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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
------------
I/Oポートを操作するサンプルプログラム。

<code c beep_test.c>
#include <stdint.h>
#include <stdlib.h>
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>			/* for usleep */
#include <sys/io.h>			/* 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;
}
</code>

  * [[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。

<code bash>
$ gcc -o beep_test beep_test.c
</code>


### 実行方法
root権限で実行する。

<code bash>
$ sudo ./beep_test
</code>

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