在 16 位 PC 兼容 x86 系统中,PIT(可编程间隔定时器)使用 1.19318MHz 的时钟输入来递减 16 位计数器。每当计数器在 2 16 = 65536 增量后回绕时,就会产生中断。处理它的 BIOS 提供的 ISR(中断服务程序)然后以 1.19318MHz / 65536 ~= 18.2 Hz 的频率递增一个软件计数器。
在 DOS 和其他实模式操作系统下,16 位 PIT 计数器可以直接从相关端口以两个 8 位块读取,并且可以将这些数据与软件维护的滴答计数器结合以实现毫秒级分辨率。基本上,最后使用 48 位滴答计数器,其中 BIOS 维护的 32 位软件计数器构成最高有效位,而 16 位 PIT 计数器构成最低有效位。
由于数据并非一举全部读出,因此存在必须适当处理的竞争条件的风险。此外,一些 BIOS 用于将 PIT 编程为方波发生器,而不是简单的速率计数器。虽然这不会干扰递增软件节拍的任务,但它会干扰 PIT 计数器寄存器与软件节拍的直接组合。这需要对 PIT 进行一次初始化,以确保它在速率计数模式下运行。
下面是 16 位汇编代码,封装为 Turbo Pascal 单元,我多年来一直使用它来实现毫秒精度的稳健时序。这里从滴答计数到毫秒的转换有点像黑匣子。我丢失了它的设计文档,现在无法快速重建它。我记得这个定点计算的抖动足够小,可以可靠地测量毫秒。DX:AXTurbo-Pascal 的调用约定要求在寄存器对中返回 32 位整数结果。
UNIT Time; { Copyright (c) 1989-1993 Norbert Juffa }
INTERFACE
FUNCTION Clock: LONGINT; { same as VMS; time in milliseconds }
IMPLEMENTATION
FUNCTION Clock: LONGINT; ASSEMBLER;
ASM
PUSH DS { save caller's data segment }
MOV DS, Seg0040 { access ticker counter }
MOV BX, 6Ch { offset of ticker counter in segm.}
MOV DX, 43h { timer chip control port }
MOV AL, 4 { freeze timer 0 }
PUSHF { save caller's int flag setting }
CLI { make reading counter an atomic operation}
MOV DI, DS:[BX] { read BIOS ticker counter }
MOV CX, DS:[BX+2]
STI { enable update of ticker counter }
OUT DX, AL { latch timer 0 }
CLI { make reading counter an atomic operation}
MOV SI, DS:[BX] { read BIOS ticker counter }
MOV BX, DS:[BX+2]
IN AL, 40h { read latched timer 0 lo-byte }
MOV AH, AL { save lo-byte }
IN AL, 40h { read latched timer 0 hi-byte }
POPF { restore caller's int flag }
XCHG AL, AH { correct order of hi and lo }
CMP DI, SI { ticker counter updated ? }
JE @no_update { no }
OR AX, AX { update before timer freeze ? }
JNS @no_update { no }
MOV DI, SI { use second }
MOV CX, BX { ticker counter }
@no_update: NOT AX { counter counts down }
MOV BX, 36EDh { load multiplier }
MUL BX { W1 * M }
MOV SI, DX { save W1 * M (hi) }
MOV AX, BX { get M }
MUL DI { W2 * M }
XCHG BX, AX { AX = M, BX = W2 * M (lo) }
MOV DI, DX { DI = W2 * M (hi) }
ADD BX, SI { accumulate }
ADC DI, 0 { result }
XOR SI, SI { load zero }
MUL CX { W3 * M }
ADD AX, DI { accumulate }
ADC DX, SI { result in DX:AX:BX }
MOV DH, DL { move result }
MOV DL, AH { from DL:AX:BX }
MOV AH, AL { to }
MOV AL, BH { DX:AX:BH }
MOV DI, DX { save result }
MOV CX, AX { in DI:CX }
MOV AX, 25110 { calculate correction }
MUL DX { factor }
SUB CX, DX { subtract correction }
SBB DI, SI { factor }
XCHG AX, CX { result back }
MOV DX, DI { to DX:AX }
POP DS { restore caller's data segment }
END;
BEGIN
Port [$43] := $34; { need rate generator, not square wave }
Port [$40] := 0; { generator as programmed by some BIOSes }
Port [$40] := 0; { for timer 0 }
END. { Time }