LinuxでI/Oポート操作(Beep音を鳴らす)
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LinuxでシステムビープのI/Oポートを操作して、ビープ音を鳴らす方法について備忘録を残す。
システム・タイマのハード仕様
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IBM PC互換機のシステム・タイマは i8254 相当品(PIT)が使用されており、3個のプログラマブル・カウンタを内蔵。クロックは 1.19318MHz でドライブされて、以下の用途に使われている。
- チャネル0： IRQ0のハード割り込みを周期的に発生。
- チャネル1： メモリ・リフレッシュ要求信号として利用。
- チャネル2： 内蔵スピーカ音源(BEEP)の周波数を決定。
{{:programing:linux-programing:ibm-pc-system-timer-01.jpg?600|}}
### I/Oポート・アドレス
関連するI/Oレジスタのアドレス。
#### システム・タイマ(i8254)
^ アドレス ^ R/W ^ 機能 ^ 備考 ^
| 0x40 | R/W | カウンタ#0（インターバル・タイマ） | モード3 |
| 0x41 | ::: | カウンタ#1（DRAMリフレッシュ） | モード2 |
| 0x42 | ::: | カウンタ#2（BEEPスピーカー） | モード3 |
| 0x43 | W | モード・レジスタ | |
#### システム・ポート
^ アドレス ^ R/W ^ 機能 ^ 備考 ^
| 0x61 | R | システム・ステータス | |
| ::: | W | システム・コマンド | |
### レジスタ詳細
#### 1) モード・レジスタ（ライト）
[カウンタ選択]
^ アドレス ^ Bit ^ 項目 ^ 説明 ^
| 0x43 | D7 | CHNO | 00: カウンタ#0選択，01: カウンタ#1選択，\\ 10: カウンタ#2選択，02: リードバック・コマンド |
| ::: | D6 | ::: | ::: |
| ::: | D5 | RWMD | 00: カウンタ・ラッチ動作(読み出し時)，01: 下位バイトの読み書き，\\ 10: 上位バイトの読み書き，02: 下位・上位の順に読み書き(デフォルト) |
| ::: | D4 | ::: | ::: |
| ::: | D3 | MODE | モード番号\\ 000: カウント終了時の割り込み，\\ 010: レート・ジェネレータ，\\ 011: 方形波レート・ジェネレータ |
| ::: | D2 | ::: | ::: |
| ::: | D1 | ::: | ::: |
| ::: | D0 | BCD | 0: バイナリ・カウント，1: BCDカウント |
[リードバック・コマンド]
^ アドレス ^ Bit ^ 項目 ^ 説明 ^
| 0x43 | D7 | 1 | |
| ::: | D6 | 1 | |
| ::: | D5 | CR | =0: カウンタ・ラッチ |
| ::: | D4 | SR | =0: ステータス・ラッチ |
| ::: | D3 | CH2 | =1 でカウンタ#2選択 |
| ::: | D2 | CH1 | =1 でカウンタ#1選択 |
| ::: | D1 | CH0 | =1 でカウンタ#0選択 |
| ::: | D0 | 0 | |
#### 2) ステータス（リード）
^ アドレス ^ Bit ^ 項目 ^ 説明 ^
| 0x40\\ 0x41\\ 0x42 | D7 | OUT | 0: OUT端子レベル・ロー，1: OUT端子レベル・ハイ |
| ::: | D6 | NULL | 0: カウンタ有効，1: カウンタ無効 |
| ::: | D5 | RWMD | 00: カウンタ・ラッチ動作(読み出し時)，01: 下位バイトの読み書き，\\ 10: 上位バイトの読み書き，02: 下位・上位の順に読み書き(デフォルト) |
| ::: | D4 | ::: | ::: |
| ::: | D3 | MODE | モード番号\\ 000: カウント終了時の割り込み，\\ 010: レート・ジェネレータ，\\ 011: 方形波レート・ジェネレータ |
| ::: | D2 | ::: | ::: |
| ::: | D1 | ::: | ::: |
| ::: | D0 | BCD | 0: バイナリ・カウント，1: BCDカウント |
#### 3) カウンタの読み書き（リード/ライト）
^ アドレス ^ Bit ^ 項目 ^ 説明 ^
| 0x40\\ 0x41\\ 0x42 | D7 | COUNTER | モード・レジスタの設定直後に有効 |
| ::: | D6 | ::: | ::: |
| ::: | D5 | ::: | ::: |
| ::: | D4 | ::: | ::: |
| ::: | D3 | ::: | ::: |
| ::: | D2 | ::: | ::: |
| ::: | D1 | ::: | ::: |
| ::: | D0 | ::: | ::: |
#### 4) システム・コマンド（ライト）
^ アドレス ^ Bit ^ 項目 ^ 説明 ^
| 0x61 | D7 | 0 | |
| ::: | D6 | 0 | |
| ::: | D5 | 0 | |
| ::: | D4 | 0 | |
| ::: | D3 | EIOC | I/Oチャネル・エラー状態（0:禁止, 1:許可） |
| ::: | D2 | EMPE | メモリ・パリティ・チェック状態（0:禁止, 1:許可） |
| ::: | D1 | SPKG | PITチャネル2のスピーカへの出力状態（0:禁止, 1:許可） |
| ::: | D0 | T2G | PITチャネル2の出力状態（0:禁止, 1:許可） |
#### 5) システム・ステータス（リード）
^ アドレス ^ Bit ^ 項目 ^ 説明 ^
| 0x61 | D7 | MPE | メモリ・パリティ・エラー |
| ::: | D6 | IOCE | I/Oチャネル・エラー |
| ::: | D5 | TC2O | チャネル2の出力信号がアクティブ |
| ::: | D4 | REF | メモリ・リフレッシュのチェック |
| ::: | D3 | EIOC | I/Oチャネル・エラー状態 |
| ::: | D2 | EMPE | メモリ・パリティ・チェック状態 |
| ::: | D1 | SPKG | PITチャネル2のスピーカへの出力状態 |
| ::: | D0 | T2G | PITチャネル2出力状態 |
テストプログラム
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I/Oポートを操作するサンプルプログラム。
#include
#include
#include
#include /* for usleep */
#include /* for inb,outb */
static void beep_on(void)
{
outb(inb(0x61)|3, 0x61); /* beep on */
}
static void beep_off(void)
{
outb(inb(0x61)&0xfc, 0x61); /* beep off */
}
int main(int argc, char *argv[])
{
uint32_t count;
if ((ioperm(0x0040, 4, 1)) || (ioperm(0x0061, 1, 1))) {
perror("ioperm");
return 1;
}
count = 1193180/1000; /* 1000 Hz */
outb(0xb6, 0x43); /* set freq */
outb(count & 0xff, 0x42);
outb((count>>8) & 0xff, 0x42);
beep_on();
usleep(1000000); /* 1sec wait */
beep_off();
return 0;
}
* [[https://linuxjm.osdn.jp/html/LDP_man-pages/man2/ioperm.2.html|ioperm]]関数で、ポートの入出力許可を設定する。
### コンパイル方法
上記ソースを、`beep_test.c` ファイルに作成。下記コマンドでコンパイル。
$ gcc -o beep_test beep_test.c
### 実行方法
root権限で実行する。
$ sudo ./beep_test
実行すると、1秒間ビープ音がなる。
関連記事
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* [[myblog>2020/03/01/inux-beep-io-access/|LinuxでI/Oポート操作してBeep音を鳴らす]]
参考
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1. {{http://www.mech.tohoku-gakuin.ac.jp/rde/contents/linux/material/linuxjapan/200107-robot.pdf|「Linuxによるハードウェア制御の基礎」 Linux Japan July 2001}}
2. 「DOS/Vテクニカル・リファレンス・マニュアル（増補版）」 ソフトバンク（株）出版 1994年7月25日初版発行
3. 「別冊トランジスタ技術 '97 IBM PC活用ハンドブック」 CQ出版社 1997年4月1日発行