - Statusregister A

            0000b = kein Interrupt
            0011b = alle 122 Mikrosekunden (minimum)
            0110b = 976.562 Mikrosekunden (Standard)
            1111b = 500 Millisekunden

0x0B - Statusregister B

0x0C - Statusregister C

0x0D - Statusregister D

0x0E - POST-Diagnosestatusbyte

0x0F - Shutdown-Statusbyte

Prozessoren können nicht vom Protected Mode in den Realmode zurückgeschaltet werden. Zu diesem Zweck ist ein Prozessor-Reset nötig. Das Shutdown-Statusbyte dient dazu dem BIOS anzuzeigen ob der PC neu gebootet oder der Prozessor nur im Realmode neu gestartet werden soll.

Werte des Bytes:

0x00 - 0x03:  Power-On Reset durchführen
0x04:  int 0x19-reboot
0x05:  EOI an PIC ausgeben, Tastatur resetten, Sprung zur Addresse [0x0040:0x0067]
0x09:  zurück zu int 0x15, Funktion 0x87 (Block im Extenden Memory verschieben)
0x0A:  JMP zu [0x0040:0x0067]
0x0B:  IRET zu [0x0040:0x0067]
0x0C:  RET zu [0x0040:0x0067]

0x10 - Typ der Diskettenlaufwerke

In diesem Byte wird der Typ der Diskettenlaufwerke gespeichert, wobei in den Bits 4-7 der Typ des ersten Laufwerks gespeichert ist und in den Bits 0-3 der Typ des zweiten Laufwerks. Die Typen sind wie folgt kodiert:

0000b = Laufwerk nicht vorhanden
0001b = 5 1/4 - 360 kB
0010b = 5 1/4 - 1.2 MB
0011b = 3 1/2 - 720 kB
0100b = 2 1/2 - 1.44 MB (sollte eigentlich heutzutage der Standard sein)
0101b - 1111b sind unbenutzt

0x12 - Typ der Festplattenlaufwerke

In diesem Byte wird der Typ der Festplattenlaufwerke gespeichert, wobei in den Bits 4-7 der Typ des ersten Laufwerks gespeichert ist und in den Bits 0-3 der Typ des zweiten Laufwerks. Die Typen sind wie folgt kodiert:

0000b = Laufwerk nicht vorhanden
0001b - 1110b = Typen 1-14
1111b = Typ laut Erweiterungsbyte der Festplatte

0x14 - Gerätebyte

Hier werden Informationen über die allgemeine Hardwarekonfiguration des PCs gespeichert.

Anzahl Floppys
Auf diesen Wert nur verlassen wenn Floppy=1

00b  1 Floppy-Laufwerk
01b  2 Floppy-Laufwerke

Display-Typ

00b  BIOS-Display-Adapter
01b  CGA (40 Spalten)
10b  CGA (80 Spalten)
11b  Monochrom

0x2E & 0x2F - CMOS-Prüfsumme

Die CMOS-Prüfsumme ist eine 16 Bit grosse, byteweise Summe der Werte der Bytes von 0x10 bis 0x2D.

Programmierung

Die Programmierung des CMOS ist denkbar einfach: Die sieben niederwertigen Bits des I/O Ports 0x70 dienen als Offset (siehe Tabelle). Das höchste Bit sollte nicht verändert werden, es dient als NMI-Maskierungsregister. Durch Lesen bzw. Schreiben des I/O Ports 0x71 kann dann der Wert an diesem Offset gelesen bzw. geschrieben werden.

Assembler Beispielcode

 
;Ein Makro um ein Byte aus dem CMOS auszulesen
;Der einzige Parameter ist das Offset des Bytes welches gelesen werden soll
;Rückgabe ist das gelesene Byte in AL
 
%macro read_byte 1
  in al, 0x70         ;Bit 7 des Ports sichern
  and al, 10000000b
  or al, %1           ;Offset (Parameter 1) dazumixen
  out 0x70, al        ;Offset setzen
  in al, 0x71         ;Byte lesen
%endmacro
 

C/C++ Beispielcode

 
#define CMOS_PORT_ADDRESS 0x70
#define CMOS_PORT_DATA    0x71
 
/**
 * Liest ein Byte aus den CMOS
 *  @param offset Offset im CMOS
 *  @return Gelesener Wert
 */
uint8_t cmos_read(uint8_t offset) {
  uint8_t tmp = inb(CMOS_PORT_ADDRESS);
  outb(CMOS_PORT_ADDRESS, (tmp & 0x80) | (offset & 0x7F));
  return inb(CMOS_PORT_DATA);
}
 
/**
 * Schreibt ein Byte in das CMOS
 *  @param offset Offset im CMOS
 *  @param val Zu schreibender Wert
 */
void cmos_write(uint8_t offset,uint8_t val) {
  uint8_t tmp = inb(CMOS_PORT_ADDRESS);
  outb(CMOS_PORT_ADDRESS, (tmp & 0x80) | (offset & 0x7F));
  outb(CMOS_PORT_DATA,val);
}
 

Weblinks

• Wikipedia: CMOS (deutsch)
• Real Time Clock / CMOS Setup Reference (englisch)
• CMOS-Aufbau (englisch)